Prozess-Maschine-Interaktion beim Mikrofräsen von cp-Titan

Kurzfassung
Technische Systeme und deren Bauteile werden immer kleiner und leistungsfähiger. Gleichzeitig
sind Fertigungstechniken zur Herstellung dieser Bauteile gefragt und weiter zu entwickeln.
Gerade wenn es um die Herstellung von Prototypen oder individualisierten Produkten geht,
sind Fertigungsverfahren mit geringen Investitionskosten und hoher Flexibilität gefordert. Ein
Verfahren, welches diese Anforderungen erfüllt, ist das Mikrofräsen; allerdings fehlt es bislang
an Prozessverständnis beim Einsatz von Mikrofräswerkzeugen 50 μm. Hauptziel der vorliegenden
Arbeit ist es, die Prozess-Maschine-Interaktion (PMI) beim Mikrofräsen am Beispiel
von cp-Titan herauszuarbeiten um dann Ansätze für die bestmögliche Prozessauslegung zu geben.
Ansatzpunkte hierfür sind die Entwicklung einer neuartigenWerkzeugmaschine, die Minimierung
der Rundlaufabweichung des Spindel-Werkzeug-Systems, sowie die Beschichtung von
Mikrofräswerkzeugen mit einem Durchmesser 50 μm. Hierzu wurde eineWerkzeugmaschine
aufgebaut, welche es erlaubt Mikrofräser ohne Umspannvorgang herzustellen und anzuwenden.
Durch die Möglichkeit auf die Werkzeugumspannung zu verzichten, kann die Rundlaufabweichung
verringert oder der Rundlauf gezielt variiert werden. Hierbei wurde gezeigt, dass bei der
Zerspanung von cp-Titan die Spindeldrehzahl/Schnittgeschwindigkeit einen größeren Einfluss
auf die Bauteilqualität und den Werkzeugverschleiß hat als die Rundlaufabweichung. Werkzeugverschleiß
und Aufbauschneidenbildung erhöhen sich mit steigender Spindeldrehzahl. Die
höheren Spindeldrehzahlen sind allerdings notwendig, da die luftgelagerten Spindeln mit steigender
Drehzahl an Steifigkeit zunehmen. Somit muss der Prozessparameterbereich erhöht und
der Werkzeugverschleiß reduziert werden, um einen bestmöglichen Mikrofräsprozess zu erreichen.
Eine Möglichkeit hierzu ist die Beschichtung von Mikrofräswerkzeugen mittels Titandiborid.
Mit der Schicht konnte das Zeitspanvolumen um den Faktor vier erhöht und die Bauteilqualität
signifikant verbessert werden.
Die erzielten Erkenntnisse führen zu einem Prozessverständnis, welches auf die Zerspanung von
weiteren Werkstoffen übertragen werden kann. So wird die Effizienz des Mikrofräsens erhöht
und die Erschließung neuer Anwendungsfelder der Mikrofräsbearbeitung möglich.