Research

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Verfahrens- und Werkzeugentwicklung

Allgemeine und Sonderverfahren der Zerspanungstechnologie (Drehen, Fräsen, Bohren, Reiben, Gewinden, Schleifen, etc.) werden am ISF fachgebietsspezifisch und interdisziplinär bearbeitet. Die Zusammenarbeit mit Werkstoffwissenschaftlern hat dabei eine Schlüsselstellung, um für die Problemfelder bei der spanenden Bearbeitung moderne Lösungen hervorzubringen. Die Optimierung von Schneidstoffen, Werkzeugen, Zerspanungsverfahren und Maschinenkonzepten runden diesen Forschungsbereich ab.

Analyse von Zerspanungsprozessen

Im Zentrum zahlreicher weiterer Untersuchungen steht die Modellbildung von Zerspanprozessen. Hierunter fallen sowohl die Analysen der mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen, die auf ein Werkzeug beim Zerspanvorgang wirken, als auch die Beschreibung der Spanbildungsmechanismen. In diesem Zusammenhang muss der Prozess ganzheitlich, d.h. hinsichtlich der zugrunde gelegten Wirkpaarkombination und des vorherrschen Belastungskollektivs analysiert werden. Tribologische Systembetrachtungen sind daher unerlässlich für das Verständnis der Wirkmechanismen bei der Zerspanung.

Zerspanung neuer Werkstoffe

Neue Werkstoffentwicklungen, die auf der einen Seite aufgrund herausragender Eigenschaften für den Konstrukteur neue Möglichkeiten eröffnen, führen auf der anderen Seite häufig zu Problemen bei der spanenden Bearbeitung. Am ISF werden zur Zerspanung dieser neuen Werkstoffe Werkzeugentwicklungen vorangetrieben sowie geeignete Verfahrensparameter für verschiedene Fertigungsverfahren entwickelt. Als wesentliche Konstruktionswerkstoffe sind hierbei Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium), hochtemperaturfeste Werkstoffe (Nickel- und Kobaltbasislegierungen), Formgedächtnislegierungen sowie partikel- und faserverstärkte Materialien zu nennen. Dabei stehen nach wie vor neben technologischen Fragestellungen auch werkstoffwissenschaftliche Analysen im Vordergrund der Untersuchungen.

Umweltverträgliche Prozessgestaltung

Aufgrund der hohen Kosten für den Einsatz von Kühlschmierstoffen und der damit verbundenen Probleme der Gesundheitsschädigungen und Umweltbelastungen wird in zunehmendem Maße versucht, den Kühlschmierstoffeinsatz zu reduzieren. Die allgemeine Bedeutung des Problemfeldes "Reduzierung von Kühlschmierstoffen" führte in den letzten Jahren zu vielfältigen Forschungsaktivitäten in Wissenschaft und Praxis. Aktuelle Forschungsprojekte am ISF haben die umweltverträgliche Prozessgestaltung beim Bohren, Reiben, Gewinden, Drehen sowie beim Schleifen zum Ziel. Neben der technologischen Machbarkeit entscheidet insbesondere die Wirtschaftlichkeit über einen späteren Einsatz der neuen KSS-Konzepte in der betrieblichen Praxis.

Simulationsgestützte Prozessoptimierung

Im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus aber auch bei der Zerspanung von Leichtbau- und Sonderwerkstoffen sowie innerhalb der Mikrofertigung stellt die Prognose von Zerspanprozessen bezogen auf ihre Abläufe, als auch auf die zu erwartenden Ergebnisse eine wichtige Aufgabenstellung dar. Daher werden am ISF in breitem Umfang Simulationssysteme entwickelt bzw. kommerzielle Systeme erweitert und eingesetzt. Die Forderung nach hoher Prozesssicherheit bei gleichzeitig großer Effizienz macht darüber hinaus die Anwendung optimaler Bearbeitungsstrategien und -parameter erforderlich, was in vielen Fällen ebenfalls modellbasiert geschieht.

Zur Herstellung von Formen und Werkzeugen durch direkte Fräsbearbeitung in das Zielmaterial gewinnt die simultan fünfachsige Fräsbearbeitung zunehmend an Bedeutung. Hier ergeben sich neue Herausforderungen für das informationstechnische Umfeld (CAM-Systeme) ebenso wie für die Maschinen- und Steuerungstechnik. Ersterem wird dabei mit modernen Simulationssystemen zur Prozessoptimierung Rechnung getragen, während die Entwicklung hochdynamischer Maschinenkonzepte etwa in der Entwicklung parallelkinematischer Maschinenkonzepte gipfelt. Eine derartige Werkzeugmaschine steht für Forschungszwecke am ISF zur Verfügung, wobei darüber hinaus weitere fünfachsige Maschinen für den Mikro- und den Makrobereich zur Verfügung stehen. Gerade zur Planung von komplexen Designs für Temperiersysteme, ebenso wie für automatisierte Reverse Engineering Prozesse werden am ISF Methoden aus dem Bereich der Computational Intelligence verwendet. Auch die Versuchsplanung und die effiziente Modellbildung findet interdisziplinäre Unterstützung, indem hier Methoden aus der Statistik, wie etwa das Design of Experiments (DoE) zur Anwendung kommen.

Mit der umfassenden Untersuchung von Zerspanoperationen mit geometrisch unbestimmter Schneide befasst sich am ISF eine eigene Forschungsabteilung, wobei auch hier das informationstechnische Umfeld mit betrachtet wird. Schwerpunkte sind dabei die Bearbeitung mithilfe von kombinierten Prozessen auf entsprechenden Kombinationsmaschinen, die Innenbearbeitung sowie das Werkzeug- und Flachschleifen.

Fortschritte in der Fertigungstechnik

sind für produzierende Industrieunternehmen unabdingbare Voraussetzung, um im internationalen Wettbewerb bestehen zu können. Vor diesem Hintergrund werden am Institut für Spanende Fertigung (ISF) Forschungsarbeiten durchgeführt, mit dem Ziel, praxisgerechte Lösungen für eine effizientere Produktion zu erreichen. Einen Überblick über das Dienstleistungsangebot finden Sie hier.