Entwicklung vollkeramischer Mikrofräswerkzeuge mit Durchmesser ≤ 50 µm - InnoKatalog #6

Zusammenfassung

Vollkeramische Mikrofräswerkzeuge bieten theoretische Vorteile (z.B. einen geringeren Verschleiß und eine Reduzierung des Ploughing-Effekts) gegenüber hartmetallischen Mikrofräswerkzeugen. Hinzukommt ihre effizientere Herstellung, weshalb eine vergleichende Analyse beider Materialien im Bereich der Mikrobearbeitung unerlässlich ist.



Problemstellung

Die Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen rückt bei technischen Bauteilen, z.B. in der Medizin- und Biotechnologie, immer weiter in den Vordergrund. Dabei werden Mikrofräswerkzeuge eingesetzt, bei denen der große Unterschied zwischen Schneidkantenradius und Spannungsdicke zu Ploughing-Effekten beiträgt. Die durch die Ploughing-Effekte entstehenden hohen Belastungen führen zu einem starken Verschleiß des Mikrofräswerkzeug, einem frühzeitigem Werkzeugversagen sowie einer schlechteren Werkstückoberfläche.


Lösungsansatz & Vorteile

Zur Lösung der beschriebenen Probleme werden in diesem Forschungsprojekt neuartige, vollkeramische Mikrofräswerkzeuge entwickelt und eingesetzt. Hierzu werden zunächst geeignete Schneidkeramiken ausgewählt. Anschließend wird die Schneidgeometrie auf Basis analytischer Modelle sowie FEM-Analysen an den Schneidstoff angepasst. Die keramischen Werkzeuge werden mit Hilfe des Schleifens hergestellt. Als Referenz dienen Hartmetallwerkzeuge, welche die gleichen Schneidstoffe fräsen, wie der entwickelte vollkeramische Mikrofräser. Durch die Anwendung von Keramik als Material für Mikrofräswerkzeuge werden die Vorteile der hohen Härte im Vergleich zu Hartmetallen bei gleichzeitig höherer Wärme- und Verschleißfestigkeit ausgenutzt. Außerdem kann bei vollkeramischen Mikroschaftwerkzeugen auf eine verschleißmindernde Beschichtung verzichtet werden, während aufgrund der geringeren mittleren Korngrößen von Keramik schärfere Schneiden realisiert werden. Weiterhin werden Anteil und Einfluss von Ploughing-Vorgängen reduziert.


Kontakt

Entwicklung von: Technische Universität Kaiserslautern FBK - Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation - Pascal Langlotz


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