Bearbeitung harter Sonderwerkstoffe
Die Entwicklung innovativer Werkstoffe und Werkstoffanwendungen verlangt die Anwendung neuer bzw. angepasster Fertigungstechniken. Das Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren der Technischen Universität Clausthal widmet sich der werkstoffbezogenen Erforschung und universitären Lehre von Fertigungsverfahren der Schweißtechnik und der trennenden Fertigung. Ergänzt und vervollständigt wird das umfangreiche Angebot an Studierende und Industrie durch Lehr- und Forschungsaufgaben in den sachverwandten Bereichen der Produktionstechnik, der Industriebetriebslehre, des Qualitätswesens und der Verschleißforschung. Neben der Grundlagenforschung in zahlreichen DFG-geförderten Vorhaben orientiert sich die anwendungsbezogene Forschung des ISAF in AIF-geförderten Projekten und Industrieaufträgen an aktuellen Fragestellungen aus Industrieunternehmen.
Einen Forschungsschwerpunkt des ISAF im Bereich der spanenden Fertigung stellt die Hartbearbeitung von Bauteilen aus modernen Hochleistungswerkstoffen, wie technischer Keramik, Graphit, Glas- und Aramidfaserverbundwerkstoffen mit dem innovativen Verfahren Ultraschallschwingläppen dar. Beim Ultraschallschwingläppen wird loses Läppmittelkorn, i. allg. in Wasser dispergiertes Borcarbid, als Werkzeug eingesetzt, auf das ein im Ultraschallbereich schwingendes Formwerkzeug wirkt, Bild 1. Es kommt zum mikroskopischen Ausbruch feinster Partikel und die Negativkontur des Formwerkzeuges bildet sich exakt im Werkstück ab. Mit seinen Verfahrensvarianten Profilsenken, -bohren und Ultraschallfräsen ist das Ultraschallschwingläppen im Hinblick auf die Bauteilkomplexität sehr flexibel und erschließt neue Möglichkeiten der formgebenden Hartbearbeitung. Dreidimensionale, komplexe Strukturen, Schlitze und Bohrungen können gefertigt werden. Es lassen sich z.B. Feinbohrungen und Stege mit Abmessungen von weniger als 0,5 mm mit höchster Präzision und in engsten Herstelltoleranzen aus Halbzeugen fertigen, Bild 2. Aber auch bei der Optimierung von Zerspanwerkzeugen kann das Verfahren eingesetzt werden, z.B. um dreidimensionale Oberflächenmodelle als Spanleitstufen abzubilden.
Das Ultraschallschwingläppen wird im ISAF mit dem Ziel erforscht, werkstoff- und aufgabenangepaßte Bearbeitungsstrategien für keramische Werkstoffe zu erarbeiten. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für eine reproduzierbare Endbearbeitung keramischer Bauteile mit definiert eingestellten Bauteileigenschaften. Zur Herstellung komplexer Bauteilgeometrien werden Bearbeitungsrichtlinien für die mehrachsige CNC-Bearbeitung und die Planetärerosion mit rotierenden Stiftwerkzeugen erarbeitet.
In Forschungsvorhaben in Verbindung mit Industriepartnern werden Machbarkeitsstudien zur werkstoffgerechten Prozeßauslegung auch für andere, nichtkeramische Materialien wie Glas- und Verbundwerkstoffe durchgeführt. So beschäftigt sich z.B. ein Projekt mit der Fertigung feinster Bohrungen und komplexer Strukturen in Glassubstraten, wie sie in der Elektronik und Mikrosystemtechnik benötigt werden. Ein weiteres Forschungsprojekt soll die Grundlagen für die Anwendung des Ultraschallschwingläppens bei der spanenden Formgebung von Hartmetallen nach dem Sintern bereitstellen.
Über die Forschungsaktivitäten hinaus werden im Bereich der Ultraschalltechnologie vom ISAF folgende Leistungen angeboten:
- Einzelteil- und Kleinserienherstellung sowie Prototypenbau in Glas, technischen und konventionellen Keramiken, CFK, GFK, Glaskeramik, Naturstein
- Herstellung von Proben für die Werkstoffprüfung (Biege- und Zugproben, TEM-Präparation etc.)
- Technologieentwicklung und -transfer