Laserstrahltechnologien in Drehmaschinen anzuwenden, erfordert geeignete Werkzeugsysteme. Sie ermöglichen es, Zerspan- und Laserstrahlwerkzeuge flexibel und automatisiert zu nutzen. Dadurch lassen sich Teile in einer Aufspannung vorbearbeiten, härten und hartzerspanen. Das Fraunhofer IPT und der Maschinenbauer Monforts präsentieren solch ein modulares Werkzeugsystem. Es spart Zeit und Geld und verbessert die Bearbeitungsqualität.
Vor dem Hintergrund heutiger Anforderungen an Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Bauteilen ist eine beanspruchungsgerechte Auslegung von Bauteilrandzonen entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit von Produkten. Die Laseroberflächenbehandlung mit ihren Verfahren Härten, Umschmelzen, Legieren und Auftragschweißen ermöglicht eine gezielte, lokale Funktionalisierung von Bauteilbereichen zum Verschleiß- oder Korrosionsschutz. So werden mittels Laser beispielsweise Lagersitze und Dichtflächen sowie die Zahnflanken der Verzahnung einer Getriebewelle gehärtet. Die Ergebnisse des Laserhärtens sind dabei vergleichbar mit denen induktiv gehärteter Bauteile. Vorteile sind jedoch die geringere Wärmebelastung der Bauteile und der dadurch geringere thermische Verzug sowie die hohe Flexibilität hinsichtlich der bearbeitbaren Bauteilgeometrien.
Die Einbindung der Laserstrahltechnologien in den Bearbeitungsprozess ermöglicht dabei signifikant reduzierte Durchlaufzeiten in der Fertigung. Da das lokale Härten mittels Laser sowie die anschließende Endbearbeitung durch Hartdrehen in einer Aufspannung erfolgen kann, entfallen zudem die bei konventioneller Fertigung entstehenden Rüst-, Transport- und Liegezeiten. Die erhöhte Produktivität und die Flexibilität der Werkzeugmaschine ermöglicht es dem Anwender somit, schnell und flexibel auf Änderungen der Auftragssituation zu reagieren und ein breites Produktspektrum auch bei kleinen Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen.
Um die fertigungstechnischen Vorteile von Laserstrahltechnologien in Drehmaschinen nutzen zu können, sind geeignete Werkzeugsysteme erforderlich, mit denen sich Zerspan- sowie Laserstrahlwerkzeuge flexibel und automatisiert einsetzen lassen. Zu diesem Zweck hat das Aachener Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Zusammenarbeit mit der A. Monforts Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG, Mönchengladbach, ein modular aufgebautes Werkzeugsystem entwickelt. Dieses basiert auf einem konventionellen Werkzeugrevolver, durch den die Laserstrahlung zu den einzelnen Werkzeugplätzen der Revolverscheibe geführt wird.
An den Werkzeugplätzen wird die Laserstrahlung durch an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe angepasste Laserstrahlwerkzeuge aufgenommen und entsprechend auf die Werkstückoberfläche fokussiert. Die Aufnahme sowohl der Laserstrahlwerkzeuge als auch der Zerspanwerkzeuge erfolgt über eine standardisierte VDI-40-Schnittstelle. Somit können alle Werkzeugplätze auch nach wie vor mit konventionellen Zerspanwerkzeugen bestückt werden. Zudem fallen die Werkzeugwechsel- und Rüstzeiten extrem kurz aus.
Durch den modularen Aufbau kann das Werkzeugsystem flexibel an kundenspezifische Anforderungen angepasst werden. Weitere wesentliche Vorteile sind eine benutzerfreundliche Bedienung ohne laserspezifisches Fachwissen, sowie die Möglichkeit einer einfachen nachträglichen Integration in konventionelle Drehmaschinen, ohne deren ursprüngliche Funktionalität zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus können durch eine simultane Nutzung von Zerspan- und Laserstrahlwerkzeugen hochfeste Werkstoffe laserunterstützt zerspant werden. Dabei wird das Werkstück während der Zerspanung gezielt vor dem Werkzeugeingriff mit Hilfe eines auf die Werkstückoberfläche fokussierten Laserstrahls erwärmt. Die dadurch abnehmende Werkstofffestigkeit erlaubt das effiziente Bearbeiten hochfester Materialien, etwa Siliziumnitrid-Keramik, mit geometrisch bestimmter Schneide.
Das IPT präsentiert zusammen mit Monforts das neu entwickelte Werkzeugsystem zum flexiblen Einsatz von Laserstrahltechnologien in Drehmaschinen vom 28. Februar bis 3. März auf der Düsseldorfer Fachmesse Metav (Halle 17, Stand B16). Im Rahmen des Messeauftritts wird die Prozesskette Drehen-Laserhärten-Hartdrehen sowie das Härten einer Wellenverzahnung vorgeführt.
Sascha Bausch, Christoph Brummer Wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraunhofer IPT in Aachen
IPT und Monforts: Halle 17, Stand B16
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