Reduzierung der Werkzeugabdrängung von Vollhartmetall-Mikroradiusfräsern

Titelangaben

Globisch, Steffen:
Reduzierung der Werkzeugabdrängung von Vollhartmetall-Mikroradiusfräsern.
Aachen : Apprimus Verlag , 2025 . - 176 S.
ISBN 978-3-98555-281-8
( Dissertation, 2025, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

Angaben zu Projekten

Abstract

Der Trend zur Miniaturisierung von Produkten ist mittlerweile in vielen Bereichen der Industrie erkennbar. Neben dem reduzierten Rohstoffverbrauch bei der Herstellung trägt insbesondere die gesteigerte Leistungsfähigkeit der Produkte dazu bei. Das Mikrofräsen ist aufgrund der hohen Materialabtragsrate, der hohen Geometriefreiheit sowie der geringen Oberflächenrauheit eines der bedeutsamsten Fertigungsverfahren zur Herstellung miniaturisierter Bauteile. Zur Herstellung der oftmals komplexen dreidimensionalen Geometrien werden gewöhnlich Vollhartmetall (VHM)-Mikroradiusfräser eingesetzt. Aufgrund der geringen Steifigkeit neigen diese Werkzeuge jedoch zu einer verstärkten Durchbiegung. Zusätzlich wird das Prozessverhalten durch wechselnde Eingriffsbedingungen, bedingt durch den gekrümmten Schneidenverlauf, sowie den beim Mikrofräsen auftretenden Ploughing-Effekten negativ beeinflusst. Dies führt zu Prozessinstabilitäten und folglich zur Werkzeugabdrängung. Im Ergebnis wirkt sich dies negativ auf die Bauteilqualität sowie den Werkzeugverschleiß aus.
Der Autor dieser Arbeit setzte sich daher das Ziel, die Werkzeugabdrängung von VHM-Mikroradiusfräsern durch eine Gestaltoptimierung gezielt zu reduzieren, um gegenüber konventionellen Werkzeugen das Prozessverhalten zu verbessern. Dies gelang durch die simulationsgestützte Optimierung des Werkzeugauslaufs und des Werkzeugkerns, wodurch eine reduzierte Werkzeugdurchbiegung erreicht wurde.
Zum Nachweis der reduzierten Werkzeugabdrängung wurden Demonstratorwerkzeuge angefertigt und im Laborumfeld wissenschaftlich erprobt. Dies erfolgte durch die Zerspanung des Warmarbeitsstahls X37CrMoV5-1 (Werkstoffnummer: 1.2343) bei verschiedenen Bearbeitungssituationen. Im Ergebnis konnten durch reduzierte Prozesskräfte die Maßhaltigkeit erhöht und die Gratbildung sowie der Werkzeugverschleiß verringert werden.
Mit der Optimierung des Werkzeugauslaufs und des Werkzeugkerns beschreibt die Arbeit somit einen gelungenen Ansatz zur Verbesserung des Leistungspotenzials von VHM-Mikroradiusfräsern, indem die Bauteilqualität gesteigert und die Werkzeugstandzeit erhöht werden konnte. Dadurch können zukünftig neue Anwendungsfelder erschlossen und möglicherweise andere Fertigungsverfahren substituiert werden.

Abstract in weiterer Sprache

The trend towards the miniaturisation of products is now evident in many areas of industry. In addition to the reduced consumption of raw materials during production, the increased performance of the products in particular contributes to this trend. Micro-milling is one of the most important manufacturing processes for producing miniaturised components due to its high material removal rate, high geometrical freedom and low surface roughness. Solid carbide micro ball end mill are usually used to produce the often complex three-dimensional geometries. Due to their low rigidity, however, these tools tend to deflect more. In addition, the process behaviour is negatively influenced by changing engagement conditions due to the curved cutting edge path and the ploughing effects that occur during micromilling. This leads to process instabilities and consequently to tool displacement. As a result, this has a negative effect on component quality and tool wear.
The author of this thesis therefore set himself the goal of specifically reducing the tool deflection of solid carbide micro ball end mill by optimising the shape in order to improve the process behaviour compared to conventional tools. This was achieved through the simulation-supported optimisation of the tool run-out and the tool core, resulting in reduced tool deflection.
To prove the reduced tool deflection, demonstrator tools were produced and scientifically tested in a laboratory environment. This was done by machining the hot-work tool steel X37CrMoV5-1 (material number: 1.2343) in various machining situations. As a result, reduced process forces increased dimensional accuracy and reduced burr formation and tool wear.
By optimising the tool run-out and the tool core, the work thus describes a successful approach to improving the performance potential of solid carbide micro ball end mill by increasing component quality and tool life. This could open up new fields of application in the future and possibly substitute other manufacturing processes.