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Spanablösung mit exakter Temperaturkontrolle

15.04.1998 - (idw) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Lasertechnik: Spanabloesung mit exakter Temperaturkontrolle

Die Herstellung von Schmiedegesenken oder Spritzgussgesenken erfolgt konventionell durch Fraesbearbeitung oder Funkenerosion. Neuerdings koennen insbesondere Prototypen auch alternativ mittels Laserstrahlabtragen hergestellt werden. Die DFG foerdert grundlegende Untersuchungen am Lehrstuhl fuer Fertigungstechnologie der Universitaet Erlangen-Nuernberg, aus denen praktische Massnahmen abgeleitet werden sollen, die die Verfahrenseffizienz beim thermischen Abtragen deutlich verbessern. Ausgangspunkt sind Arbeiten des Bayerischen Laserzentrums BLZ GmbH, die zusammen mit der LCTec GmbH und dem Lehrstuhl fuer Angewandte Optik in einem von der Bayerischen Forschungsstiftung gefoerderten Projekt entwickelt wurden.

Die Leitung des DFG-Projekts hat Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Manfred Geiger, Sachbearbeiterin ist Dipl.-Ing. Doris Schubart.

Filigrane Strukturen aus haertesten Stoffen

Aus dem Verfahrensprinzip und den Eigenschaften des Werkzeugs Laserstrahl ergeben sich wesentliche Vorteile gegenueber den konventionellen Bearbeitungsmethoden. Das Strahlwerkzeug Laser arbeitet beruehrungslos und ist keinerlei Verschleiss unterworfen. Werkzeugwechsel, verschleissbedingte Formabweichungen oder Beschaedigungen durch Werkzeugbruch koennen nicht auftreten. Die punktuelle Einwirkung des fokussierten Laserstrahls erlaubt die flexible Herstellung filigraner Strukturen, beispielsweise fuer Gravuren. Insbesondere fuer sehr harte Werkstoffe (gehaerteter Stahl, technische Keramiken), die mechanisch nicht bearbeitet werden koennen, stellt das beruehrungslose Laserstrahlabtragen eine geeignete Alternative dar.

Der Abtragmechanismus basiert dabei physikalisch auf der Phasenaenderung vom festen in den fluessigen oder dampffoermigen Zustand und kann bei Metallen und einigen Keramiken chemisch durch die Zugabe von Sauerstoff unterstuetzt werden. Bei Stahlwerkstoffen lassen sich zwei Abtragmechanismen unterscheiden: Laserstrahlschmelzabtrag und Laserstrahloxidspanen. Beim Schmelzabtrag werden sehr hohe Abtragraten bei mittleren Oberflaechengueten erzielt. Das Laserstrahloxidspanen ermoeglicht dagegen einen sehr kontrollierten Materialabtrag, bei dem der aufgeschmolzene Werkstoff oxidiert wird und sich in Form eines Oxidspans eigenstaendig aus der Wechselwirkungsfuge abhebt.

Temperatur-Simulation

Verfahrensbegrenzend wirken bisher die zu geringen Abtragraten, die auf mangelndes Prozessverstaendnis zurueckzufuehren sind. Das Ziel des DFG-Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch grundlegende Betrachtungen zunaechst die exakte Temperaturverteilung bei konventionellem Laserstrahloxidspanen anhand von Simulationsberechnungen quantitativ zu erfassen. Daraus sollen anschliessend Massnahmen abgeleitet werden, um durch die Vorgabe einer kontrollierten Temperaturfuehrung das Laserstrahloxidspanen weiterzuqualifizieren. Begleitend werden diese rechnerischen Ueberlegungen waehrend der gesamten Projektlaufzeit experimentell verifiziert.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Manfred Geiger, Dipl.-Ing. Doris Schubart, Lehrstuhl fuer Fertigungstechnologie, Egerlandstrasse 11, 91058 Erlangen Tel.: 09131/85 -7140, 9066 -16, Fax: 09131/3 64 03, E-mail: geiger@lft.uni-erlangen.de

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