Stochastische Modellierung des Werkzeugverschleißes, dessen Wechselwirkungen mit der Randzonenbeeinflussung sowie der Prozessstabilität bei der Fräsbearbeitung von Nickelbasislegierungen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Petra Wiederkehr
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400845424

In verschiedenen industriellen Bereichen, wie beispielsweise in der Energiebranche oder der Luft- und Raumfahrttechnik, finden Nickelbasislegierungen aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit vielfältige Anwendungen. Dieser Vorteil führt allerdings zu einer stark erschwerten Zerspanbarkeit des Werkstoffs und resultiert insbesondere in hohen Prozesskräften und einem erheblichen Werkzeugverschleiß. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Prozesskräften, Werkzeugverschleiß und insbesondere der Randzonenbeeinflussung bei der Bearbeitung von Nickelbasislegierungen ist eine simulationsbasierte Optimierung der Prozesse zielführend. Basierend auf detaillierten Grundlagenuntersuchungen sollen deshalb im Rahmen dieses Projektes neue Modelle zur Vorhersage von Prozesskräften, Werkzeugverschleiß, Prozessdynamik und entstehenden Werkstückoberflächen entwickelt werden. Bei den geplanten Untersuchungen wird ein besonderer Fokus auf die Analyse und Beschreibung der stochastischen Eigenschaften des Verschleißverhaltens gelegt. Zur systematischen Untersuchung des Werkzeugverschleißes unter reproduzierbaren Prozesszuständen und des Einflusses auf die auftretenden Prozesskräfte werden Wendeschneidplatten zunächst künstlich verschlissen und unter kontrollierbaren Prozessbedingungen auf einem Orthogonalschnittversuchsstand zur Messung von Prozesskräften und zur Ableitung von Modellen eingesetzt, bevor diese in NC-Prozessen eingesetzt werden.Neben den Prozesskräften hat der Werkzeugverschleiß einen wesentlichen Einfluss auf die Prozessdynamik sowie die aus dem Fräsprozess resultierenden Oberflächentopographien. Zur simulativen Vorhersage der verschleißabhängig entstehenden Oberflächentopographien wird im Rahmen dieses Projektes ein Modell des verschlissenen Schneidkantenverlaufs entwickelt und in ein vereinfachtes Sweepvolumen überführt, um effiziente Schnittberechnungen zu ermöglichen. Um die verschleißbedingten Effekte bei der Optimierung der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, zum Beispiel durch die gezielte Auslegung von Trochoidalbahnen, zu berücksichtigen, werden die neu entwickelten Modelle in ein geometrisch-physikalisches Simulationssystem zur Analyse komplexer Fräsprozesse integriert. Durch die Berücksichtigung der stochastischen Prozesseigenschaften können somit Wahrscheinlichkeitsverteilungen der auftretenden Prozesskräfte und des Werkzeugverschleißes abgebildet werden. Dieses Simulationssystem soll anschließend eingesetzt werden, um unsicherheitsbehaftete Stabilitätskarten zu berechnen und somit Fräsprozesse optimieren zu können. Bei diesem Projekt handelt es sich um ein gemeinsames Forschungsvorhaben zwischen der Clemson University in South Carolina, USA (gefördert durch die NSF) und der Technischen Universität Dortmund.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Laine Mears, Ph.D.; Dr. Farbod Akhavan Niaki