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Hochpräzisionsbearbeitungszentrum

Fachliche Zuordnung Produktionstechnik
Förderung Förderung in 2014
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264354707
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Schwerpunkt hinsichtlich der Nutzung des Hochpräzisionsbearbeitungszentrums liegt in Forschungstätigkeiten zur Erzeugung funktionaler Oberflächen mit spanenden Verfahren. Im Rahmen des Exzellenzclusters MERGE wurden Verbunde aus einer Aluminiumlegierung sowie einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff mittels Ultraschallfügen erzeugt. Zur Erhöhung des Anteils der Fasern an der Lastübertragung erfolgte eine Generierung von Mikropins bei der Komponente aus der Aluminiumlegierung, anfangs mit Schaftfräsern und danach mit Kreissägeblättern. Dies ermöglichte eine Erhöhung der Scherzugfestigkeit der Verbindung auf mehr als das 7-Fache im Vergleich zu unstrukturierten Fügepartnern. Ein Fokus im SFB HALS lag in der Endbearbeitung partikelverstärkter Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe mittels Fräsen unter dem Aspekt der gezielten Erzeugung von Oberflächeneigenschaften, welche für dynamisch beanspruchte Spannungsgrenzflächen geeignet sind. Beim Planfräsen konnten unter Nutzung von MKD-bestückten Fräswerkzeugen Oberflächen, die weitgehend frei von Unvollkommenheiten sind, mit Rauheitswerten für Rz von deutlich unter 1 µm generiert werden. Darüber hinaus wurden werkzeuggeometrieabhängig Beträge für die Druckeigenspannungen in der Matrixlegierung im Bereich der Randschicht bis etwa 250 MPa erreicht. Zur Erhöhung des Haftreibungskoeffizienten in Längspressverbindungen werden Mikrostrukturen ausgelegt und mittels Drehfräsen auf Planflächen von Probekörpern aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 erzeugt. Durch die Verwendung von Werkzeugen mit einer nahezu spitzen Schneidenecke konnten Probekörperoberflächen derart mikrostrukturiert werden, dass sich der Haftreibungskoeffizient in Kombination mit einem unstrukturierten Gegenkörper auf mehr als 0,6 erhöht, was in etwa dem Dreifachen im Vergleich zur Paarung von zwei unstrukturierten Probekörpern entspricht. Eine Herausforderung der haftfesten Abscheidung von CVD-Diamant auf Stahlwerkstoffen sind die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die bei der Abkühlung des beschichteten Substrats zu starken Druckeigenspannungen im Diamant führen. Diese sollen unter anderem durch eine gezielte Mikrostrukturierung der Substratoberfläche abgebaut werden. Dafür erfolgt eine Fräsbearbeitung mit einer Ultraschallschwingungsüberlagerung in Richtung der Passivkraft. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass mit dieser Methode eine adäquate Mikrostrukturierung realisierbar ist und sich CVD-Diamantschichten mit einer größeren Schichtdicke auf Stahlsubstraten haft-fest abscheiden lassen. Über die Erzeugung funktionaler Oberflächen hinausgehend wurde das Forschungsgroßgerät für die Fertigung von Präzisionskomponenten verschiedener Versuchseinrichtungen, Probekörpern sowie Werkzeugen zur Umformung von Bipolarplattenteilen mit Strukturabmessungen bis in den Mikrometerbereich genutzt. Ein weiterer Forschungsgegenstand sind die Integration sowie Nutzung von zusätzlichen Sensoren zum Monitoring von Prozess und Maschine.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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