Modellierung des Stirnplanfräsprozesses von parallel angeordneten Werkstoffverbunden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235699295

In der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist die Massenreduzierung von Bauteilen eines der wirkungsvollsten Mittel zur Verbrauchs- und Emissionssenkung. Eine Leichtbaustrategie, die bei der Auslegung von hochbeanspruchten Bauteilen Verwendung findet, ist die Kombination von zwei oder mehreren Werkstoffen zu Werkstoffverbunden. Auf diese Weise kann ein Bauteil in Abhängigkeit der lokalen Beanspruchung unter Verwendung von bestgeeigneten Werkstoffen ausgelegt werden. In der Fertigung von Hochleistungs-Verbundbauteilen, wie z.B. einem Zylinderkurbelgehäuse, müssen hohe Qualitätsanforderungen bezüglich der Maß- und Formgenauigkeit sowie Oberflächengüte erfüllt werden. Aufgrund von unterschiedlichen Zerspanungseigenschaften der Werkstoffe im Verbund treten jedoch signifikante Gestaltabweichungen auf. Eine signifikante Gestaltabweichung ist der Werkstoffüberstand. Dieser beschreibt den mittleren Überstand der einzelnen Werkstoffe zueinander. Eine weitere signifikante Gestaltabweichung ist der Übergangsfehler, der im Bereich der Werkstofffügestelle auftritt. Dessen Entstehung wird auf eine Belastung bzw. Entlastung der Werkzeugschneide beim Werkstoffübergang zurückgeführt. Des Weiteren entstehen trotz gleicher kinematischer Eingriffsverhältnisse unterschiedliche Oberflächenrauheiten, die sich bei der parallelen Bearbeitung der Verbundpartner mehr unterscheiden als im Vergleich zu der Bearbeitung der Einzelmaterialien. Bei Betrachtung der Werkzeugschneide werden zudem Schneidenveränderungen durch Adhäsionen, Aufbauschneidenbildung, tribochemische Reaktionen oder Verschleiß ermittelt, deren Auftreten zum einen die Standzeit der Werkzeuge und somit die Wirtschaftlichkeit verringern und zum anderen Oberflächenschäden (bspw. Oberflächenkratzer) verursachen können. Ziel ist es ein Modell zur Prognose der Werkstückgestalt für die Stirnplanfräsbearbeitung von Werkstoffverbunden zu erstellen, dessen Eingangsgrößen die Geometrie des Werkzeugs, die Prozesseinstellgrößen, statische und dynamische Kennwerte des Werkzeugs in der Werkzeug-maschine, Materialdaten sowie empirische Daten zu Werkstückschäden sind. Hierfür werden zunächst die signifikanten Einflussfaktoren auf die Gestaltabweichungen der Oberfläche identifiziert und charakterisiert. Im Anschluss werden Einzelmodelle für die Prognose des Werkstücküberstands, Übergangsfehlers sowie der Oberflächenrauheit erstellt. Diese werden anhand von experimentellen Untersuchungen validiert. Anschließend werden die Einzelmodelle in einem Gesamtmodell zusammengefasst, validiert und gegebenenfalls angepasst, so dass zuletzt eine stichprobenartige Validierung anhand weiterer Werkstoffverbunde erfolgen kann. Dieses dient dem Abschätzen der Allgemeingültigkeit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen