Etablierte Bearbeitungsverfahren hinterfragen

Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund, erläutert die aktuellen Entwicklungen und Herausforderungen rund ums Werkzeug.

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Bekannte Techniken, neu gedacht: Durch Einbringen einer Pilotbohrung mittels Laserbohrsystem lassen sich mit dem Einlippen-Tiefbohren auch sehr kleine Durchmesser erzeugen, beispielsweise zur Ölversorgung von Lagerstellen in Motoren.
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Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann, Leiter des ISF der TU Dortmund

Herr Professor Biermann, auf der AMB in Stuttgart zeigt sich, die zu bearbeitenden Werkstoffe werden immer anspruchsvoller. Wie lange können die Werkzeuge noch mithalten?
Als wir vor Jahren hochfeste bainitische Stähle für Komponenten für Hochleistungsmotoren mit Turboladern und die Dieseleinspritz-Technik bekamen, war ich anfangs skeptisch, ob wir vor allem das Tiefbohren hinbekommen. Aber wir haben gemeinsam mit Werkzeugpartnern relativ schnell Lösungen gefunden, weil wir mittlerweile über die Details der Schneidkante sehr viel mehr wissen. Wir können heute vor dem Beschichten statt einer einfachen Verrundung gezielt eine unsymmetrische Mikrogestaltung erzeugen. Gepaart mit einer gut ausgeführten Beschichtung und optimal eingestellten Leisten- und Spanflächen kann man somit die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge erheblich steigern. Ich bin deshalb optimistisch, dass wir in den Details, vor allem in der Mikrogestaltung und in der genaueren Ausführung der Wirkfläche in Verbindung mit geeigneten Hartstoffschichten Werkzeugsysteme immer weiter voranbringen können.

Stichwort Beschichtungen, was ist auf diesem Gebiet zu erwarten?
Wir müssen viel stärker als in der Vergangenheit die Verbindung von Substrat, Mikrogestalt und Beschichtungen zusammen betrachten und optimieren. Beschichtungstechniken verfügen noch über ein großes Potenzial der Weiterentwicklung und Anpassung. Insbesondere die Anlagentechnik für die Umsetzung durch die Werkzeugehersteller bietet hier viele Möglichkeiten. Werkzeugehersteller sollten sich mit diesem Thema intensiv beschäftigen, um Lösungsmöglichkeiten in petto zu haben, wenn die Anforderungen werkstoffseitig weiter steigen.

Einige Aussteller auf der AMB beschäftigen sich mit neueren Konzepten wie kryogener Zerspanung oder additiver Fertigung. Was können solche Konzepte beitragen?
Die kryogene Zerspanung bietet ebenfalls viel Potenzial, es sind aber immer noch einige Hausaufgaben in der Umsetzung zu erledigen. Gerade in jüngster Zeit haben Entwicklungen von Unternehmen wie Starrag (Stand 7C38), die Maschinen für eine innere Zuführung der CO2-Kühlung vorbereiten, und Rother, die eine CO2-Kühlung mit einer Minimalmengenschmierung kombinieren, deutliche Fortschritte gebracht. Damit lassen sich sowohl Spanbruch- und Gratprobleme schwieriger Materialien als auch die Verschleißwirkung auf das Werkzeug sehr gut in den Griff bekommen. Mir sind allerdings erst sehr wenige konkrete Einsatzfälle in der Praxis bekannt.
Additive Herstellungsverfahren sind sinnvoll, wenn Formen konventionell nicht herstellbar sind, beispielsweise die innere Kühlung von Werkzeugen und Werkzeugkörpern. Hier erwarte ich eine schnelle Entwicklung. Neben der Kühlung lässt sich auch das dynamische Verhalten von Werkzeuggrundkörper durch innere Strukturen und die Kombination unterschiedlicher Materialien positiv beeinflussen.

Was empfehlen Sie den Werkzeuge-Ausstellern der AMB, um wettbewerbsfähig zu bleiben?
Sie sollten noch einmal intensiv über klassische Bearbeitungsaufgaben neu nachdenken. Ein Beispiel aus dem Bereich der Gewindeherstellung ist das Helikal-Verfahren „Punch Tap“ von Emuge (Stand 1G38). Es ist phänomenal, wie man die Aufgabe Innengewindeherstellung neu gelöst hat und dadurch die Produktivität extrem steigern konnte. Ein weiteres Beispiel ist das Tiefbohren, wo wir mit Hilfe eines Laserbohrsystems Pilotbohrungen für das Einlippen-Tiefbohren auch sehr kleiner Durchmesser erzeugen können. Dadurch lassen sich beispielsweise wesentlich mehr Lagerstellen im Verbrennungsmotor wirtschaftlich mit Drucköl versorgen, was die innere Reibung weiter reduzieren hilft. Ganz neue Chancen ergeben sich auch durch den Industrie-4.0-Gedanken. Ich würde als Werkzeughersteller die Gelegenheit nutzen und meine Werkzeuge mit ihrem Verschleißverhalten als Informationsträger über das Prozessgeschehen anbieten.

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AMB 2016