Analyse des Zerspan- und Verschleißverhaltens beim Bürstspanen mit abrasivem Medium sprödharter Werkstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392312434

Das Bürstspanen mit gebundenem Schleifmittel ist ein industrielles Finishingverfahren, das zum Entgraten, zum Kantenrunden und zur Oberflächennachbearbeitung eingesetzt wird. Das Verfahren zeichnet sich durch geringe Prozesskräfte und temperaturen aus. Beim Kontakt mit einem Werkstück weichen die flexiblen Schleiffilamente diesem aus, wodurch geometrische Ungenauigkeiten des Werkzeugs, des Werkstücks, des Maschinensystems oder der Bahnplanung kompensiert werden können. Trotz dieser Vorteile schränkt das komplexe Bewegungs, Zerspan und Verschleißverhalten die Vorhersage von Arbeitsergebnissen ein, so dass die industrielle Prozessauslegung überwiegend auf Erfahrungswerten basiert. Im ersten Forschungszeitraum wurde das Prozessverhalten von Rundbürsten beim Oberflächenfinishing von Zirkonoxid untersucht. Hierzu wurden zunächst anhand von Planwerkstücken experimentelle Modelle aufgestellt, um Zusammenhänge zwischen Werkzeugspezifikationen, Prozessparametern, Prozesskräften und Arbeitsergebnissen herzustellen. Anschließend wurde die Diskrete-Elemente-Methode zur physikalischen Modellierung des Bewegungs- und Kontaktverhaltens von Filamenten an Werkstückoberflächen eingesetzt. Tendenziell ließ sich das Prozessverhalten der Bürstwerkzeuge modellieren, wobei die physikalisch modellierten Kräfte stets geringer waren als die experimentell ermittelten. Dies konnte auf eingeschränkte Filamentinteraktionen zurückgeführt werden, die wiederum aus unzureichenden Kenntnissen der Filamentverteilungen am Werkzeug resultierten. Im hiermit beantragten zweiten Forschungszeitraum sollen die bereits erarbeiteten Methoden auf die Fertigung definierter Schneidkanten an Zerspanungswerkzeugen übertragen werden, welcher eine große industrielle Relevanz beigemessen wird, da einsatzgemäß präparierte Schneidkanten sowohl die Produktivität als auch die Werkzeuglebensdauer erhöhen. Hierfür wird zunächst eine experimentelle Datenbasis auf Grundlage technologischer Untersuchungen an keramischen Wendeschneidplatten aufgebaut. Zur Verbesserung des physikalischen Prozessmodells werden Filamentverteilungen bildgestützt erfasst, um die eingesetzten Bürstwerkzeuge geometrisch zu charakterisieren. Zusätzlich werden Verschleißmodelle implementiert, um die Materialabtrennung an der Schneidkante physikalisch zu modellieren. Demnach ist das Hauptziel des zweiten Forschungszeitraums der Erkenntnisgewinn zum Bürstspanen mit gebundenem Schleifmittel von keramischen Schneidkanten auf Basis physikalischer Prozessmodellierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen