Schwingungsunterstützung : Zerspanung: Wie gezielte Schwingungen den Prozess verbessern

Am Fraunhofer IWU forscht das Team rund um Oliver Georgi am Einsatz von Schwingungen im Bereich bis 100 Hz oder im Ultraschallbereich über 16 kHz, um bei Zerspanungsprozessen bestehende Verfahrensgrenzen zu verschieben. Für den industriellen Einsatz verspricht dieses Vorgehen weniger Verschleiß und kürzere Bearbeitungszeiten. Insbesondere in der Großserienfertigung sollen sich dadurch Kosten sparen lassen.

Unterstützung bei Bohr- und Tiefbohrprozessen

Beim Bohren und Tiefbohren erhöhen hochfrequente Schwingungen im Ultraschallbereich (ab 16kHz) die Produktivität und Prozesssicherheit. Die Ultraschallschwingungen können in bestimmten Materialien, wie Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, die Zerspanungskräfte senken. Das kann die Schnittwerte erhöhen und folglich die Produktivität steigern.

Wenn die Vorschubkraft reduziert wird, bilden sich weniger Grate. Die Entgratung wird dadurch weniger aufwändig oder fällt in manchen Fällen sogar vollständig weg. Durch eine bessere Spanabführung und eine Verringerung des Mittenverlaufs verbessert sich die Qualität der bearbeiteten Teile. Auch der Werkzeugverschleiß wird verringert, was zu längeren Werkzeugstandzeiten führt. In Anwendungen, bei denen schwer zu bearbeitende Materialien verwendet werden, ist die Ultraschallunterstützung oft notwendig, um eine wirtschaftliche Fertigung zu ermöglichen.

Beim Drehen entsteht häufig ein unzureichender Spanbruch. Dies liegt oft an Störgrößen wie Werkzeugverschleiß oder Chargenschwankungen, die zu längeren Spänen und Wirrspänen führen. Diese können Spänenester bilden, die den Spänefluss stören und manuell beseitigt werden müssen. Ein unzureichender Spanbruch kann sogar dazu führen, dass der Fertigungsprozess nicht automatisierbar ist.

Mit der Schwingungsunterstützung durch innovative und flexible Systeme lässt sich laut den Fraunhofer-Forschern ein prozesssicherer Spanbruch erreichen. Die Schwingungsunterstützung mit bis zu 100 Hz und 0,6 mm Schwingweite ermöglicht die Bildung kurzer und definiert gebrochener Späne. Die Maschinen müssen nicht mehr gestoppt werden, um Spänenester zu beseitigen.

Das Gründungsprojekt VibroCut wird zukünftig Schwingsysteme vertreiben, die als Funktionserweiterung in bestehende Werkzeugmaschinen nachgerüstet werden können. Darüber hinaus wird das Unternehmen Dienstleistungen wie kundenspezifische Technologieentwicklung, Maschinenintegration und Schulungen anbieten und damit Komplettlösungen für die schwingungsunterstützte Zerspanung anbieten. Der Markteintritt erfolgt für die Verfahren Bohren und Drehen. Das Unternehmen wird sich jedoch nicht auf einzelne Marktnischen beschränken, sondern zukünftig weitere Anwendungen in verschiedenen Zerspanprozessen abdecken. Potenzielle Anwendungsbereiche sieht VibroCut vor allem in der Automobil- und Zulieferindustrie, im Maschinenbau oder in der Luft- und Raumfahrttechnik. Die Unternehmensgründung ist für Mitte 2023 geplant.