Zerspanungswerkzeuge
Hybrider Prozess
Der Einsatz alternativer Werkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe, Verbundmaterialien und Stacks mit Kernen aus Schaum- oder Wabenstruktur stellen besondere Anforderungen an das Zerspanen und Trennen. Durch die Ultraschallunterstützung wird die Werkzeugkinematik des herkömmlichen Bearbeitungsprozesses durch eine zusätzliche hochfrequente Schwingung überlagert. Diese Oszillation erzeugt an der Werkzeugschneide Bewegungsamplituden im Bereich von wenigen Mikrometern, aus denen eine Verringerung der Prozesskräfte resultiert. Dieser gewünschte Effekt ist bei den heute üblicherweise eingesetzten, nichtresonanten Systemen jedoch sehr gering. Denn es werden nur rund fünf Prozent der eingesetzten Energie in Schwingung umgesetzt, der Rest in Wärme. Grund dafür ist, dass die sogenannte Resonanzfrequenz des Werkzeugs je nach Einspannlänge und Dimension willkürlich gesucht und betrieben wird.
Um den Wirkungsgrad deutlich zu verbessern, haben Hufschmied Zerspanungssysteme und Weber Ultrasonics resonante Ultraschallsysteme und Zerspanwerkzeuge entwickelt. Dabei werden die Ultraschallfrequenz und der Schwingungsmodus auf Basis der Werkzeugeigenschaften ermittelt und das System mit dieser Resonanzfrequenz betrieben. Durch diese optimale Abstimmung steigt der Wirkungsgrad der Ultraschallunterstützung auf 90 bis 95 Prozent und die Prozesskräfte werden signifikant reduziert. Der hybride Prozess ermöglicht dadurch auch bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Leichtbauwerkstoffen höhere Zeitspanvolumen, was den Materialdurchsatz erhöht und Maschinenbelegzeiten verringert. Gleichzeitig werden die Werkzeuge weniger belastet beziehungsweise deformiert, so dass eine längere Standzeit erreicht wird. Beides senkt die Bearbeitungskos-ten und steigert die Wirtschaftlichkeit der Prozesse.
Ein weiteres Plus der neuen resonanten Systeme für die Ultraschallzerspanung ist die höhere Genauigkeit, die bei der Bearbeitung erzielt werden kann. Sie ermöglicht nicht nur die Herstellung filigranerer Werkstücke mit Portalsystemen, sondern auch den Einsatz von Industrierobotern als kostengünstige und flexible Alternative für die Umsetzung eines automatisierten Fertigungsprozesses. Die dabei realisierbaren Fertigungstoleranzen liegen im relativen Genauigkeitsbereich klassischer Werkzeugmaschinen. Dadurch lassen sich die wesentlichen Vorteile der Roboterbearbeitung wie Flexibilität und Verfahrensintegration, beispielsweise Handling und Bearbeitung, bei der Fertigung komplexer Werkstückgeometrien oder großer Werkstücke etwa für die Fahrzeugindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Energietechnik nutzen. kf
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