Span(n)ende Standards

Als Schwerpunktthema der Fertigungswissenschaft ist die Zerspanung im Fraunhofer IPK fest verankert – vom Makro- bis in den Mikrobereich. Es ist keine Disziplin, die bahnbrechende Innovationen produziert, aber: »Wir unterstützen unsere Kunden bei handfesten Herausforderungen«, berichtet Ingmar Thiede, einer der Zerspanungsprofis am Institut. Anfragen von Unternehmen betreffen oft Prozesse, die zwar funktionieren, aber produktiver oder wirtschaftlicher werden sollen. 

Die Fragestellungen sind unterschiedlich. Häufig sollen Faktoren wie Prozesszeiten oder Werkzeugkosten bei gleichbleibender Oberflächengüte und Maßhaltigkeit reduziert werden. Oder es werden Bearbeitungsstrategien mit geeigneten Toleranzen für neue Produkte und Werkstoffe angefragt oder Nachbearbeitungsbedarfe sollen reduziert werden. 

Die Lösungsansätze reichen von der Identifikation besser geeigneter Schnittparameter über Anpassungen der Verfahrstrategie bis zu Werkzeugoptimierung. »Dabei betrachten wir immer den Gesamtprozess«, berichtet Thiede. »Denn was nützt es, wenn die Prozesszeit bei der Zerspanung verbessert wird, dabei aber so viel Grat entsteht, dass der Nachbearbeitungsaufwand steigt?«

»Die richtige Frässtrategie ist besonders relevant bei Bauteilen, die an die eingebrachten Strukturen und Oberflächen extreme Ansprüche bezüglich Planparallelität oder Rauheit stellen«, sagt Muzaffer Dargin, der sich mit Ultrapräzisionszerspanung befasst. Das gilt auch für die ultrapräzise Bearbeitung komplexer Bauteile. Wenn etwa das Werkzeug abrupt die Richtung ändert, steht es mitunter einen Moment auf der Oberfläche, was Marken erzeugt. »Wir optimieren die Frässtrategien, damit Richtungsänderungen unnötig werden oder kontinuierlich erfolgen – was weniger Auswirkungen hat«, erläutert Thiede.

Auch bestimmte Werkstoffe bergen Optimierungspotenzial – sehr hartes Material etwa bringt hohe Prozesszeiten und großen Werkzeugverschleiß mit sich. »Dafür verbessern wir Werkzeugeigenschaften und entwickeln neue Schneidstoffe«, zählt Dargin auf. So entstehen Fräswerkzeuge aus Diamant oder Hartmetall, die dank einer anderen Zusammensetzung härter sind und weniger Verschleißmarken zeigen als konventionelle Fräswerkzeuge.

Und auch in der Zerspanung gibt es Bereiche, in denen echte Neuerungen passieren, meist abseits der eigentliche Schnittführung. Ein Beispiel ist die automatisierte CAM-Planung für die spanende Überarbeitung gebrauchter Teile. Ein anderes die Steigerung der Energieeffizienz durch Identifikation von Verbrauchern, auf die durch Anpassung der Frässtrategie verzichtet werden kann. Und auch exotisch scheinende Themen wie die Fräsbearbeitung mit Robotern werden am Institut adressiert.