Technologische Grundlagenuntersuchung eines neuen Hochleistungsprozesses zur Herstellung von Innengewinden und mikrostrukturbasierte Charakterisierung von deren Leistungsfähigkeit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455887485

Konventionelle Gewindefertigungsverfahren, wie Gewindebohren oder -formen, nehmen einen hohen Anteil der Bearbeitungszeit eines Bauteils ein. Durch die definierte Gewindesteigung muss die Spindeldrehung mit der Vorschubachse synchronisiert werden. Zusätzlich erfolgt die Rückzugbewegung mit gleichem Vorschub in umgekehrter Drehrichtung. Durch die dadurch resultierenden Zeitverluste aufgrund der erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge ergeben sich hohe Hauptzeiten.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll für die Aluminiumgusslegierung AlSi10Mg ein prozesssicheres Konzept für das neuartige Gewindeformverfahren „Axialgewindeformen“ entwickelt werden, um hochproduktiv lösbare Fügestellen zu generieren. Dabei bietet der innovative Hochleistungsprozess enorme Zeiteinsparpotenziale im Gegensatz zu konventionellen Gewindeverfahren.Das grundlegende Ziel ist die Erarbeitung von fundierten Grundlagenkenntnissen bezüglich des Axialgewindeformens. Durch die neuartige Kinematik sowie die Werkzeuggestalt müssen Zusammenhänge von der Bearbeitung selbst und dem resultierenden Ergebnis erforscht werden. Dabei steht die Analyse der mechanischen Werkzeugbelastungen sowie der Formprozesse während des Verfahrens ebenso im Vordergrund, wie die Untersuchung der Gewindequalität. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Werkstoffsysteme soll anhand der Messinglegierung CuZn40 demonstriert werden.Zur Charakterisierung der Innengewinde sollen effiziente Prüfabläufe zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften weiterentwickelt werden, die auf der Grundlage anwendungsoptimierter physikalischer Sensorik bei angemessener Probenanzahl detaillierte Kenntnisse zum quasistatischen und zyklischen Werkstoffverhalten gewährleisten. Ziel der Untersuchungen ist eine möglichst hohe Aussagekraft über die Gewindequalität und die Versagensmechanismen mit relativ geringem Probenumfang. Hierbei wird insbesondere der Einfluss der beim Axialgewindeformen entstehenden Räumkanäle und die damit verbundenen Spannungsüberhöhungen bei Belastung sowie der reduzierten Überdeckung auf die mechanische Festigkeit und zyklische Lebensdauer untersucht. Ausgewählte prozessrelevante Bearbeitungsparameter werden variiert und mit Hilfe der mechanischen Charakterisierungsmethoden vergleichend bewertet. Durch die Rückkoppelung der Ergebnisse in die Fertigung wird eine ressourcenschonende und effiziente Bearbeitung ermöglicht. Zusätzlich werden die Ergebnisse mit konventionell durch Gewindeformen hergestellten Gewinden verglichen, um die Untersuchungsergebnisse einzuordnen.Die prozessbedingten geometrischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Innengewinde werden mit den mechanischen Eigenschaften korreliert, wodurch eine strukturbasierte Analyse der Schädigungsmechanismen erfolgt, deren Verständnis zur Auslegung optimaler Prozessbedingungen auf Basis eines grundlegenden Prozess-Struktur-Eigenschaft-Verständnisses zwingend erforderlich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen