Ziel der Entwicklung
Die Zielstellung des Projektes war die Entwicklung von geeigneten Werkzeugen und der darauf abgestimmten Bearbeitungstechnologie zur Oberflächenverfestigung durch die definierte Anwendung der Ultraschallschlagverfestigung. Die zu entwickelnde Technologie und die dazu gehörigen Werkzeuge sollten hierbei folgende Zielkriterien erfüllen: Die gezielte Beeinflussung von Bauteilen beziehungsweise Teilgeometrien hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften zur Steigerung der Leistungsfähigkeit sowie die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch hohen Bearbeitungsvorschub. Auch die Bearbeitung komplexer Bauteile in Anschluss an die Zerspanung ohne ein Umspannen der Bauteile ist als ein wichtiges Kriterium zu nennen. Zudem soll eine hohe Prozesssicherheit des Verfahrens und die Herstellung definierter Oberflächenstrukturen gewährleistet werden. Zur gezielten Beeinflussung der Bauteiloberflächen sollte zunächst die Entwicklung geeigneter Werkzeuge erfolgen. Der Fokus liegt hierbei auf dem Erzielen der optimalen Prozessgröße, wobei zu beachten ist, dass die Werkzeuge sowohl den Belastungen im Bearbeitungsprozess standhalten als auch hinsichtlich ihrer Geometrie auf das Aktorsystem angepasst werden. Die Auslegung der Schlagelemente ist hierbei von besonderem Interesse, da diese maßgeblich die Oberflächentopographie bestimmen und die Randzone beeinflussen. Als Werkstoff für die Werkzeuge, wie beispielsweise die Schlagelemente, wird hierbei Hartmetall eingesetzt. Ziel des Projektes soll es sein die bislang bestehenden Wissenslücken hinsichtlich der Werkzeuggeometrie und der Bearbeitungstechnologie zu erarbeiten, um den gezielten Einsatz dieser Technologie für die Schlagverfestigung komplexer Bauteile zu ermöglichen. Mit erfolgreichem Abschluss des Projektes soll die Basis für eine wirtschaftliche Bearbeitung komplexer Bauteile zur Erhöhung deren Leistungsfähigkeit geschaffen werden.
Vorteile und Lösungen
Im Ergebnis des Forschungsvorhabens wurde ein Werkzeug und eine Technologie zur gezielten Beeinflussung von Bauteiloberflächen mittels Ultraschallschlagverfestigung entwickelt. Das Werkzeug lässt sich hierbei mit dem entsprechenden Aktor wie jedes herkömmliche Werkzeug mit seiner Werkzeugaufnahme im Werkzeugmagazin der Maschine einlagern und bei Bedarf in die Maschinenspindel einwechseln. Bei der Bearbeitung mit dem entwickelten Werkzeug kann hier, vergleichbar zum Fräsprozess, die Kinematik der entsprechenden Werkzeugmaschine im vollen Umfang verwendet werden. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplexer Bauteile, wobei das Verfahren nur durch die Abmessungen des Werkzeuges begrenzt wird. Das entwickelte Verfahren weist Merkmale wie die gezielte Beeinflussung von Bauteilen beziehungsweise Teilgeometrien hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften auf. Zudem zeichnet es sich durch die Verwendung von vergleichsweise hohem Bearbeitungsvorschub sowie die Bearbeitung komplexer Bauteile im Anschluss an die Zerspanung und die Herstellung definierter Oberflächenstrukturen aus.
Es konnte gezeigt werden, dass sich mit der entwickelten Technologie die Oberfläche von Werkstücken verfestigt werden kann. Durch diese Verfestigung kann gezielt Einfluss auf die Bauteileigenschaften genommen werden, wodurch es ermöglicht wird, diese Eigenschaften dem Anwendungsfall der entsprechenden Bauteile anzupassen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Erschließung wirtschaftlich effizienterer Technologien spielt besonders für die mittelständische Industrie eine wichtige Rolle und unterstützt diese in ihrem Bestreben qualitativ hochwertige Produkte zu marktfähigen Preisen herstellen zu können. Hierbei gewinnt die Energie- und Rohstoffeffizienz aufgrund der ansteigenden Rohstoff- und Energiepreise stetig an Bedeutung.
Mit dem in diesem Forschungsvorhaben entwickelten Werkzeug soll insbesondere der Werkzeug- und Formenbau als Anwender angesprochen werden. Da das Werkzeug auf konventionellen Werkzeugmaschinen einsetzbar sein soll, ist es auch für kleine und mittelständische Unternehmen attraktiv und bietet ihnen somit die Möglichkeit zum Einsatz neuer Werkzeug- und Technologiekonzepte ohne in neue Maschinentechnik investieren zu müssen.
Innerhalb dieses Marktsegments werden folgende wirtschaftliche Effekte angestrebt: Die Verringerung von Rüstzeiten, die Verkürzung der Bearbeitungszeiten durch höhere Vorschübe sowie die Energieeinsparung im Bezug auf vergleichbare Prozesse und höhere Präzision durch Entfallen des Umspannens.
