Erzeugung definierter Oberflächen- strukturen durch simulationsbasierte Prozess- und Werkzeugauslegung für das Fräsen von Freiformflächen (SFB/TRR 73 TP B3)

Das Fräsen von Formwerkzeugen sowohl für die Blech- als auch für die Massivumformung hat sich durch die Entwicklung besserer Maschinen, Werk-zeuge und Schneidstoffe gegenüber dem alternativen Verfahren des Erodierens als vorteilhaft weitgehend durchgesetzt. Neben der kürzeren Hauptzeit und der wesentlich besseren Oberflächenqualität steht die Flexibilität des Fräsprozesses im Vordergrund. So können bereits gefertigte Formen relativ einfach verändert oder nachgesetzt werden. Gerade bei einer geringen Stückzahl zu fertigender Formwerkzeuge ist das Fräsen ein sehr effizienter Prozess. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Erstellung der Formwerkzeuge für die im SFB/TRR 73 zu erforschenden Blechmassivumformung. Durch die komplexen Wirkzusammenhänge zwischen Werkzeugform, Werkstoffverhalten und Oberflächenbeschaffenheit kommt der Herstellung von prozessfähigen Formwerkzeugen eine besondere Bedeutung zu. Neben der eigentlichen geometrischen Form des Werkzeugs und der dynamischen Prozesskräfte soll der Materialfluss während des Umformprozesses durch eine gezielte Oberflächenstrukturierung auf dem Formwerkzeug gesteuert und optimiert werden.

Das Aufbringen von Strukturen auf Umformwerkzeuge wird bislang mit unter-schiedlichen Methoden geometrisch bestimmt oder unbestimmt als zusätzlicher Bearbeitungsschritt durchgeführt. Das Fräsen erzeugt aber durch den unterbrochenen Schnitt, den diskreten Bahnabstand und den eingestellten Zahnvorschub von sich aus bereits eine Oberflächenstruktur. Eine in diesem Projekt qualifizierte Simulationsumgebung kann Oberflächen, die beim Fräsen entstehen, vorhersagen. So ist es möglich, die Parameter der NC-Programme für das Fräsen von Umformwerkzeugen so einzustellen, dass in tribologischer Hinsicht günstige Strukturen auf dem Umformwerkzeug erzeugt werden. Auf diese Weise wird abhängig von der Ausprägung der Strukturierung der Stoff-fluss des Werkstoffs bei der Umformung gebremst oder beschleunigt. Weiterhin kann so einer unzureichenden Formfüllung von Nebenform- und Funktionselementen oder auch einem Untermaß des umgeformten Bauteils entgegengewirkt werden.

Der Einsatz des Hochvorschubfräsens ermöglicht ein breiteres Spektrum an Strukturen, wodurch diese auch für das Fräsen von Freiformflächen erschlos-sen werden können. Zum Einsatz kommen dabei konventionelle Hochvorschubfräser unterschiedlicher Ausführungen.

Durch hohen Zahnvorschübe und die besondere Gestalt der Fräswerkzeuge entsteht bei der Bearbeitung mit diesen Werkzeugen immer eine strukturierte Oberfläche (Abb.). Die geeignete Auslegung der Fräswerkzeuge sowie die Auswirkung des Einsatzverhaltens von strukturierten Oberflächen auf Umform-werkzeuge ist aktueller Bestandteil der Forschungen.

Abb.: Konfokalmikroskopische Aufnahme einer mit Hochvorschubfräsen strukturierten Oberfläche mit hohem Anteil von geschlossenen Leerflächen (αclim = 25 %) für einen Umformstempel

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