Kompetenzen der Projektpartner

Um die Ziele des Projektes zu erreichen, müssen Entwicklungen in den Innovationsfeldern der anvisierten Prozesskette durchgeführt werden: Diese umfassen die Fräswerkzeuge (Modul 1), die Prozesstechnologie (Modul 2) und die Formwerkzeuge (Modul 3).

Fräswerkzeuge

Im ersten Modul entwickeln Fraunhofer FEP, IKTS, IPT und IWS leistungsfähige Fräswerkzeuge, die hinsichtlich Werkzeuggeometrie, Werkzeugsubstrat und Verschleißschutzschicht optimal aufeinander abgestimmt sind. Hier liegt der Fokus auf nano-kristallinen Hartmetallen (Werkzeugsubstrat) sowie hochharten Beschichtungen (ta-C, (Ti,Cr,Al,Si)N, Me-B-C-N, Al₂O₃).

Prozesstechnologie

In Modul 2 führen Fraunhofer IPT und IWU prozesstechnologische Entwicklungen durch: Dazu zählt die Auslegung neuer Frässtrategien und Bearbeitungsparameter. Außerdem wird eine kryogene Prozesskühlung in einen Ultraschallschwinger integriert, der das Fräswerkzeug anregt. So wird es möglich, sowohl die thermische als auch mechanische Belastung während der Zerspanung deutlich zu reduzieren. Anschließend wird diese Einheit in eine Fräsmaschine integriert.

Formwerkzeuge

Fraunhofer IKTS und IWS entwickeln im dritten Modul Werkstoffinnovationen, für die das Fraunhofer IWU speziell angepasste Formwerkzeuge auslegt. Hier ist es das Ziel, die technischen Eigenschaften von Spritzschichten auf Basis von Keramik und Hartmetall durch eine neue Prozessführung und neue Materialkompositionen zu verbessern. Ein ebenfalls neu zu entwickelndes Hartmetall wird dafür optimal auf Zerspanbarkeit und Leistungsfähigkeit abgestimmt. Die Entwicklungen werden kontinuierlich aneinandergekoppelt und in ein neues Gesamtsystem überführt, das Ressourcen und Umwelt nachhaltig schont. Die Verifizierung erfolgt durch eine abschließende technologische und wirtschaftliche Bewertung.

Zum Erreichen der einzelnen Modulergebnisse arbeiten die Institute eng zusammen an insgesamt sechs Arbeitspaketen: Die Ziele der einzelnen Institute sind dabei fest mit der strategischen Ausrichtung dieser verbunden.

Fraunhofer IPT

Die Entwicklung und Fertigung hochleistungsfähiger Fräswerkzeuge und der entsprechenden Prozesstechnologie für die Zerspanung von Hartmetallen ist das Ziel des Fraunhofer IPT im Rahmen des Projektes. Im Bereich der Hochleistungszerspanung und im Geschäftsfeld Werkzeugbau gilt es hier, die Kompetenzen im neu geschaffenen Entwicklungsgebiet der Werkzeugschleiftechnik zu erweitern, und zum anderen, innovative Zerspantechnologien für schwer zerspanbare Werkstoffe auszubauen.

Fraunhofer IKTS

Das Fraunhofer IKTS ist maßgeblich für die Weiterentwicklung innovativer Hartmetallsubstrate verantwortlich. Hier umfasst das Projekt »HaKeMill« zwei Entwicklungsschwerpunkte: Zum einen ist dies die Entwicklung von Hartmetallen, die als Substrat für Fräswerkzeuge dienen. Diese müssen sowohl hinsichtlich ihrer Härte als auch ihrer Zähigkeit perfekt aufeinander abgestimmt sein. Zum anderen gilt es, Hartmetallsubstrate für Formwerkzeuge zu entwickeln, die hinsichtlich der Zerspanbarkeit optimiert werden, gleichzeitig aber auch besondere technische und mechanische Anforderungen erfüllen.

Fraunhofer IWU

Das Fraunhofer IWU ist einer der zentralen Kompetenzträger in der Auslegung, Simulation und Fertigung von Formwerkzeugen für Ur- und Umformprozesse sowie deren Erprobung und Bewertung der Leistungsfähigkeit im Einsatz. Im Projekt »HaKeMill« forciert das Fraunhofer IWU die Entwicklung hybrider Fertigungsprozesse durch medien- und schwingungsüberlagerte Bearbeitungstechniken. Der Fokus liegt auf der Reduzierung des thermo-mechanischen Belastungskollektivs bei der Zerspanung durch Einsatz kryogener Kühlung und durch werkzeugseitige Ultraschallanregung.

Fraunhofer IWS

Das Fraunhofer IWS bringt seine Kompetenzen in der Beschichtungstechnologie für Oberflächen sowie für das Aufbringen von hochharten Dickschichten im Spritzverfahren in das Projekt »HaKeMill« ein. Dabei werden zum einen neue hochharte Beschichtungen auf Basis von Kohlenstoff (ta-C Schichten) sowie auf (Ti,Cr,Al,Si)N-Basis als nanoskalige Multilayer entwickelt, die für die Fräswerkzeuge genutzt werden. Die Forderungen der Industrie nach noch leistungsfähigeren Beschichtungen werden dadurch voll erfüllt. Zudem optimiert das Fraunhofer IWS die Eigenschaften von Spritzschichten, die als vollwertige und kostengünstige Alternative zu Vollhartmetall oder gesinterter Keramik flexibel auf Trägermaterialien aufgebracht werden können. Dies geht einher mit der Forderung der Werkzeugbaubranche nach immer leistungsfähigeren und belastbareren Formwerkzeugen.

Fraunhofer FEP

Ziel des Fraunhofer FEP ist es, neue Beschichtungen für Produkte der Zukunft zu entwickeln und Endanwender in die Lage zu versetzen, diese in ihrer Produktion einzusetzen. In diesem Sinne fokussieren die Entwicklungen des Projekts auf Verschleißschutzschichten für Fräswerkzeuge sowie die erforderlichen plasmaunterstützten Depositionsprozesse. Zur Entwicklung einzelner Hartstoffschichten mit spezifischer Zusammensetzung und im Verbund mit den bestehenden Test- und Bewertungsmöglichkeiten sollen Schichtsysteme entwickelt werden, die den hohen Anforderungen der Hartmetall-Zerspanung standhalten. Diese Schichten auf Basis von MeB_xC_yN_z und Al₂O₃ bieten neue Impulse für das Segment der Werkzeugbeschichtung.