Weiterentwicklung Oberflächenhämmerns

Weiterentwicklung des maschinellen Oberflächenhämmerns zur Ausweitung des industriellen Einsatzgebietes (HaPTec – Hammer Peening Technology)

 

Motivation

Werkzeugoberflächen sind im industriellen Produktionsprozess hohen Belastungen bei gleichzeitig hohen Ansprüchen an die Oberflächenqualität ausgesetzt. Diesen Anforderungen begegnen Werkzeug- und Formenbauer mit hohem technischen und personellem Aufwand in der Fertigung sowie beim Härten und Polieren der Werkzeuge. Eine Möglichkeit die Prozesskette der Herstellung zu verkürzen, ist das maschinelle Oberflächenhämmern (MOH).

In abgeschlossenen Forschungstätigkeiten wurden sowohl eine Einglättung und Härtesteigerung der Werkzeugoberfläche als auch oberflächennahe Druckspannungen nachgewiesen. Diese Effekte werden in der Automobilindustrie bereits genutzt und das Verfahren zur Bearbeitung von Ziehwerkzeugen angewendet. Somit können Prozesszeiten eingespart werden. Aufgrund fehlender Richtlinien und Unklarheit über die Auswahl an bearbeitbaren Materialien sieht sich der Prozess jedoch noch mit größeren Vorbehalten zum Einzug in ein breites industrielles Anwenderfeld konfrontiert. Einfache Geometrien und Freiformflächen stellen den Stand der Technik bei der Bearbeitung mittels maschinellem Oberflächenhämmern dar. Enge Radien, Bohrungen oder gar Hinterschneidungen in Werkzeugen lassen sich jedoch noch nicht gezielt behandeln. Dies stellt auch die Herausforderung zum Einzug des maschinellen Oberflächenhämmerns in die Massivumformung dar, da hier beispielsweise Fließpressmatrizen bearbeitet werden müssen. Weiterhin werden MOH-Werkzeuge bislang nur auf Mehrachs-Bearbeitungszentren eingesetzt. Erfahrungen zum Einsatz auf Industrierobotern kleinerer Bauart und geringerer Traglast sind kaum vorhanden.

 
[1] Prozesseigenschaften maschinelles Oberflächenhämmern
[1] Prozesseigenschaften maschinelles Oberflächenhämmern
 

Zielsetzung

Das Ziel des Projektes ist es, das maschinelle Oberflächenhämmern weiter zu qualifizieren. Die Anforderungen der industriellen Anwender müssen gesammelt, bewertet und bei der Konstruktion des Systems berücksichtigt werden, welches die Bearbeitung von Bohrungen, Hinterschneidungen und engen Radien ermöglicht. Des Weiteren soll ein Vergleich mit ähnlichen Verfahren der Oberflächentechnik und gängigen Hämmersystemen angestellt werden. Es gilt, die auftretenden Oberflächenmechanismen zu untersuchen und im weiteren Verlauf einen Materialkatalog zu erstellen. Außerdem werden Richtlinien zur Anwendung des maschinellen Oberflächenhämmerns in der Industrie aufgestellt werden, um eine breite Anwendung der Technologie voranzutreiben.

 
[2] Herausforderungen beim maschinellen Oberflächenhämmern
[2] Herausforderungen beim maschinellen Oberflächenhämmern
 

Lösungsweg

Das Projekt wird in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK) des Karlsruher Instituts für Technologie und dem Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik (IFT) der Technischen Universität Wien im Rahmen des CORNET-Programms bearbeitet. Zunächst werden die Anforderungen seitens der Anwender herausgearbeitet und evaluiert, dann eine Anforderungsliste an die Hämmerkinematik und Randbedingungen des Hämmerprozesses erstellt. Es folgt ein Benchmark mit Konkurrenzsystemen der maschinellen Oberflächenbearbeitung und eine Analyse der Mechanismen zur Oberflächenmodifikation mit Unterstützung der Finite-Element-Methode (FEM). Im weiteren Verlauf wird eine Hämmerkinematik konzeptioniert und konstruiert, welche das Hämmern schwer zugänglicher Oberflächenbereiche ermöglicht und ein umfangreicher Materialkatalog erstellt. Zusätzlich wird die System- und Prozessintegration in bestehende Prozessketten untersucht und Richtlinien zur Anwendung des maschinellen Oberflächenhämmerns erarbeitet.

Danksagung

Das PtU dankt der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung (EFB) sowie ecoplus, Niederösterreichs Wirtschaftsagentur und den nachstehenden Firmen für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projektes.

  • DAIMLER
  • KAMAX
  • LS MECHANIK
  • Accurapuls
  • ECOROLL
  • FILZEK TRIBOtech
  • 3S engineering
  • BAUBLIES
  • OSK Kiefer
  • WFL Millturn Technologies
  • nemak
  • VOITH
  • Modelshop Vienna
  • ENGEL
  • EW Ernst Wittner
  • FASCHANG Werkzeugbau
  • BEKUM