Grundlagenuntersuchungen zur Optimierung der Bohrungsgüte beim Einlippentiefbohren von thermoplastischen Polymeren durch Anpassung der Werkzeuggestalt
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde das Einlippentiefbohren von amorphen und teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffen durch umfangreiche technologische Untersuchungen grundlegend analysiert. Die Versuchsergebnisse belegen, dass die Prozesskenngrößen signifikant von den zu erwartenden Resultaten des Tiefbohrens metallischer Werkstoffe abweichen und neue werkstoff- und verfahrensspezifische Lösungen erfordern. Die einzustellenden Prozess- und Werkzeugparameter zeigen dabei eine starke Abhängigkeit von den Materialeigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe. Der extrem geringe Widerstand gegen Materialverformung führt dabei zu größeren und stark streuenden Maß- und Formabweichungen im Hinblick auf die Durchmesser-, Rundheits- und Konzentrizitätstoleranzen von Bohrungseintritt und -austritt. Durch die Wahl des Werkzeuganschliffes können die Bohrungsqualität, das korrelierende Kräfteverhältnis am Bohrkopf und die Spanformung gezielt beeinflusst werden. Darüber hinaus ließ sich in den experimentellen Arbeiten ein sehr geringes thermomechanisches Belastungskollektiv unabhängig von der Bohrtiefe nachweisen. Infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe wird nur eine marginale Wärmemenge ins Bauteil transportiert. Die konventionelle Überflutungsschmierung unter Zuführung eines hohen Kühlschmierstoffvolumenstromes bedingt dabei eine unmittelbare Kühlung der Bohrungswand, sodass die Prozesstemperaturen deutlich unterhalb der kritischen Schmelz- und Zersetzungstemperaturen liegen. Eine Adaptierung des Versuchsplanes in Anlehnung an die Bohrungswandtemperaturen zur Ermittlung der Schnittparameterkombinationen erwies sich somit als nicht realisierbar und wurde durch die Hinzunahme einer Einflussanalyse des Kühlschmierstoffkonzeptes sowie einer detaillierten Betrachtung der stabilitäts- und produktivitätsbestimmenden Spanformung kompensiert. Die Minimalmengenschmierung stellt jedoch aufgrund der unzureichenden Kühlwirkung und dem Überschreiten der Zersetzungstemperaturen keine Alternative für das Einlippentiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen dar. Die weitere Ermittlung individueller werkstoff- und verfahrensspezifischer Lösungen erfolgte mithilfe einer modellgestützten Optimierung. Die Generierung der DACE-Modelle unterstützte dabei die übersichtliche Darstellung der Zusammenhänge der Prozesskenngrößen. Zudem ließen sich der Versuchsaufwand zur Bestimmung einer optimalen Kombination aus Schnittdaten und Werkzeuggestalt trotz zahlreicher Einfluss- und Messgrößen deutlich eingrenzen. Insgesamt konnten durch diese Vorgehensweise Empfehlungen für vorteilhafte Prozessparameter für das Einlippentiefbohren unterschiedlichster amorpher und teilkristalliner thermoplastischer Kunststoffe erarbeitet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Modellgestützte Optimierung der Werkzeuggestalt und Schnittdaten beim Einlippentiefbohren thermoplastischer Hochleistungskunststoffe. In: Werkstoffe in der Fertigung, (2015) 12, S. 20-23
Biermann, D.; Wagner, T.; Hess, S.; Kirschner, M.
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Tiefe Bohrungen in technische Kunststoffe – Prozessgestaltung für das Einlippentiefbohren von thermoplastischen Hochleistungspolymeren. In: Kunststoffe, (2015) 12, S. 46-49
Biermann, D.; Kirschner, M.
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Wahl des Kühlschmierstoffkonzeptes als Schlüssel zum Erfolg - Untersuchungen zur Analyse des Einflusses des Kühlschmierstoffkonzeptes beim Einlippentiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen. In: Werkstoffe in der Fertigung, (2015) 5, S. 26-29
Biermann, D.; Kirschner, M.
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Tiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen – Analyse des Einflusses der Werkzeuggestalt beim Einlippentiefbohren thermoplastischer Kunststoffe. In: wt Werkstatttechnik online, 106 (2016) 5, S. 336-340
Biermann, D.; Kirschner, M
