Analyse von Größeneinflüssen bei einer Herabskalierung des Fräsprozesses in den Mikrobereich

Kahnis, P.

Das Mikrofräsen gilt als ein geeignetes Verfahren zur kostengünstigen Herstellung mikrostrukturierter Bauteile in kleinen und mittleren Serien, wie beispielsweise Formeinsätze für den Mikrospritzguss. Eine Skalierung des Fräsprozesses in den Mikrobereich wirft jedoch gegenüber der Zerspanung im Makrobereich einige neue Probleme auf. Speziell die auftretenden Größeneffekte verhindern es, die im Makrobereich bewährten Verfahren und Prozessbedingungen ohne Weiteres in den Mikrobereich zu übertragen.

In der vorliegenden Dissertationsschrift werden grundlegende Untersuchungen zu den Auswirkungen einer Herabskalierung von Werkzeugdurchmesser und Prozessparametern in den Mikrobereich auf den Fräsprozess vorgestellt. Ausgehend von der Analyse der Werkzeuge und deren Schneidkantengestalt wurde der Einfluss der Skalierung auf den Prozess anhand der Zerspankräfte, der Spanbildung und der resultierenden Oberflächenqualität beurteilt. Insbesondere das Verhältnis von Schneidkantenverrundung zu Spanungsdicke stellt einen wesentlichen Einflussfaktor auf den Prozess dar. Die Anpassung einer im Makrobereich erfolgreich eingesetzten geometrischen Simulation der Zerspankräfte ermöglicht durch die Vorhersage kritischer Belastungsbereiche im Vorfeld der Bearbeitung eine Steigerung der Prozesssicherheit. Durch eine Untersuchung der Werkzeugabdrängung konnte ein weiteres Problemfeld aufgezeigt werden, welches insbesondere bei der Bearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern zu beachten ist. Hierzu werden Möglichkeiten vorgestellt, die Auswirkungen der Abdrängung auf die Genauigkeit der gefertigten Kontur zu verringern. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit den Einfluss einer Skalierung auf die Prozessdynamik auf und machen deutlich, dass eine prozesssichere Bearbeitung auch bei geringen Werkzeugdurchmessern die Wahl optimaler Prozessparameter voraussetzt, um negative Auswirkungen von Werkzeugschwingungen zu vermeiden.

Veröffentlicht als

Dissertation Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2008, ISBN 978-3-8027-8745-4