Entwicklung von Fertigungsverfahren zur lokalen Strukturierung, Charakterisierung der Oberflächen und experimentelle Bewertung der Verlustminderung, Untersuchung des Verschmutzungsverhaltens, Vorbereitung der Übertragung auf 3-D Verdichterprofile, Untersuchung des Einflusses von Riblets auf Transition und Ablösung
Final Report Abstract
Das übergeordnete Ziel des Verbundprojektes ist die funktionale Oberflächengestaltung von Komponenten in Strömungsmaschinen zur Verringerung von Strömungsverlusten. In den vorangegangenen Antragszeiträumen wurden Methoden erforscht, mit denen Riblet-Strukturen auf einfach gekrümmte Bauteile geschliffen werden können. Reale strömungstechnische Bauteile weisen in der Regel Freiformflächen auf. Das Ziel dieses Teilprojektes ist daher, grundlegendes Wissen über die Mikrostrukturierung von strömungstechnisch relevanten Freiformflächen durch 5-Achs-Profilschleifen und die Reduzierung der herstellbaren Riblet-Geometrien durch metallisch gebundene Schleifwerkzeuge zu erarbeiten. Die Projektergebnisse sollen die Auslegung von Herstellprozessen für die Mikrostrukturierung von strömungsrelevanten Freiformflächen ermöglichen. In der hier beschriebenen dritten Antragsphase konnte die Reduzierung der herstellbaren Riblet-Dimension durch den Einsatz metallisch gebundener Schleifscheiben realisiert werden. Für diese Schleifscheiben existierten jedoch keine Erkenntnisse über die Profilierbarkeit sowie das Einsatzverhalten bei der Mikrostrukturierung. Um dieses zu erlangen, wurde zunächst der Einfluss der Abrichtprozessgrößen beim kontakterosiven Abrichten auf die erzielbare Profilgeometrie und anschließend der Zusammenhang zwischen den Schleifparametern, dem Schleifscheibenverschleiß und den erzeugten Riblet-Strukturen erforscht. Die Untersuchungen zum Einsatz metallisch gebundener Schleifscheiben zeigen, dass durch diese Werkzeuge Riblet-Geometrien mit Riblet-Weiten von 20 Mikrometer und einem Aspektverhältnis von annähernd 0,5 herstellbar sind. Durch die geschlossene Topographie der Schleifscheiben wird jedoch der Abtransport von Spänen sowie die Versorgung der Kontaktzone mit Kühlschmierstoff erschwert, sodass Zustellungen über 30 Mikrometer nicht möglich sind. Auf dem Gebiet der Strukturierung von Freiformflächen wurde im Zuge dieses Forschungsvorhabens ein grundlegendes Prozessverständnis geschaffen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass sich geschwungene Riblet-Strukturen auf Freiformflächen unter Einhaltung von Konturtoleranzen schleifen lassen, wenn die folgend beschriebenen Voraussetzungen erfüllt werden. Damit die Kontur des Bauteils beim Strukturieren nicht verändert wird, müssen Schleifscheibenformen verwendet werden, die an die Bauteilkrümmung angepasst sind. Darüber hinaus muss deren Durchmesser an die verwendeten Werkzeugwege abgestimmt sein, denn zu große Scheiben resultieren in Profilverzerrungen. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass der Profilverschleiß bei der Bearbeitung von Freiformflächen etwa 10 Mikrometer bis 15 Mikrometer höher ist als beim Schleifen planer oder einfach gekrümmter Oberflächen, da hier Axialkräfte auf die Scheibenprofile einwirken und somit eine ungünstige Schleifscheibenbelastung erzeugen.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.1115/1.4007590) - Influence of 5-axes-kinematics Geometrical Accuracy in Riblet Manufacturing Processes, New Production Technologies in Aerospace Industry, Lecture Notes in Production Engineering, Proceedings of the 4th Machining Innovations Conference, September 2013, Hannover, S. 69-74
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