Prozesssichere Einstellung von Randzoneneigenschaften bei der spanenden Bearbeitung hochfester und duktiler Stähle mit einem lernfähigen Fertigungssystem

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier; Dr.-Ing. Vannila Prasanthan, seit 11/2024
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401800578

Die Beeinflussung der Bauteilrandzone ist ein elementarer Schritt im Fertigungsprozess. Eine Kombination zwischen martensitischer Härtung einer Randzone und einer endkonturnahen Fertigung stellt ein großes Potential dar, um energie- und zeitsparend Bauteile mit verschleißfesten Randzonen zu erzeugen. In der ersten Förderperiode wurde ein in-Prozess-Softsensor entwickelt und ein tieferes Verständnis für die Umwandlung von austenitischen Gefügebestandteile in Martensit beim Drehprozess wurde erlangt. Das Ziel des beantragten Projekts ist die Erforschung einer dynamischen Vorsteuerung zum prozesssicheren Einstellen von Randzoneneigenschaften bei der spanen-den Bearbeitung von hochfesten und duktilen Stahlwerkstoffen mittels einer verformungsinduzierten Austenit-Martensit-Umwandlung. Betrachtet wird das Zusammenbringen der einzustellenden Geometrie, Oberflächengüte und des Randschichtzustands in der Endbearbeitung mittels eines mehrstufigen Drehprozesses. Auf Basis des detektierten Ausgangzustandes werden anhand der Kenntnis der Zusammenhänge der Phasenumwandlung im Drehprozess die passenden Prozessstellgrößen eingestellt, um im Prozess die gewünschten Eigenschaften erzeugen zu können. Dafür werden Störeinflüsse auf die Umwandlung von Restaustenit beim Außenlängsdrehen unter im Prozess erfolgender kryogener Kühlung bewertet. Das Einstellen gewünschter Soll-Zustände basiert auf der Modellierung von lokalen Umwandlungsvorgängen in einer technologischen NC-Simulation unter Berücksichtigung von prozessbedingten Unsicherheiten. Mithilfe eines dynamischen Randzonenmodells soll die Vorhersage von den in-Prozess Wirbelstromkenndaten auf Basis der Randzonenmikrostruktur erfolgen. Alle Elemente fließen in die dynamische Vorsteuerung zur gezielten Einstellung der Austenit-Martensit-Umwandlung im Prozess ein. Die Erforschung der Möglichkeiten und Grenzen der Methode liefert grundlegende Kenntnisse zur Robustheit des Einstellens verschiedener vorgegebener Soll-Größen mittels einer dynamischen Vorsteuerung.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2086: Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Bernd Breidenstein, bis 11/2024