Nachbearbeitung kostet Geld! Das gilt vor allem für manuelle Arbeiten, wie das Polieren. Forschende aus Aachen zeigen, wie man sparsamer zur glatten Werkstückoberfläche kommt.

Metall verarbeitende Betriebe sind bestrebt, die erreichbare Bauteilqualität kontinuierlich zu verbessern und dabei gleichzeitig die Fertigungskosten auf einem erträglichen Niveau zu halten. Wo man dabei den Hebel ansetzen kann, ist die Nachbearbeitung, denn diese charakterisiert sich meist durch zeitintensive und damit teure Verfahren – man denke zum Beispiel an das manuelle Polieren oder das maschinelle Oberflächenhämmern, schicken die Experten vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) voraus. Deshalb haben sie nun ein flexibel einsetzbares Werkzeugkonzept zur Unterstützung der Nachbearbeitung (speziell des Polierens) von Metalloberflächen entwickelt. Das Werkzeug kann dazu in konventionellen 5-Achs-Bearbeitungszentren eingesetzt werden, heißt es weiter. So könne es die Nacharbeitszeit an Bauteilen um bis zu 10 Prozent verkürzen.

Hinter der Innovation steckt ein neues Verfahren, bei dem ein Werkzeug aus Hartmetall eingesetzt wir, das einem klassischen Fräswerkzeug ähnelt. Der Schneidkantenradius ist maximal 0,5 Millimetern allerdings viel größer als bei üblichen Fräswerkzeugen, erklären die Forschenden. Damit wird auch kein Werkstoff entfernt, sondern es wird damit auf die Bauteiloberfläche gedrückt. Durch den auf die Oberfläche wirkenden Druck werden Rauheitsspitzen auf dem Werkstück einfach eingeebnet und die Randzonen auch noch verfestigt, betonen die IPT-Spezialisten.

Zusätzlich dazu entwickelte das Team mit weiteren Projektpartnern einen nachgiebigen Werkzeughalter. Dieser stellt sicher, dass die Kraft, die auf die Werkstückoberfläche einwirkt, stets konstant bleibt. Denn nur durch einen gleichbleibenden Druck lassen sich gleichmäßige Oberflächeneigenschaften am Werkstück erzielen. Man entschied sich dabei auch für einen hybriden Ansatz, der die Nachgiebigkeit des Werkzeugs sowohl durch eine konventionelle Feder als auch durch eine interne Kühlschmierstoffzufuhr sicherstellt. In mehreren Versuchsreihen testeten man das Ganze erfolgreich und praxisgerecht beim Projektpartners CP Autosport GmbH, an Bauteilen aus Aluminium und hochfesten Stählen.

Das neue Werkzeugkonzept entstand im Rahmen des Projekts mit dem Titel „Hgroka – Oberflächennachbearbeitung dreidimensionaler Bauteile durch Hartmetallwerkzeuge mit großen Schneidkantenradien“. Das Werkzeug kann das händische Polieren zwar nicht immer ganz ersetzen, doch damit behandelte Werkstücke können später zumindest wesentlich schneller nachbearbeitet werden, machen die Aachener klar.

Einen weiteren Vorteil sehen die Aachener Forschenden darin, dass das Werkzeug ohne zusätzliche Maschinenaggregate in konventionellen 5-Achs-Bearbeitungszentren eingesetzt werden kann und deshalb relativ günstig genutzt werden kann. Nach den positiven Testergebnissen soll das Werkzeugkonzept im nächsten Schritt noch an weiteren Werkstoffen getestet werden, heißt es mit Blick auf dessen Zukunft.

(Das Forschungsprojekt wurde durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 mit dem Förderkennzeichen EFRE-0801244 unterstützt.)

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