TRENDMikrobearbeitung Mikrozerspanung: Lösungsansätze allgemein und speziell im Fräsbereich Große Leistung am kleinen Werkstück Die Miniaturisierung von Bauteilen in einer Vielzahl von Industrien fordert Anwendungen, die lange Zeit undenkbar schienen. Je kleiner die Komponenten, desto größer die Anforderungen an Präzi - sion, Wiederholgenauigkeit und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. μ-genaue Fertigung verlangt nach präzisen Maschinen, Aufspannungen, Aufnahmen, geeigneter Messtechnik, Werkzeugen und Bearbeitungsstrategien. Bild: Gühring ■■■■■■ Mit Ursprung in der Uhrenindustrie gibt die Mikrozerspanung extrem kleine Toleranzen bei Durchmessern und Lage vor. So sind 4 μ mittlerweile keine Seltenheit mehr. Auf Grund des technologischen Fortschritts im alltäglichen Leben und der stetig steigenden Anforderungen an Miniaturisierung, haben sich viele weitere Branchen in der Mikrozerspanung eingefunden, wie beispielsweise die Dental- und Medizintechnik, Elektronikindustrie, die optische Industrie bis hin zum Formenbau. Die Bauteilanforderungen an beispielsweise spiegelnde Oberflächen, hohe Festigkeiten, hohe Härte, Rostund Säurebeständigkeit oder Biokompatibilität bestimmen die Wahl des Werkstoffs. Das führt dazu, dass zumeist schwer zu zerspanende Werkstoffe eingesetzt werden, wie 1.2379 sowohl im weichen als auch im gehärteten Zustand bis 65 HRC, Kobalt-Chromoder Titanlegierungen, rostfreie Stähle bis hin zu Hartmetallen in der Stanz- und Umformtechnik. Zielsetzung der Mikrozerspanung Die Herausforderung der Mikrozerspanung verteilt sich über die komplette Prozesskette: μ-genaue Fertigung verlangt nach präzisen Maschinen, Aufspannungen, Aufnahmen, geeigneter Messtechnik, Werkzeugen und Bearbeitungsstrategien. Mittlerweile wird angestrebt, spiegelnde Oberflächen mit Mikrostrukturierungen komplett über die Zerspanung herzustellen, um sich Erodier-, Schleif- und Polierarbeitsgänge an komplexen und hochgenauen Konturen einzusparen und somit die Bearbeitungszeiten deutlich zu verkürzen. Besondere Problemstellungen der Mikrozerspanung Gegenüber der Makrozerspanung herrschen im Mikrobereich völlig andere Bedingungen: Mit kleiner werdenden Werkzeugdurchmessern nimmt die Mittenspandicke kontinuierlich ab und befindet sich im Bereich der natürlichen Schneidkantenverrundung. Oftmals limitiert die Maschine mit ihrem Drehzahlbereich die Schnittgeschwindigkeit für kleinere Werkzeuge. Vor allem beim Bohren wird dadurch die Spanabfuhr aus der Bohrung erschwert. Dadurch werden die Werkzeuge 24 November 2017
Übergang Schneidteil Standard (li.) versus optimiert (re.). Bild: Gühring FEM-Simulation der Auslenkung der Werkzeuge sowie der resultierenden Spannungen: prognostizierte Auslenkung li. / prognostizierte Werkzeugbruchwahrscheinlichkeit re. Bild: Gühring oftmals nicht unter optimalen Bedingungen eingesetzt. Aus diesem Grund ist es notwendig, eigene und spezielle Werkzeugausführungen für den Durchmesser-Bereich unter 3 mm anzupassen, die durch ihre Auslegung den Anforderungen der Mikrozerspanung gerecht werden. Bei der Fräsbearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern ist die Abdrängung des Werkzeugs ein wesentliches Problem. Die hohen Anforderungen der Mikrobearbeitung verlangen eine Vermeidung beziehungsweise Verringerung der durch Werkzeugabdrängung hervorgerufenen Maßabweichungen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Mikrofräswerkzeuge besonders schnittfreudig und scharf sind. Hohe Hartmetallqualität, enge Toleranzen und die Gewährleistung einer prozesssicheren Kühlung sind erforderlich. Lösungsansätze allgemein und speziell im Fräsbereich Zur Ausführung von Mikrowerkzeugen gehören von der Abstimmung der Korngröße und Binders des verwendeten Hartmetalls über die Anpassung der Makround Mikrogeometrie mit speziell angepasster Schneidkantenpräparation bis hin zu geeigneten Beschichtungen, die eine gute Schichthaftung an kleinsten Werkzeuggeometrien haben. Speziell bei Mikrofräsern ist es das Ziel, die größtmögliche Steifigkeit bei lang auskragenden Fräswerkzeugen zu erreichen, um eine gute Zerspanung in tiefen Kavitäten zu erzielen. Schlanke Halsübergänge ermöglichen zudem ein Bearbeiten bei möglichst geringer Störkontur. Bei der Optimierung der Werkzeuggeometrien ist die Finite Element Methode ein gutes Hilfsmittel, SINCE 1935 OKAMOTO MACHINE TOOL WORKS LTD. JAPAN GRIND-X PRECISION FOR THE FUTURE OKAMOTO MACHINE TOOL EUROPE GMBH November 2017 25
