AddBo - Steigerung der Werkzeugstandzeit und Prozesssicherheit von Gewindewerkzeugen durch die additive Fertigung aus Schnellarbeitsstahl und die effektivere KSS-Versorgung mithilfe von modifizierten Kühlkanälen

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.01.2021 bis 31.12.2022
Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Zerspantechnologie
Fördergeber:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi
Status:
Laufend

Forschungspartner

  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Kontakt

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+49 241 80 20523

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Die geometrischen Gestaltungsfreiheiten der additiven Fertigung erlauben neue Ansätze bei der Entwicklung und Auslegung von Zerspanwerkzeugen. Unter anderem kann die Versorgung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück mit Kühlschmierstoff (KSS) durch strömungsmechanisch angepasste Kühlkanalgeometrien und –verläufe verlustärmer und zielgerichteter gestaltet werden.

Im Forschungsvorhaben AddBo werden leistungsfähige und funktionsangepasste Gewindewerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) entwickelt, mittels additiver Fertigung hergestellt und anschließend im Zerspanprozess eingesetzt. Dabei kommt das Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) zum Einsatz. Ziel ist eine gegenüber konventionell gebohrten Innenkanälen verbesserte KSS-Versorgung der einzelnen Werkzeugschneiden bei Gewindebohrern und –formern zur Reduktion der Reibung in der Kontaktzone. Dadurch können die Oberflächengüte und Lehrenhaltigkeit der eingebrachten Gewinde verbessert und die Standzeit der verwendeten Werkzeuge erhöht werden. Da das Einbringen von Gewinden meist in einem fortgeschrittenen Stadium der Fertigungskette stattfindet, ist insbesondere die Prozesssicherheit von hoher ökonomischer und ökologischer Bedeutung, um Ausschuss zu vermeiden.

Neben der simulationsgestützten Auslegung der Gewindewerkzeuge unter Berücksichtigung der Gestaltungsfreiheiten der additiven Fertigung steht die Qualifizierung eines geeigneten Schnellarbeitsstahls für die Verarbeitung im LPBF-Verfahren im Vordergrund. So erfordert die riss- und porenfreie Verarbeitung eines solchen hochharten Stahlwerkstoffs unter anderem eine angepasste Prozessführung. Die entwickelten Gewindebohrer und –former werden anschließend mithilfe des qualifizierten HSS gefertigt und in Einsatztests validiert. Das Potenzial und die Machbarkeit eines als Schneidstoff eingesetzten, additiv aufgebauten Schnellarbeitsstahls konnte in ersten eigenen Vorarbeiten aufgezeigt werden. Dabei wurden Einstechplatten aus HSS im LPBF-Verfahren gefertigt und für die Zerspanung der schwer zerspanbaren Nickelbasislegierung Inconel 718 im Orthogonalschnitt erfolgreich eingesetzt.