Entwicklung und Validierung einer Prozessüberwachung mittels Körperschall für das Fräsen von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420609123

Faserverbundkunststoffe (FVK) werden aufgrund ihres hohen spezifischen Elastizitätsmoduls als Werkstoff für Leichtbauteile in der Automobil-, der Luft- und der Raumfahrtindustrie eingesetzt. Eine besondere Herausforderung für die wirtschaftliche und prozesssichere Fertigung von FVK-Bauteilen stellt dabei die Bearbeitung mittels spanabhebender Verfahren wie dem Fräsen dar. Dies liegt in den abrasiven Glas- oder Kohlenstofffasern begründet, welche unvermeidlich zum Verschleiß am Fräswerkzeug in Form von zunehmender Schneidkantenverrundung führen. Die Zerspanung mit verschlissenem Fräswerkzeug führt dabei zu steigenden Prozesskräften und unerwünschten Bauteilschädigungen wie Schichtdelaminationen, welche kostenintensive Bauteilinspektionen und eine aufwendige Nachbearbeitung notwendig machen können. Die Umsetzung einer Online-Detektion der Werkzeug- und Bauteilschädigungen während der Zerspanung hat folglich das Potential, die Fertigungskosten und Bearbeitungszeiten von FVK Bauteilen drastisch zu senken. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung und Evaluation einer Online Prozessüberwachung mittels Körperschall für das Fräsen von FVK. Diese liefert sowohl Informationen über den Verschleißfortschritt am beschichteten und unbeschichteten Werkzeug als auch über unerwünschte Bauteilschädigungen und reduziert die Notwendigkeit kostenintensiver Bauteilinspektionen. Aufgrund der hohen Dämpfung von Körperschall in FVK sowie der Werkstoffanisotropie ist beim Fräsen die Verwendung von werkstückseitig angebrachter Körperschallsensorik für eine robuste Prozessüberwachung nicht geeignet. Diese Problematik soll in diesem Forschungsvorhaben erstmalig durch eine werkzeugseitige Sensorankopplung gelöst werden. Die Reduktion der so aufgezeichneten Messdaten mittels Kennwertextraktion und Mustererkennung soll eine Online Prozessüberwachung ermöglichen, welche sowohl den Werkzeugzustand als auch die unerwünschten Bauteilschädigungen zuverlässig detektiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen