Grundlagenuntersuchung zur Nutzung von kryogen erzeugten additiven Stützstrukturen und Dämpfungselementen zur Stabilisierung des Fräsprozesses bei der Bearbeitung dünnwandiger Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515938217

Dynamische Effekte begrenzen häufig die Produktivität spanender Fertigungsprozesse. Gerade bei der spanenden Bearbeitung dünnwandiger Bauteile ist es wichtig, dynamische Effekte zu vermeiden, die zu unerwünschten periodischen Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück führen können. Die modalen Eigenschaften eines dynamischen Systems können sowohl durch seine strukturelle Steifigkeit und Dämpfung als auch durch seine modale Masse charakterisiert werden. Der vorgestellte Projektansatz beschreibt eine neuartige Methode zur Prozessstabilisierung durch gezielte Manipulation der strukturellen Eigenschaften dünnwandiger Bauteile. Hierfür werden Eis¬medien wie Wasser oder Kühlschmierstoffemulsion unter Verwendung eines kryogenen Mediums gekühlt und auf ein Bauteil gespritzt, wo sich eine Schneeschicht ausbildet, welche als Stütz- und Dämpfungs¬element fungieren kann. Diese Methode ist aus technologischen Gesichtspunkten besonders interessant, weil sie im Vergleich zu anderen Ansätzen eine einfache und rückstandslose Entfernung der stabilisierenden Strukturen ermöglicht, womit eine weitere Nachbearbeitung der Bauteile überflüssig ist. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen konnte durch Anwendung des beschriebenen Ansatzes ein weitreichendes Potential zur Prozess-stabilisierung nachgewiesen werden, welches eine Steigerung der Prozesseffizienz und Produktivität im Zerspanprozess ermöglicht. Das Ziel der beschriebenen Projektinitiative liegt in der grundlegenden Erforschung der Wirkzusammenhänge zwischen den kryogen gespritzten Stütz- und Dämpfungselementen und der Prozessdynamik. Hierzu werden zunächst grundlegende Erkenntnisse zur Erzeugung sowie den strukturmechanischen Eigenschaften verschieden generierter Eisstrukturen ermittelt (Glaziologie) und anschließenden deren Einfluss auf die Prozessstabilisierung bewertet (Dynamik). Um die Wirkzusammenhänge zwischen Eismedien, Aufbringstrategien und Prozessverhalten zu bestimmen und Grundlagen¬wissen im Bereich der Prozessstabilisierung zu sammeln, soll daher eine Untersuchung der grundsätzlichen Wirkmechanismen erfolgen und Einflussfaktoren experimentell sowie modellbasiert analysiert werden. Zur simulationsgestützten Analyse des Prozessverhaltens dünnwandiger Bauteile mit kryogen erzeugten Stütz- und Dämpfungsstrukturen, soll eine geometrisch-physikalische Prozesssimulation eingesetzt und spezifisch angepasst werden, um diese im Rahmen einer hybriden Prozessoptimierung einsetzen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen