Ultraschallfräsen

, d.h. das schichtweise abtragen mit einem geführten Werkzeug erfordert eine besonders sorgfältige Werkstückpräparation. Die Bildfolge zeigt die Herstellung eines Konturstücks - Das Firmenlogo der KLN Ultraschall GmbH - aus unterschiedlichen Werkstoffen.

Das Werkzeug ist ein PKD-Stift, eingelötet in einer Kegelsonotrode 40mm / 16 mm. Bearbeitet wird ohne Absaugung der Schleifmittelsuspension. Die Bearbeitung wird unter Verwendung einer Schleifmittelsuspension, 25 Vol.% Borcarbid, (B4C) der Körnung .280 (40µm) in einer Suspension mit Wasser durchgeführt.

 
Vorbereitung des Werkstücks
Das Werkstück, im Beispiel links, in Form von einer runden Glasplatte wird auf eine Trägerplatte aufgekittet. Die Werkstücke können bei der Verwendung von PKD-Werkzeugen so hoch übereinandergekittet werden bis die Höhe der nutzbaren Länge des Werkzeugprofils erreicht ist. Selbstverständlich muß bei allen Platten im Bearbeitungsbereich eine blasenfreie Kittschicht erreicht werden.
Bearbeitung des Werkstücks
Der präparierte Plattenstapel wird auf die Magnetspannplatte der Maschine gesetzt, und nach Justierung des Startpunktes das Programm gestartet. Das Werkzeug fährt die Kontur des Werkstücks mit einer Bahngeschwindigkeit von durchschnittlich 60 - 80 mm/min und trägt den Werkstoff in Schichten ab.
Die bearbeiteten, hier noch gekitteten Werkstücke sehen so aus. Der gekittete Stapel besteht aus zwölf, auf einer Trägerplatte aufgekitteten Floatglasplatten mit einer Dicke von 1,2 mm. Selbstverständlich können auch Platten unterschiedlicher Dicke oder aus unterschiedlichen Werkstoffen übereinandergekittet werden. Wir empfehlen hierzu, die Werkstücke mit geringerer Festigkeit im oberen Bereich des Stapels anzuordnen.

 

Beispiele aus verschiedenen Werkstoffen

Auf die vorbeschriebene Weise wurden die nebenstehenden Teile aus verschiedenen Gläsern, darunter Farbglas, hergestellt. Die Bearbeitung war in allen drei Fällen problemlos.

Die Bearbeitungszeit für dieses Teil aus monokristallinem Silizium mit einer Höhe von 2 mm beträgt etwa
1 Stunde. Trotzdem die Bearbeitung mit kleinen Zustellwerten erfolgte, traten an den Kanten unregelmässig kleine muschelförmige Abplatzungen auf. Ob diese auf die Ultraschallbearbeitung zurückzuführen sind oder durch gelöste Spannungen aus der Vorbearbeitung verursacht wurden konnte nicht geklärt werden.

Die Bearbeitungszeit für dieses Teil aus einem Siliziumcarbid ähnlichen jedoch sehr offenporigen Material mit einer Höhe von 8 mm beträgt etwa 3 Stunden. Nach Fertigstellung war das PKD-Werkzeug um 0,25 mm verschlissen. Der Verschleiss war relativ gleichmässig.
Die Bearbeitungszeit für dieses Teil aus Si Si C mit einer Höhe von 8 mm beträgt etwa 7 Stunden. Nach Fertigstellung war das PKD-Werkzeug um etwa 1 mm verschlissen. Der Verschleiss war relativ gleichmässig.

 

Die hier gezeigte Bearbeitungsaufgabe ist eine der einfachen Übungen und soll einen der vielen Anwendungsbereiche der Ultraschallbearbeitungstechnik anhand eines wertfreien Anwendungsbeispiels demonstrieren. Die Anwendung der hier gezeigten Bearbeitungstechnik erfordert vom Anwender nicht nur eine ausgeprägte Erfahrung in der Anwendung der Ultraschallbearbeitungstechnik und der Werkstoffe, sondern auch in der Anpassung der Programmierung von Maschinen, da die Bearbeitungsparameter zwischen der Glasbearbeitung und der Bearbeitung harter Keramikwerkstoffe schon mal um den Faktor 1000 oder mehr auseinanderliegen können. Mit der weiteren Entwicklung noch besserer Werkstoffe spitzt sich dieses Thema weiter zu.

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