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Spanende Fertigung von Formwerkzeugen mit filigranen Strukturen für die Blech­massiv­um­formung (SFB/TR73 TP B2)

Im SFB/Trans­re­gio 73 wird die umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen un­ter­sucht, welche aus Fein­blechen gefertigt wer­den. Dieser Umformprozess wird der Blechmassiv­umformung (BMU) zugeordnet. Die Herstellung der für die BMU er­for­der­lichen Umformwerkzeuge stellt eine enorme Her­aus­for­de­rung für die Mikrofräspro­zesse dar, welche im Rah­men der Untersuchungen zur Gestalt- und Struk­tur­erzeugung eingesetzt wer­den. Speziell die bislang noch wenig bekannten Mechanismen der Mikrohartbearbeitung, die Strategieentwicklung zur Erzeu­gung filigraner Strukturen und die aus technologischen und Effizienzgründen not­wen­dige fünfachsige Prozessführung erfordern grundlegendes Prozess­wissen. Dieses soll langfristig zur sicheren und effizienten Beherrschung der Mikrofräsprozesse führen. Zugleich sind die BMU-Werkzeuge neben den hohen qualitativen Merkmalen derart auszulegen, dass eine Formfüllung der Nebenformelemente begünstigt wird. Hierzu wird in diesem Teilprojekt eine Beeinflussung des Materialflusses mittels einer werkzeugseitigen Oberflächen­strukturierung er­forscht.

Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Erlangung grundlegender Erkennt­nisse über Mikrofräsprozesse, um anforderungsgerecht, prozesssicher, effizient und hochgenau komplexe Umformwerkzeuge mit filigranen Strukturen für die BMU herstellen zu kön­nen. Dabei stellen die auftretenden hohen Aspektverhältnisse und die hochharten und schwer zerspanbaren Werkstoffe eine große Heraus­forderung dar. Im Rah­men dieses Projektes wird der Mikrofräsprozess für die Bearbeitung eines pulvermetallurgisch und schmelzmetallurgisch hergestellten Schnellarbeitsstahls (1.3344 und 1.3343) sowie eines Kaltarbeitsstahls (1.2379) mit hoher Härte (> 60 HRC) un­ter­sucht. Die Fertigung der geometrisch komplexen und filigranen Nebenformelemente der Umformwerkzeuge erfordert unter an­de­rem die Erzeugung von Verzahnungen, bei denen Radien von R < 0,2 mm berücksichtigt wer­den müssen. Dies bedingt die Verwendung kleiner Fräswerkzeuge mit ei­nem Durchmesser von d ≤ 1 mm. Der Ein­satz dieser kleinen Werkzeuge und die damit verbundene Herabskalierung des Fräsprozesses vom Makro- in den Mikrobereich setzt eine weit­rei­chen­de Anpassung des Zerspanungsprozesses an die Erfordernisse der Mikrohart­bearbeitung voraus. Speziell der star­ke Werkzeugverschleiß und die hohe Werkzeugabdrängung kön­nen die Prozesssicherheit und Prozessgenauigkeit schwerwiegender be­ein­flus­sen als es aus dem Makrobereich bekannt ist.

Mithilfe der Grund­lagen­unter­suchungen wer­den Prozessparameter und Pro­zessrandbedingungen der Zerspanung bestimmt, mit denen eine Steigerung der Werkzeugstandzeit erreicht wer­den kann. Weiterhin stellen die geringen Werkzeugdurchmesser hinsichtlich der Form- und Maßabweichungen am Werkstück ein wesentliches Problem dar. Bedingt durch die geringe Steifigkeit der Mikrofräswerkzeuge kön­nen diese nur kleine Momente und Kräfte auf­nehmen. Besonders bei der Bearbeitung der oben aufgeführten Werkstoffe treten jedoch Zerspankräfte auf, die bei­spiels­weise im Vergleich zur Titan- oder Edelstahlbearbeitung sechsmal so hoch sein kön­nen.

Im Rah­men dieses Teilprojekts wird weiterhin die Ent­wick­lung und Fertigung von Oberflächenstrukturen durch­ge­führt. Das Strukturdesign orientiert sich hierbei sowohl an den geometrischen Gegebenheiten der Mikrofräsbearbeitung (tech­no­lo­gi­sche Strukturen) als auch an Beispielen aus der Natur (bionisch motivierte Strukturen). Für den Fertigungsprozess wer­den Einflussgrößen ana­lysiert und geeignete Prozessrandbedingungen definiert. Aufgrund der hohen Anzahl an Mikrostrukturelementen bei Flächen von wenigen Millimetern Abmessung ist eine Berechnung der NC-Bahnen innerhalb der gängigen CAD/CAM-Prozesskette nicht mehr zielführend (> 6 000 Strukturelemente), weshalb eigene repetitive Lö­sungs­an­sät­ze ent­wickelt wer­den. Durch eine simulationsgestützte Auslegung der Prozesse soll das Potential der Mikro­hartbearbeitung weiter ausgeschöpft und eine hohe Anwendbarkeitsreife erzielt wer­den.

Links: Mikroplangefräste Oberflächen, Mitte: Fertigung von Formelementen, Rechts: funktionale bionisch motivierte Oberflächenstrukturen © ISF
a) Mikroplangefräste Oberflächen, b) Fertigung von Formelementen und c) funktionale bionisch motivierte Oberflächenstrukturen

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Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Richtung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Richtung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

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Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Richtung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

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Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Richtung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Richtung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

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Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

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Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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