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Tauchfräsen von bleifreien Messingwerkstoffen = Plunge milling of lead-free brass
2026
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025
Druckausgabe: 2026. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-02
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-04232
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/1033573/files/1033573.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
bleifrei (frei) ; Kupferwerkstoffe (frei) ; Messing (frei) ; Tauchfräsen (frei) ; brass (frei) ; copper alloys (frei) ; lead-free (frei) ; ZSPNTF100 (frei) ; plunge milling (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Elektrotechnische Durchgangsreihenklemmen werden aus Messingdraht durch die Prozessfolge Bohren, Tauchfräsen und Räumen hergestellt. Dabei ist die seitliche Abdrängung des Tauchfräswerkzeugs kritisch für die abschließende Innenräumbearbeitung, da die Räumwerkzeuge keine ausreichende Steifigkeit für die Kompensation von Abweichungen aufweisen. Aus rechtlichen Gründen darf zukünftig in den Messingwerkstoffen für die Fertigung dieser Bauteile kein Blei mehr enthalten sein. Aufgrund von Gesetzesänderungen müssen zukünftig bleifreie Messingwerkstoffe zerspant werden. Im Vergleich zu den aktuell verwendeten bleihaltigen Automatenmessingen entstehen beim Tauchfräsen erhöhte Zerspankraftkomponenten und ungünstige Spanformen. Es existieren keine systematischen Untersuchungen zum Tauchfräsen bleifreier Messingwerkstoffe. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, eine systematische Werkzeug- und Prozessauslegung für das Tauchfräsen von bleifreien Messingwerkstoffen auf Grundlage der Analyse relevanter Ursache-Wirkbeziehungen zu ermöglichen. Eine Zerspanbarkeitsanalyse ergab, dass die radiale Zerspankraftkomponente während eines Schnittes um einen Faktor von fünf bis zehn zu einem Maximum anstieg. Dies verursachte Werkzeugbrüche sowie seitliches Verlaufen der tauchgefrästen Kavität. Aufgrund der geringen Stabilität des Prozesses wurde der Fokus für die weiteren Untersuchungen auf die Analyse und Vermeidung der Radialkraftüberhöhung gesetzt. Mangelhafter Spanabtransport wurde im Rahmen der Analyse von Ursache-Wirkzusammenhängen als Hauptursache für die geringe Prozessstabilität identifiziert. Die direkte Zufuhr des Kühlschmierstoffs durch den Werkzeugschaft verbesserte den Spanabtransportsoweit, dass die Radialkraft nicht mehr wesentlich anstieg. Eine systematische Optimierung der Schnittparameter und geometrischer Stellgrößen am Werkzeug im Realprozess war Grundlage für die Entwicklung eines Gestaltungsmodells für die Werkzeug- und Prozessauslegung. Ein Bestandteil davon war ein Prognosemodell für die Radialkraft. Zur Auflösung des Zielkonflikts zwischen möglichst hoher Produktivität und ausreichender Bearbeitungsgenauigkeit wurde dem Prognosemodell eine maximal zulässige Radialkraft vorgegeben, anhand derer bei bekannter Werkzeuggeometrie die Schnittparameter berechnet wurden. Durch Anwendung des Gestaltungsmodells wurde die erzielbare Produktivität bei ausreichender Prozesssicherheit gegenüber dem Stand der Technik maßgeblich gesteigert.Electrotechnical feed-through terminal blocks are manufactured from brass wire using a process sequence of drilling, plunge milling and broaching. The lateral displacement of the plunge milling tool is critical for the final internal broaching process, as the broaching tools do not have sufficient rigidity to compensate for deviations. For legal reasons, lead may no longer be used in the measuring materials for the production of these components in future. Due to changes in the law, lead-free brass materials must be used in future. Compared to the lead-containing automatic machines currently used, plunge milling results in increased cutting force components and unfavorable chip shapes. There are no systematic studies on the plunge milling of lead-free brass materials. The aim of this work was therefore to enable a systematic tool and process design for the plunge milling of lead-free brass materials based on the analysis of relevant cause-effect relationships. A machinability analysis showed that the radial cutting force component increased by a factor of five to ten to a maximum during a cut. This caused tool breakage and lateral displacement of the plunge-milled cavity. Due to the low stability of the process, the focus for further investigations was placed on the analysis and avoidance of the radial force overcut. Inadequate chip removal was identified as the main cause of the low process stability when analyzing cause-and-effect relationships. The direct supply of cooling lubricant through the tool shank improved chip evacuation to such an extent that the radial force no longer increased significantly. A systematic optimization of the cutting parameters and geometric control variables on the tool in the real process was the basis for the development of a design model for the tool and process design. One component of this was a prognosis model for the radial force. To resolve the conflict of objectives between the highest possible productivity and sufficient machining accuracy, the prognosis model was given a maximum permissible radial force, which was used to calculate the cutting parameters for a known tool geometry. By applying the design model, the achievable productivity with sufficient process reliability was significantly increased compared to the state of the art.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT031450649
Interne Identnummern
RWTH-2026-04232
Datensatz-ID: 1033573
Beteiligte Länder
Germany
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