Erklärungsmodell zur wissensbasierten Prozessauslegung beim ungeführten Vibrationsgleitschleifen von WC-Co Hartmetall

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540735969

Hartmetalle werden zum größten Teil für Präzisionswerkzeuge, d. h. für spanende und umformende Werkzeuge eingesetzt. Aufgrund der Disruption des Automobilbaus durch neue Mobilitätskonzepte und alternative Antriebstechnologien stehen Hersteller von Präzisionswerkzeugen vor der Herausforderung ihre Produktion resilient zu gestalten, um zukünftig flexibel auf veränderte Marktbedingungen reagieren zu können. Eine Möglichkeit, die Resilienz der Produktion zu verbessern, ist die wissensbasierte Auslegung der Fertigungsprozesse von produzierenden Unternehmen. Für die Nachbearbeitung von kleinen Bauteilen und großen Stückzahlen ist das ungeführte Vibrationsgleitschleifen (VGS) industriell etabliert. Typische Bauteile aus Hartmetall, die mittels ungeführtem VGS nachbearbeitet werden, sind Hammer- und Schlagbohrerplatten, Bohrkronenplatten sowie Sägezähne. Für größere Bauteile aus Hartmetall mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität und die Mikrogeometrie, wie Feinschneidstempel, wird das ungeführte VGS bislang nicht industriell eingesetzt. Dies resultiert aus der fehlenden Kenntnis über die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen und den Prozessergebnisgrößen. Die wissensbasierte Prozessauslegung bietet das Potenzial, die Fertigungsprozesse ohne Vorversuche zeiteffizient und anforderungsgerecht auszulegen. Auf Basis der in diesem Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse können neue Anwendungsgebiete für das ungeführte VGS von Hartmetall erschlossen werden. Dies ermöglicht eine Substitution von unwirtschaftlichen Technologien bei der End- und Nachbearbeitung von Hartmetall durch das ungeführte VGS. Das Arbeitsprogramm ist in vier Arbeitspakete (AP) unterteilt. Zunächst werden in AP 1 Messsysteme zur Erfassung der Kontaktkraft und der Werkstückbeschleunigung entwickelt und konstruiert. Anschließend werden in AP 2 unterschiedliche Schleifkörper hinsichtlich des Zeitspanungsvolumens und des erzielbaren Prozessergebnisses anhand von experimentellen Untersuchungen gegenübergestellt. Die Untersuchungen werden mit Schleifkörpern durchgeführt, deren Schleifkörpergeometrien in drei Stufen mit jeweils einer Keramik- und Kunststoffbindung variiert werden. In AP 3 werden die Messsysteme aus AP 1 und die bestgeeigneten Schleifkörper aus AP 2 eingesetzt, um vier unterschiedliche Hartmetallspezifikationen mit variierenden Prozesseingangsgrößen zu bearbeiten und Prozessdaten zu erheben. Der Versuchsplan wird teilfaktoriell durchgeführt. Die maschinenseitigen Prozesseingangsgrößen umfassen die Drehzahl des Umwuchtmotors, sowie die obere und untere Unwuchtmasse mit je drei Faktorstufen. Zusätzlich wird die Bearbeitungsdauer variiert. Die Hartmetallwerkstücke werden abschließend messtechnisch analysiert. Die in AP 3 ermittelten Daten werden in AP 4 systematisch auf Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge untersucht, so dass die Prozessergebnisgrößen wissenschaftlich erklärt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen