Grundlagenuntersuchungen zum Einsatz diamantbelegter Schaumstoffe zur Oberflächenfeinstbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423137098

Oberflächen mit definierten Funktionseigenschaften kommen in unterschiedlichen industriellen Applikationen zur Anwendung. In der Produktionstechnik stehen hinsichtlich der Funktionseigenschaften häufig eine Reduktion von Reibung sowie eine gezielte Steuerung des Materialflusses im Vordergrund. Beispiele für Funktionsflächen mit diesen Eigenschaften sind deterministische Oberflächenstrukturen an Umformwerkzeugen sowie Spanleitgeometrien an Hartmetallwerkzeugen. Herstellungsbedingt sind diese filigranen und komplexen Formelemente, welche die Oberflächeneigenschaften bestimmen, häufig von einer erhöhten Rauheit überlagert. Das Potential der filigranen Strukturen kann dadurch nicht vollständig ausgeschöpft werden. Zur Reduzierung der Rauheit kommen grundsätzlich Verfahrenskonzepte mit geometrisch unbestimmter Schneide in Frage. Diese dürfen jedoch die Ausprägung der Formelemente nicht beeinträchtigen. Ein neuartiges, hochflexibles Werkzeugkonzept für diesen Anwendungsfall stellen diamantbelegte Weichschaumstoffe dar. Diese zeichnen sich neben ihrem hohen Porenvolumen vor allem durch eine sehr stark ausgeprägte Nachgiebigkeit aus, was vor allem bei der Bearbeitung komplexer Formelemente vielversprechend ist. Das Ziel dieses Vorhabens ist es daher, diamantbelegte Schaumstoffwerkzeuge zur Nachbearbeitung filigraner und komplexer Strukturen zu qualifizieren, ohne deren Form zu beeinflussen. Zur zielgerichteten Anwendung ist jedoch die grundlegende und umfangreiche wissenschaftliche Analyse des Prozessverhaltens erforderlich, die Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist. Hierzu bedarf es zunächst der Analyse des mesoskopischen und makroskopischen Verformungsverhaltens der Weichschaumstoffe, da eine homogene Kontaktsituation für eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung von maßgebender Bedeutung ist. Im Fokus der Untersuchungen stehen in diesem Zusammenhang auch der Einfluss der Flächenpressung sowie der Einfluss der Anzahl der aktiven Schneiden auf die Oberflächentopographie. Darüber hinaus bedarf der Einsatz diamantbelegter Schaumstoffwerkzeuge auf einer Werkzeugmaschine zudem die Analyse der weiteren entscheidenden Einflussgrößen auf die resultierende Oberflächengüte, um ein geeignetes Prozessfensters zur Erzielung der gewünschten Oberflächenqualität zu definieren. Neben den Wechselwirkungen von Schaumstoff und Werkstückoberfläche sowie den wirkenden Materialtrennmechanismen ist ebenso vom auftretenden Verschleiß am Werkzeug ein maßgeblicher Einfluss auf das Prozessergebnis hinsichtlich der Oberflächenqualität zu erwarten. Daher werden zusätzlich zu den Materialtrennmechanismen die auftretenden Verschleißerscheinungsformen sowie der Einfluss des Verschleißes auf das Bearbeitungsergebnis analysiert. Durch die Berücksichtigung aller hier aufgeführten relevanten Aspekte des Einsatzverhaltens soll in Zukunft der zielgerichtete Einsatz diamantbelegter Schaumstoffe zur Bearbeitung filigraner Strukturen ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen