Optimiertes Taumelfräsen zur Steigerung der Prozesseffizienz und Bearbeitungsqualität bei der FVK-Bearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413574937

Das Ziel dieses Projektes besteht in der Optimierung des im Rahmen des vorangegangenen DFG-Projekts entwickelten Taumelfräsprozesses zur Steigerung der Prozesseffizienz und Verbesserung der Bearbeitungsqualität gemeinsam mit den Industriepartnern. Darüber hinaus sollen in dem Vorhaben über das Taumelfräsen hinaus wichtige Erkenntnisse zur Werkzeugauslegung für faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gewonnen werden. Die Teilziele des Projekts bestehen in der Erreichung einer Effizienzsteigerung und Schädigungsminimierung bei der Bohrungsherstellung in FVK durch die Entwicklung eines optimierten Taumelfräsprozesses, der Entwicklung eines Simulationsprogramms zur Prozessauslegung und Werkzeuggeometriebestimmung für mehrachsige Bearbeitungsprozesse unter Berücksichtigung des Materialaufbaus sowie der Erstellung einer Vorgehensweise zur industriellen Prozessauslegung. Der optimierte Taumelfräsprozess soll aufgrund seines Aufbaus deutliche Effizienzsteigerungen im Vergleich zum bisherigen Taumelfräsen bei zugleich nochmals verbesserter Bearbeitungsqualität ermöglichen. Die Effizienzsteigerung erfolgt durch eine Verringerung von bisher drei auf zwei Prozessschritte. Auf diese Weise werden die Prozesskomplexität und die Prozesszeit beim Taumelfräsen verringert. Die wesentliche Herausforderung bei der Prozessentwicklung besteht in der Auslegung und Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Geometrieparametern des Werkzeugs. Die geometrischen Elemente des Werkzeugs müssen derart aufeinander abgestimmt sein, dass bei der Bearbeitung der oberen Decklage im ersten Prozessschritt die Prozesskraft nach unten in das Werkstückinnere gerichtet wird. Im zweiten Prozessschritt muss unter Berücksichtigung des Taumelwinkels die Prozesskraft an der unteren Decklage nach oben in das Bauteilinnere gerichtet sein. Die Untersuchungen mit unterschiedlichen Lagenaufbauten mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffasern sichert die breitenwirksame Anwendbarkeit des entwickelten Prozesses. Die Herausforderung bei der Entwicklung des Simulationsprogramms besteht in der Abbildung der Prozesskinematik, der Implementierung der Materialparameter und der entwickelten Prozesskraftmodelle. Mit diesem Programm soll ein Modul geschaffen werden, bei dem die Prozessauslegung auf wechselnde Anforderungen angepasst werden kann. Die Simulation ist daher für die Werkzeug- und Prozessauslegung erforderlich und ermöglicht eine weitere Verbreitung der entwickelten Prozesse im industriellen Umfeld. In dem geplanten Vorhaben wird mit dem optimierten Taumelfräsen ein signifikanter Erkenntnisgewinn für die FVK-Bearbeitung erreicht. Neben der Validierung des Prozesses erfolgt die Entwicklung einer Vorgehensweise für den Einsatz des optimierten Taumelfräsens im industriellen Umfeld. Daher leistet das Forschungsvorhaben einen erheblichen Beitrag zu einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Produktion und bietet damit einen unmittelbaren Nutzen für die technische Anwendung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: GraGus CNC-Technik; Daniel Graef und Mario Gusenko GbR; Gühring KG
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Frederik Zanger