Untersuchung der Span- und Gratbildung beim Mikrobohren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453335596

Das spanende Mikrobohren gewinnt aufgrund der kurzen Prozesszeit, der hohen Bohrungsqualität und der großen Anzahl zerspanbarer Materialien immer mehr an Bedeutung. Gleichzeitig wird durch die stetige Miniaturisierung von Bauteilen eine weitere Reduzierung der Bohrungsdurchmesser gefordert. Das Verfahren ist jedoch durch prozessbedingte Gratbildung am Bohrerein- und austritt geprägt. Gerade in der Größenordnung D < 300 Mikrometer spielen eine möglichst ideale Spanbildung und die damit zusammenhängende geringe Gratbildung eine entscheidende Rolle für das Bearbeitungsergebnis, da ein nachträgliches Entgraten nicht bzw. nur schwierig möglich ist. Der Zusammenhang zwischen Werkzeuggeometrie, Prozessparametern und der Span- und Gratbildung bei Werkzeugen < 300 Mikrometer im Durchmesser ist bisher wenig erforscht. Diese Wissenslücke soll im beantragten Vorhaben geschlossen werden, um die Gratbildung zu reduzieren und die DD 50, 100 und 300 Mikrometer am Institut des Antragsstellers. Mit diesen Werkzeugen werden Mikrobohrungen unter verschiedenen Ein- und Austrittswinkeln mit definierten Prozessparametern und Schneidkantenradien in verschiedenen Werkstoffen hergestellt und hinsichtlich Span- und Gratbildung untersucht. Parallel werden 3D-FEM Simulationen zur Bestimmung der experimentell nicht ermittelbaren Temperaturverteilungen und Spannungen durchgeführt. Die Kombination der experimentellen Ergebnisse mit den Ergebnissen der FE-Simulationen bildet die Basis für ein vertieftes Verständnis der Span- und Gratbildung beim Mikrobohren. Zur Erweiterung der Erkenntnisse werden anschließend Mikrobohrungsverschneidungen hergestellt und untersucht. Durch die Gesamtheit der Erkenntnisse können Handlungsempfehlungen gegeben werden, wie Mikrobohrungsverschneidungen mit D < 300 µm gratminimiert herstellbar sind. Zudem wird es möglich, den Einfluss des hohen rß/h-Verhältnis, das prozessbedingt nicht reduziert werden kann, auf die Span- und Gratbildung zu analysieren. Auf dieser Basis können auf die Werkstückgeometrie abgestimmte Prozessparameter mit minimaler Gratbildung sowie Werkzeuge mit angepasster Makro- und Mikrogeometrie definiert werden. Zukünftig können durch die erzielten Erkenntnisse miniaturisierte technische Produkte wirtschaftlich und mit hoher Qualität hergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen