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Forschungsverbund FORWerkzeug mit Beteiligung der Universität Erlangen-Nürnberg

Flexible Werkzeugsysteme

Mit neuen Konzepten für den Werkzeug- und Formenbau soll ein neuer Forschungsverbund die Wettbewerbsfähigkeit der bayerischen Unternehmen im europäischen und im weltweiten Maßstab fördern. In enger Kooperation verfolgen Wissenschaft und Industrie im Verbund „Flexible Werkzeugsysteme - FORWerkzeug“ ganzheitliche Strategien, um Werkzeug- und Produktmerkmale wie Oberflächengüte, Genauigkeit oder Flexibilität zu verbessern und insbesondere die Herstellungskosten zu senken. Schwerpunkte werden in den Bereichen Auslegung/Konstruktion, Herstellung und Qualitätssicherung im Werkzeug- und Formenbau gesetzt. Die Bayerische Forschungsstiftung unterstützt den Verbund in den nächsten drei Jahren mit 1,8 Millionen Euro. Weitere 2,5 Millionen stellen die 38 Industriepartner bereit. Zwei Lehrstühle der Universität Erlangen-Nürnberg und das Bayerische Laserzentrum in Erlangen sind am Forschungsverbund beteiligt.

Insgesamt werden zehn Projekte im Verbund FORWerkzeug bearbeitet. Ein Teilprojekt steuert der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) von Prof. Dr. Klaus Feldmann bei. Der Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT) ist mit zwei Teilprojekten im Forschungsverbund vertreten. Prof. Dr. Manfred Geiger, Ordinarius am LFT, ist stellvertretender Sprecher des Verbundes. Sprecher ist Prof. Dr. Michael F. Zäh von der TU München.

Keramikwerkzeuge in der Schraubenproduktion

Am LFT zielt ein Projekt von Prof. Dr. Ulf Engel und M. Sc. Murat Arbak darauf ab, für die Kaltmassivumformung Werkzeuge zu entwickeln, auszulegen und zu optimieren, die aus technischer Keramik, in diesem Fall Siliziumnitrid, bestehen und speziell für diesen Einsatz konstruiert sind. Die bisher üblichen Hartmetallmatrizen durch einen solchen sehr belastbaren Werkstoff zu ersetzen, könnte die Standzeit der Werkzeuge und die Wirtschaftlichkeit der Produktion erhöhen.

 

Voraussetzung für den Einsatz der Finite-Elemente-Simulation zur flexiblen Gestaltung der neuen Werkzeugsysteme sind grundlegende detaillierte Untersuchungen, die Daten über die Charakteristika des keramischen Materials bereitstellen und die Reibvorgänge in der Wirkfuge zwischen Werkzeugmatrize und Werkstück kennzeichnen. Von der Werkzeugauslegung und -herstellung bis zum Einsatz in der Produktion wird die gesamte Prozesskette betrachtet. Anwendungsbeispiel ist die umformtechnische Herstellung von Schraubenrohlingen bei der SSF Verbindungsteile GmbH in Nürnberg, welche die gemeinsam entwickelten Werkzeugsysteme in der laufenden Fertigung einsetzen wird.

Lokal optimierte Umformwerkzeuge

An der Werkzeugoberfläche setzt ein zweites Projekt von Prof. Ulf Engel an, an dem Dipl.-Ing. Kay Wagner arbeitet. Ermüdung und Verschleiß sind die vorherrschenden Ursachen für Werkzeugschäden bei der Kaltmassivumformung. Damit die hohen Werkzeugdehnungen und der ausgeprägte Werkstofffluss nicht zum vorzeitigen Versagen der hoch beanspruchten Werkzeuge führen, soll eine lokale Behandlung die Werkzeugoberflächen optimal auf die Bedingungen des Umformprozesses vorbereiten.

 

 

Oberflächenstrukturierung, Laserstrahlhärten oder Glatt- bzw. Festwalzen sind als Möglichkeiten vorgesehen, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern. Auch hier ist der Einsatz der Finite-Elemente-Simulation geplant, wobei erweiterte Berechnungsmöglichkeiten entwickelt und verifiziert werden sollen, um die Parameter der Oberflächenbehandlung für die Anforderungen der Kaltmassivumformung zu optimieren.

Nacharbeit elektronischer Baugruppen

In dem Teilprojekt am Lehrstuhl FAPS werden die Werkzeuge, die für den Austausch einzelner Bauelemente notwendig sind, innovativ erweitert. Durch Funktionsintegration und Anwendungsflexibilität können optimierte Nacharbeitswerkzeuge einen maßgeblichen Beitrag zur Qualitätsverbesserung leisten.

Die bisherigen Standardfunktionen der Nacharbeitswerkzeuge, wie Führung der Heißluftströmung und Wärmeübertragung auf das Verbindungsmedium, müssen um aktive Aufgaben erweitert werden. Die Integration von Prüfsystemen zur Temperatur- und Wärmeführung kann zur Prozessregelung beitragen und so das Potenzial einer zuverlässigen Nacharbeit erschließen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt in der Weiterentwicklung von Nacharbeitswerkzeugen. Damit ergeben sich zusätzliche Einsatzfelder, die bisher aus technologischen Gründen nur begrenzt zu besetzen waren. Ein erweitertes Bauelementespektrum, alternative Lotwerkstoffe und neuartige Substratmaterialen, wie z. B. flexible Schaltungsträger, sind als Beispiele zu nennen.

Die Konzeption und Realisierung des Projekts „Entwicklung flexibler Werkzeuge zur Nacharbeit elektronischer Baugruppen“ werden durch eine enge Vernetzung mit den industriellen Partnern unterstützt.

Weitere Informationen

Dipl.-Ing. Alexander Putz
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
Tel.: 09131/85-28315
putz@lft.uni-erlangen.de

Dipl.-Ing. Claudius Schimpf
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik
Labor Nürnberg
Tel.: 0911/580 58 12
schimpf@faps.uni-erlangen.de

 

Mediendienst Forschung-Aktuell Nr.737 vom 07.03.2005


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