Präparation von Mikrofräswerkzeugen aus Vollhartmetall mit elastisch gebundenen Schleifkörpern

Biermann, D.1, a; Meijer, A.1, b; Ott, A.1, c

1)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund

a) biermann@isf.de; b) meijer@isf.de; c) ott@isf.de

Kurzfassung

Die spanende Fertigung mit geometrisch bestimmter Schneide stellt in vielen Fällen einen der letzten Bearbeitungsschritte innerhalb der Wertschöpfungskette dar. Dabei ist die Qualität des Werkzeugs ein entscheidender Faktor auf dem Weg zu einem bestmöglichen Zerspanungsprozess, der sich durch eine hohe Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Bereits aus dem Makrobereich (Werkzeugdurchmesser d > 1 mm) bekannt, erzielt neben der Beschichtung und der Schichtnachbehandlung eine vorherige Präparation der Schneidkantenmikrogestalt einen positiven Einfluss auf das Einsatzverhalten der Zerspanungswerkzeuge. Die Schneidkantenpräparation hat die Ziele, mikroskopische Defekte an der Schneidkante zu beseitigen und die Schneidkantengestalt dem Prozess anzupassen. Die aus dem Bereich der Makrozerspanungswerkzeuge bekannten Defekte stellen auch bei der Herstellung von Mikrozerspanungswerkzeugen eine technologische Herausforderung dar. Wie in Bild 1 zu erkennen ist, sind am nicht präparierten und schliffscharfen Vollhartmetallwerkzeug – im Folgenden abgekürzt durch die Bezeichnung VHM-Werkzeug – mit dem Durchmesser d = 1 mm ein durchgängiger Grat entlang der Hauptschneide zu beobachten sowie eine als nachteilig zu bewertende raue Oberflächentopographie der angrenzenden Funktionsflächen. Der exponierte Bereich an der Schneidkante wird im Fräsprozess sowohl im beschichteten als auch im unbeschichteten Zustand rasch vom Schneidkeil abgetragen. Daraus resultiert insbesondere bei der Bearbeitung von harten Werkstoffen eine Erhöhung des Schneidkantenverschleißes und hat eine Veränderung des Prozessverhaltens zur Folge. Bisherige Untersuchungen an Mikrofräswerkzeugen haben gezeigt, dass die Schneidkantenpräparation einen positiven Einfluss auf die Verschleißbeständigkeit ausübt.

Die industrielle Miniaturisierung erzeugt einen zunehmenden Bedarf an Mikrosystemen und -bauteilen, was eine steigende Relevanz der Mikrozerspanung und der Präparation von Mikrofräswerkzeugen zur Folge hat. Dabei ist die Präparation von Mikrofräswerkzeugen aktuell noch nicht als Stand der Technik anzusehen. Bisherige Untersuchungen fokussierten lediglich die Präparationsverfahren der magnetabrasiven Bearbeitung (Magnetfinish) und das Schleppschleifen bzw. Tauchgleitschleifen. Mit beiden Präparationsverfahren lässt sich die Größe der Schneidkantenverrundung bestimmen, jedoch ist eine gezielte Orientierung der Verrundung nicht möglich. Weitere Nachteile liegen in den zum Teil hohen Prozesszeiten von bis zu tB = 5 min, dem prozessbedingten inhomogenen Materialabtrags entlang der Schneide sowie der damit einhergehenden Möglichkeit der Veränderung der Makrogestalt des Mikrofräsers. Weitere aus dem Makrobereich gängige Präparationsverfahren, wie bspw. das Strahlspanen und das abrasive Bürsten, werden aktuell in erster Linie zur Erzeugung größerer Schneidkantenverrundungen (S > 10 μm) eingesetzt. Die genannten Präparationsverfahren haben zudem gemein, dass sie mit Ausnahme der magnetabrasiven Bearbeitung separate Anlagentypen voraussetzen und ein Umspannen des Werkzeugs unumgänglich ist. Vor diesem Hintergrund ergibt sich die Notwendigkeit der Erprobung weiterer alternativer Präparationsverfahren für den Bereich der Präparation von Mikrozerspanungswerkzeugen.

Schlüsselwörter

Schneidkantenpräparation, Mikrozerspanung, elastisch gebundene Schleifkörper, modifizierte Mikrogestalt der Schneidkante

Veröffentlichung

Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren: Verfahren und Maschinen, 68 (2018), S. 80-92