Modellbasierte Bestimmung der Randzoneneigenschaften bei der Fräsbearbeitung vonTi-6Al-4V

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Krempaszky; Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402128304

Vorrangiges Ziel des Forschungsvorhabens ist die modellbasierte Regelung des Fräsprozesses, die es gestattet, in Titanbauteilen (Ti-6Al-4V) gleichzeitig definierte Geometrien und Eigenspannungszustände einzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen, soll in der ersten Projektphase ein echtzeitfähiges, analytisches Modell aufgebaut werden, das den Zusammenhang aus den Prozessparametern und dem Eigenspannungszustand beschreibt. Dabei sollen auch der Werkzeugverschleißzustand als beobachtbare Störgröße sowie streuende Materialeigenschaften der Rohteile als verborgene Störgröße berücksichtigt werden. Für die Regelung soll ein prototypischer sensorischer Werkzeughalter zur in-process-Messung von Temperaturen und Zerspankräften qualifiziert und eingesetzt werden. Um den komplexen Zusammenhang zwischen den Prozessstellgrößen und dem Randschichtzustand analytisch abbilden zu können, wird ein zweistufiger Ansatz gewählt. Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt die Modellierung des Wärme- und Krafteintrags in der Prozesszone. In einem zweiten Schritt erfolgt anschließend die Modellierung der resultierenden Eigenspannungen und des Härteverlaufs im Bauteil infolge der Bearbeitung. Die dabei entstehenden Teilmodelle werden anschließend zu einem Gesamtmodell gekoppelt. Die Arbeiten der ersten Projektphase stellen echtzeitfähige Modelle zur Verfügung, mit denen die thermomechanischen Bauteilbelastungen beim Fräsen von Ti-6Al-4V bestimmt werden können. Diese bilden die Grundlage für die Modellierung des Eigenspannungszustands und des Härteverlaufs der Bauteilrandschicht nach der spanenden Bearbeitung. Die Modelle können in der zweiten Projektphase zur dynamischen Prozessregelung des Eigenspannungszustandes genutzt werden. Dies beinhaltet die Entwicklung und Implementierung eines geeigneten Regelungskonzepts und die Überprüfung der Regelung auf Robustheit gegen Störeinflüsse. Zusätzlich können die Modelle und die Regelung um weitere Stellgrößen erweitert werden. Dazu zählen neben den bereits berücksichtigten konventionellen Prozessparametern beispielsweise der des Werkzeug-Anstellwinkels.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2086: Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen