Quality Engineering 04.2002

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SPECIAL » Fertigungsmesstechnik 3D-Messgerät validiert Werkzeugverschleißmodelle Dem Werkzeugverschleiß präzise auf der Spur Eine genaue Vorhersage des Werkzeugverschleißes bei hoher Beanspruchung während der Zerspanung ist das Ziel von Softwareanbieter Third Wave Systems. Die messtechnische Basis für die Erstellung der Modelle ist das Messsystem Infinite Focus von Bruker Alicona. TWS setzt Infinite Focus für Messungen von Werkzeugen ein, um diese zur Analyse in eine FEA-Software zu importieren. Bild: Third Wave Systems Kathrin Podbrecnik Marketing & Communications Bruker Alicona www.alicona.com Third Wave Systems (TWS) bietet Computer Aided Engineering (CAE) für Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen, um deren Kosten für bearbeitete Komponenten zu senken, Konstruktionszyklen zu beschleunigen, die Qualität der Teile zu verbessern und die Marktreife zu beschleunigen. „Unsere Modellierungssoftware wird mit Finite Element Analysis (FEA) gekoppelt, liefert mehr Informationen als Trial-and-Error-Tests und bietet so eine fundierte Grundlage für Entscheidungen, welches Werkzeug für welchen Werkstoff eingesetzt werden soll“, sagt Tyler Roth, leitender F&E-Ingenieur beim Softwareanbieter mit Sitz in Minneapolis. Das heißt, TWS-Kunden, die etwa aus der Automobil- oder Luftfahrtindustrie stammen, erhalten eine fundierte Prognose, wie sich Werkzeug und Werkstoff bei hoher Beanspruchung während der Zerspanung verhalten werden. Damit senken sie Produktionskosten, erhöhen die Teilequalität und beschleunigen Entwicklungszyklen. „Unsere Projekte erfordern eine detaillierte Modellbildung von Schneidwerkzeuggeometrien, die nur mit einem hochwertigen Messgerät möglich ist. Entscheidend sind unter anderem Parameter wie Frei-, 34 Quality Engineering » 04 | 2022

Bild: Third Wave Systems Messungen eines neuen und eines abgenutzten Werkzeugs mit Infinite Focus und dem Verschleißmessmodul: Die gemessenen Werkzeugprofile werden in die Software von Third Wave Systems übertragen, um die Auswirkungen der Werkzeugabnutzung während der Bearbeitung zu analysieren. Keil-, und Spanwinkel, die sich auf die Spanabfuhr auswirken und folglich den Leistungsbedarf während des Bearbeitungsprozesses beeinflussen“, erklärt Roth weiter. „Nach dem Einsatz einfacherer Mikroskope zur Datenerfassung und der Zusammenarbeit mit externen Anbietern war es an der Zeit, dieses Know-how in unser Unternehmen zu holen. Wir waren auf der Suche nach einem System, das uns eine viel höhere Genauigkeit bietet und das in der Lage ist, die Details zu liefern, die wir für unsere technischen Anforderungen benötigen.“ Infinite Focus von Bruker Alicona erfüllt diese Kriterien. Das hochpräzise und flexible optische 3D-Messgerät misst Form und Rauheit in einem System und eignet unter anderem sehr gut für die Messung von Werkzeuggeometrien: Die messbaren Oberflächen und Materialen sind nahezu unbegrenzt, und ein multifunktionaler Sensor liefert hochauflösende, rückführbare Messergebnisse mit hoher Wiederholgenauigkeit. Die 5 Achs-Messkapazität mittels einer motorisierten Dreh- und Schwenkeinheit bietet zudem die einfache und schnelle Messung von Geometrien, die sonst gar nicht oder nur schwer zugänglich sind. Dazu zählen unter anderem Flanken- und Anschnittwinkel, Gewindesteigungen und Hinterschneidungen. Basierend auf der stabilen Technologie der Fokus-Variation eignet sich das Messsystem auch für den Einsatz in Produktionsumgebungen. Modellvalidierung dank schneller und genauer Messungen „Werkzeugverschleiß ist bei jedem Bearbeitungsprozess unvermeidlich und muss verstanden und kontrolliert werden. Er beeinträchtigt erheblich die Qualität des bearbeiteten Werkstücks aufgrund der höheren Temperaturen und Spannungen, die ein abgenutztes Werkzeug auf die bearbeitete Oberfläche ausübt“, so Roth. Mit Infinite Focus misst TWS das Werkzeugprofil während der Abnutzung. Diese Messungen werden direkt in die Software importiert, um Simulationen mit dem abgenutzten Profil durchzuführen und zu verstehen, wie sich der Bearbeitungsprozess weiter entwickeln wird. Diese Simulationsergebnisse werden mit den während der Bearbeitungstests erfassten Messungen validiert und zur Erstellung von Werkzeugverschleißmodellen eingesetzt. » Die Genauigkeit und Benutzer - freundlichkeit von Infinite Focus ermöglicht es uns, die Modellierung des Werkzeugverschleißes auf eine neuartige Art und Weise zu testen und zu validieren. « Tyler Roth, Third Wave Systems So konnte TWS etwa einen Kunden aus der Luftund Raumfahrtindustrie bei der Identifikation des besten Werkzeugs für die effiziente Bearbeitung von Titan unterstützen. Der Hersteller musste zwischen drei unterschiedlichen Werkzeugen wählen. Alle drei Werkzeuggeometrien wurden mit Infinite Focus im Detail gemessen, worauf TWS für jedes der Werkzeuge eine messtechnisch fundierte Simulation für das zu erwartende Verschleißverhalten erstellte. Der Hersteller konnte damit nicht nur das am besten geeignete Werkzeug für die Zerspanung wählen, sondern selbiges noch hinsichtlich Spanabfuhr optimieren. Die Standzeit des entsprechenden Werkzeugs wurde um das Vierfache erhöht. TWS wird in Zukunft weitere Verschleißmodelle für Schneidwerkzeuge und Werkstoffe entwickeln. Dies bedingt auch eine verstärkte Nutzung des Infinite Focus. Eine höhere Dichte an Validierungsdaten bedeutet für TWS-Kunden eine noch bessere Entscheidungsgrundlage im Vergleich zu Trial-and-Error- Tests. Quality Engineering » 04 | 2022 35