Ultraschallunterstütztes Zerspanen von Stählen
Die bei der Fertigung von ultrapräzisen optischen Formeinsätzen in Stählen erforderlichen Flächenrauheiten werden typischerweise durch Polierprozesse erreicht. Bei komplexen Geometrie ergeben sich jedoch Beschränkungen hinsichtlich der technischen Umsetzbarkeit.
Bild 1. Formeinsatz aus Stahl für die Replikation von Intraokularlinsen (Ra unter 3 nm)
Für die replizierende Herstellung optischer Komponenten sind ultrapräzise Formeinsätze besonders interessant. Das abschließende Polieren bereitet aber häufig Schwierigkeiten, denn oftmals führt dieser Prozess zu einer unerwünschten Formveränderung. Zudem ist bei strukturierten Oberflächen ein Polieren aufgrund der hohen Strukturdichte kaum möglich. Eine Alternative, die schon seit mehr als 20 Jahren bekannt ist und durch die gestiegenen Anforderungen an moderne Optiken an Interesse gewinnt, ist das ultraschallunterstützte Zerspanen von Stählen mit geometrisch bestimmter Schneide aus monokristallinem Diamant.
Verbesserte Kühlbedingungen
Die verschiedenen Verschleißreaktionen, die ein wirtschaftliches Diamantbearbeiten von Stählen normalerweise verhindern, lassen sich durch eine hochfrequente Schwingung des Werkzeugs erheblich reduzieren. Der dadurch unterbrochene Eingriff und die so verringerte Kontaktzeit zwischen Werkzeug und Werkstück führen zu einer starken Verringerung des chemischen Verschleißes. Des Weiteren werden durch die Oszillation die Kühlbedingungen verbessert und somit die Werkzeugtemperaturen reduziert, um dem thermisch induzierten Verschleiß entgegenzuwirken.
Auf diese Weise ermöglicht die Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide eine hohe Formgenauigkeit bei gleichzeitig sehr guter Oberflächenqualität, wodurch auf einen folgenden Polierprozess verzichtet werden kann. Dabei können auch Diamantwerkzeuge mit sehr kleinen Krümmungsradien und geringeren Öffnungswinkeln (Eckenwinkeln) verwendet werden. Diese ermöglichen es, filigrane Strukturen zu bearbeiten, wie es beim Schleifen oder Fräsen mit anschließender Polierbearbeitung kaum sinnvoll möglich wäre. Somit ergeben sich durch das ultraschallunterstützte Drehen von Stahlwerkstücken auch neue Möglichkeiten hinsichtlich Formvielfalt und Strukturgrößen.
Erfahrung aus langjähriger Produktion
Das Unternehmen LT Ultra-Precision Technology aus Herdwangen-Schönach setzt seit Jahren ultraschallunterstützte Drehprozesse in der Fertigung von Serien und Kleinserien ein. Neben einfachen Geometrien wie Sphären oder Asphären werden auch nichtrotationssymmetrische Bauteile und Freiformflächen durch mehrachsige Bearbeitung (dynamischer Achsmodus) mit Diamantwerkzeugen gefertigt. Gleichzeitig setzt der Hersteller von Ultrapräzisionsmaschinen und Metalloptiken piezoelektrische Ultraschallsysteme für die Stahlbearbeitung ein und fertigt mit dieser Kombination Formwerkzeuge für die Replikation in hohen Stückzahlen, zum Beispiel von Intraokularlinsen (Bild 1). [...]
Hersteller:
LT Ultra-Precision Technology GmbH
88634 Herdwangen-Schönach
Tel. +49 7552 40599-0
Fax +49 7552 40599-50
www.lt-ultra.de