mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

people

Mikrokaltumformen?

Ohne Mikroumformwerkzeuge kein Mikroumformen!

Wir sind Christian und Florian. In unserem Projekt werden die Werkzeuge hergestellt, die für das Mikroumformen benötigt werden. Dieses sind zum Beispiel  Ziehringe. Weil diese Werkzeuge so klein sind, wie so vieles Andere in unserem Sonderforschungsbereich, nennen wir diese Werkzeuge Mikroumformwerkzeuge.

Die Herausforderung
Wer Mikroumformwerkzeuge herstellen will, muss sich zwei großen Herausforderungen stellen: Die erste Herausforderung ist, dass die Details und Strukturen, die ein Mikroumformwerkzeug aufweist, sehr klein sind und daher sehr genau hergestellt werden müssen. Was das bedeutet hat unser Kollege Daniel bereits ganz treffend beschrieben: „Bei einem Topf wäre eine Abweichung von einem halben Millimeter nicht schlimm, bei einem Mikrobauteil – das kann auch ein Mikroumformwerkzeug sein – kann dies leicht die Hälfte der eigentlichen Größe des Bauteils sein". Die zweite Herausforderung ist die Härte der Werkstoffe, aus denen die Mikroumformwerkzeuge hergestellt werden. Beim Umformen gibt es ständig Kontakt zwischen dem Umformwerkzeug und den Werkstücken, also den Bauteilen. Dadurch nutzen sich die Werkzeuge mit der Zeit ab. Wenn ein Werkzeug zu sehr verschlissen ist, können die Werkstücke nicht mehr fehlerfrei hergestellt werden und die Fertigung steht still. Daher muss der Werkstoff, aus dem die Umformwerkzeuge hergestellt werden, besonders hart und verschleißfest sein. Das bedeutet jedoch auch, dass diese Werkstoffe sehr schwer zu bearbeiten sind. Ein Bearbeitungsverfahren für die Herstellung von Mikroumformwerkzeugen muss also beides können: sehr kleine Details fertigen und sehr harte Werkstoffe bearbeiten. Das Mikrofräsen kann beides!

Mikrofräsen, unser Bearbeitungsverfahren
In unserem Projekt werden Mikroumformwerkzeuge durch Mikrofräsen hergestellt. Ja, auch hier ist schon wieder das Wort „mikro" gefallen, was bedeutet, dass wir es wieder mit ganz kleinen Dingen zu tun haben. Dafür wird das Material, aus dem das Mikroumformwerkzeug gefertigt werden soll, zunächst in der Fräsmaschine eingespannt. Das heißt, es wird so befestigt, dass es während der Bearbeitung nicht verrutschen kann. Dann kann mit einem Mikrofräser das Material bearbeitet werden. Der Mikrofräser sieht fast so aus wie ein Bohrer und hat zwei scharfe Schneiden. Der Fräser dreht sich schnell, mehrere Tausend Mal in der Minute und wird entlang des Werkstückes bewegt. Der richtige Weg des Mikrofräsers wird dabei von der Steuerung der Fräsmaschine vorgegeben. Während der Bewegung schält der Mikrofräser mit seinen Schneiden quasi Stück für Stück die richtige Form aus dem Werkstück, bis am Ende ein Mikroumformwerkzeug daraus geworden ist, welches alle benötigten kleinen Details aufweist. Das Herstellen eines Mikroumformwerkzeuges kann manchmal ziemlich lange dauern, sogar viele Stunden. Das liegt daran, dass immer nur ganz kleine Materialmengen zurzeit aus dem Werkstück herausgeschält werden können. Mikrofräser gibt es übrigens in unterschiedlichen Formen, Durchmessern und Längen. Manche Fräser haben zum Beispiel gerade mal den vierfachen Durchmesser von einem Haar. Das sind 200 µm, also winzige 0,2 Millimeter.

Mikrofräsen kann noch mehr!
Wenn man das Mikrofräsen richtig einsetzt, kann man damit auch die Oberflächen eines Mikroumformwerkzeuges strukturieren. Solche Strukturen könnt ihr euch vorstellen wie viele kleine Huckel auf der Oberfläche des Mikroumformwerkzeuges, die man aber mit dem bloßen Auge gar nicht erkennen kann. Genau diese Huckel können aber den Mikroumformprozess verbessern, indem sie die Reibung zwischen dem Mikroumformwerkzeug und den Umformteilen verringern. Was Reibung bedeutet, könnt ihr auch selber ganz einfach ausprobieren. Legt dazu eure Handflächen leicht aufeinander und bewegt dann eure Hände so gegeneinander, dass die Handflächen aufeinander reiben. Das sollte euch nicht schwerfallen. Wenn ihr jetzt die Handflächen stark aufeinander presst und versucht dann eure Hände gegeneinander zu verschieben, werdet ihr viel Kraft dafür benötigen - die Reibung ist jetzt größer. Die Strukturen auf den Mikroumformwerkzeugen tragen dazu bei, die Reibung gering zu halten. Dadurch ist das Mikroumformen leichter durchzuführen und die Mikroumformwerkzeuge nutzen nicht so schnell ab. Mit unserem Mikrofräsen können wir nicht nur die Mikroumformwerkzeuge herstellen, mit denen kleine Metallbauteile erfolgreich zu Tausenden umgeformt werden, sondern diese auch noch verbessern, indem wir sie strukturieren.

Kontakt

mikromal
SFB747 – Universität Bremen
Klagenfurter Straße 5
28359 Bremen

Phone +49 421 218-58000
Fax + 49 421 218-58063

Hinweis in eigener Sache

Um Ihnen das Lesen zu erleichtern, nutzen wir für die Bezeichnung von Berufen, Personengruppen oder anderen Gemeinschaften die männliche Schreibform. Natürlich sind damit, soweit nicht ausdrücklich anders benannt, jeweils Frauen und Männer gleichermaßen gemeint!

gefördert durch die

dfg