Grundlagenuntersuchungen zum Mikroeinlippentiefbohren bei anspruchsvollen Anbohrsituationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314033035

Tiefbohrwerkzeuge benötigen zur Stabilisierung des Werkzeugs zu Beginn des Bohrprozesses eine Anbohrführung in Form einer Pilotbohrung oder einer Anbohrbuchse. Die konventionelle Prozesskette zum Tiefbohren bei komplexen Anbohrsituationen bestehend aus dem Fräsen einer Planfläche, dem mechanischen Pilotbohren und dem anschließenden Tiefbohren lässt sich durch die Substitution des Planfräsens und des mechanischen Pilotbohrens durch den Laserpilotbohrprozess deutlich verkürzen. Neben der Produktivitätssteigerung ermöglicht die Laserbearbeitung zudem die verschleißfreie Einbringung von Pilotbohrungen in randschichtgehärtete Bauteile. Das beantragte Forschungsprojekt schließt an das letzte DFG-Projekt an, in dessen Rahmen umfangreiche Untersuchungen zur Erzeugung von Laserpilotbohrungen mittels Einzelpuls und zur Verfahrenskombination aus Laserpilotbohren und Einlippentiefbohren bei anspruchsvollen Anbohrsituationen durchgeführt worden sind. Auf Basis der Ergebnisse besteht das Ziel dieses Projekts in einem ersten Schritt darin, die bisher durch das Laserverfahren Einzelpuls in Bezug auf die realisierbaren Bohrungsdurchmesser begrenzte Flexibilität des Laserbohrprozesses durch den Einsatz des Laserhelixbohrens zu erweitern. Durch die Verteilung des Materialabtrags auf eine Vielzahl von Laserpulsen soll zudem die Rundheitsabweichung der Laserbohrung verringert werden. Der Identifikation geeigneter Laserparameter für die Bearbeitung der Materialien X2CrNiMo17-12-2 und 20MnCr5 schließen sich Untersuchungen zur Werkzeugstandzeit und zur Bohrungsqualität beim Einsatz der Verfahrenskombination an. Verfahrensbedingt weisen Laserbohrungen aufgrund der Erstarrung der Schmelze an der Bohrungswand eine gegenüber mechanisch erzeugten Bohrungen geringere Bohrungsqualität auf. Ein weiteres Ziel dieses Projekts besteht daher darin, über einen Stufenbohrer nach dem Einfädeln und Führen des Werkzeugs in der Laserpilotbohrung die gesamte Bohrungsoberfläche durch die zweite Stufe des Stufenbohrers spanend zu bearbeiten und so die Bohrungsqualität deutlich zu erhöhen. Bei der Bearbeitung von randschichtgehärteten Bauteilen ist hier eine lokale Wärmebehandlung zur Verringerung der Härte des Materials im Eingriffsbereich der Werkzeugschneiden erforderlich. Über eine thermische Simulation sollen hierzu geeignete Laserparameter für die Realisierung des nötigen Temperaturfensters identifiziert werden. Durch den zunehmenden Einsatz der innovativen additiven Verfahren steigt der Anteil an Bauteilen mit komplexen Oberflächenkonturen und damit anspruchsvollen Anbohrsituationen. Ein weiteres Ziel dieses Forschungsprojekts ist die grundlegende Untersuchung des Tiefbohrens bei anspruchsvollen Anbohrsituationen unter Verwendung von additiv gefertigten Pilotbohrungen. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung des Einflusses der großen Rauhigkeit der additiv gefertigten Bohrungen auf den Werkzeugverschleiß und die Führung des Werkzeugs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen