Gestaltungsmodell zur wissensbasierten Einstellung der Randzonen- und Oberflächeneigenschaften additiv gefertigter Bauteile für das geführte Fliehkraftgleitschleifen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429960079

Die Zivilluftfahrt steht vor der Herausforderung das steigende Passagieraufkommen bei gleichzeitiger Reduktion des Schadstoffausstoßes zu bewältigen. Deshalb existiert ein hoher Bedarf an innovativen Fertigungsverfahren, die eine Steigerung der Triebwerkseffizienz ermöglichen. Durch die additive Fertigung ist es möglich, zum einen Bauteile mit einer komplexen Geometrie, wie z. B. Turbinenschaufeln, und zum anderen durch eine Optimierung der Bauteiltopologie Gewichtseinsparungen zu realisieren. Durch die additive Fertigung von Turbinenschaufeln kann demnach Kraftstoff eingespart und somit die Triebwerkseffizienz gesteigert werden. Aufgrund einer herstellungsbedingten hohen Oberflächenrauheit und thermisch beeinflussten Randzoneneigenschaften, die aus der additiven Fertigung resultieren, ist eine Nachbearbeitung der Randzone häufig erforderlich. Das geführte Fliehkraftgleitschleifen bietet das Potenzial die Oberfläche von Bauteilen mit einer komplexen Geometrie gleichmäßig zu bearbeiten. Die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen und den resultierenden Randzonen- und Oberflächeneigenschaften beim geführten Fliehkraftgleitschleifen wurden bisher nicht systematisch erforscht. Eine wissensbasierte Prozessauslegung ist daher bislang nicht möglich.Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher ein heuristisches Erklärungsmodell, das die Beeinflussung der Randzonen- und Oberflächeneigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen beim geführten Fliehkraftgleitschleifen in Abhängigkeit von den lokalen Kontaktbedingungen erklärt. Dazu werden die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen und den lokalen Kontaktbedingungen identifiziert. Auf Basis der Erkenntnisse wird ein numerisches Mo-dell aufgebaut, das den Kontakt zwischen Schleifkörper und Werkstück darstellt. Durch das numerische Modell wird die Vorhersage der resultierenden Randzoneneigenschaften in Abhängigkeit von den lokalen Kontaktbedingungen ermöglicht. Anschließend werden die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den lokalen Kontaktbedingungen und den Randzonen- und Oberflächeneigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen aus Inconel 718 nach dem geführten Fliehkraftgleitschleifen identifiziert. Die Ergebnisse werden in einem Erklärungsmodell zusammengeführt, das die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen und den Randzonen- und Oberflächeneigenschaften für das geführte Fliehkraftgleitschleifen erklärt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen