Mit der fortschreitenden Miniaturisierung gewinnt das Mikrofräsen durch die Möglichkeit zur fünfachsigen Herstellung komplexer Mikrostrukturen mit hoher Oberflächengüte zunehmend an Bedeutung. Der Einsatz schwer zerspanbarer Werkzeugstähle zur Fertigung verschleißbeständiger Komponenten begrenzt jedoch das Potential der Mikrofräsbearbeitung. Dies resultiert aus hohen Werkzeugbelastungen, die eine rapide Verschleißentwicklung zur Folge haben. Die verkürzten Standzeiten der Mikrofräswerkzeuge reduzieren die Produktivität sowie die erreichbare Oberflächenqualität. Dies unterstreicht den Bedarf an innovativen Strategien zur Mikrozerspanung von Hochleistungswerkstoffen. Eine vielversprechende Entwicklung sind hybridisierte, thermisch unterstützte Mikrofräsprozesse. Diese zielen darauf ab, durch kontrollierte Erwärmung des Werkstoffs eine thermisch induzierte Entfestigung zu bewirken, was die erforderlichen Prozesskräfte reduziert. Besonders hervorzuheben ist die laserunterstützte Zerspanung, die lokal extrem hohe Temperaturen in die Werkstückoberfläche einbringt. Allerdings sind die konzentrierten Wärmeeinflusszonen und die ungünstige Beeinflussung der Randzonen nachteilig, da sie die Ermüdungseigenschaften negativ beeinflussen können. Vor diesem Hintergrund zielt die geplante Untersuchung auf einen alternativen Hybridisierungsansatz für das Mikrofräsen ab. Dieser Ansatz fokussiert auf die vollständige und homogene Erwärmung von kleinen Werkstücken, um eine kontrollierte, werkstückschonende Prozessunterstützung bei hoher Prozessflexibilität zu gewährleisten. Insbesondere die Verbesserung der Bearbeitung gehärteter Stähle steht im Mittelpunkt.

Voruntersuchungen belegen die Wirksamkeit der gewählten Prozessunterstützung (Abb. 1), das Werkstückmaterial temporär thermisch gezielt zu entfestigen, was zu einer signifikanten Reduzierung der Zerspankräfte, des Werkzeugverschleißes sowie der Gratbildung führt. Ziel der Projektinitiative ist es Randbedingungen, Potenziale sowie zieloptimierte Prozessfenster für die thermisch unterstützte Mikrofräsbearbeitung verschiedener Stahlwerkstoffe zu identifizieren, zu evaluieren und die Erkenntnisse in einer leistungsfähigen Prozessstrategie zusammenzuführen. Hierfür ist die Weiterentwicklung einer Demonstrator-Vorrichtung zur homogenen Erwärmung von Zerspanungsproben unter Berücksichtigung effizienter Isolationsmechanismen vorgesehen. Auf Grundlage von experimentellen Untersuchungen soll ein profundes Verständnis des Einflusses der Probentemperatur auf den Zerspanungsprozess gewonnen werden, um wesentliche Prozessfaktoren produktivitätssteigernd zu optimieren.

Literatur

Platt, T.; Meijer, A.; Biermann, D. Conduction-Based Thermally Assisted Micromilling Process for Cutting Difficult-to-Machine Materials. J. Manuf. Mater. Process. 2020, 4, 34. [CrossRef]