Physikbasierte Methodik zur zerstörungsfreien Messung von Eigenspannungen beim Hartdrehen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559207441

In der Fertigung beeinflusst die Randzonengüte die gesamte Produktionskette, was regelmäßige Messungen zur Anpassung der Prozessparameter notwendig macht. Fortschritte in hochfesten Schneidstoffen haben das Hartdrehen von gehärteten Werkstücken als Alternative zu Schleifprozessen ermöglicht. Beim Hartdrehen ohne Kühlschmierstoff treten jedoch hohe mechanische und thermische Belastungen auf, die zu unerwünschten Veränderungen wie White Layer und Zugeigenspannungen (Zug-ES) führen können. Diese Veränderungen begünstigen Risse und sind daher sicherheitsrelevant, was eine sorgfältige Überwachung der Oberflächenintegrität erfordert. Die Qualität der Werkstückrandzone ist besonders in der Antriebstechnik entscheidend für das Einsatzverhalten von Bauteilen wie Zahnrädern und Wälzlagern. Häufige Prüfverfahren sind zerstörender Natur, weshalb Alternativen wie Wirbelstromprüfung, Ultraschallprüfung und Barkhausenrauschen-Analyse (BNA) gesucht werden. Letztere eignet sich besonders für ferromagnetische Materialien im Prozess. Zur Extraktion von Randzonengüte-Informationen aus dem Barkhausenrauschen-Signal (MBN-Signal) werden meist datengetriebene oder empirische Modelle genutzt. Diese bieten jedoch keine allgemeine Anwendbarkeit. Physikbasierte Modelle hingegen sind breiter anwendbar, aber oft schwer direkt mit Materialeigenschaften zu verknüpfen. Ein physikbasiertes Modell wird vorgeschlagen, um Eigenspannungs-Tiefenprofile mittels BNA zu messen. In dem Vorhaben wird sich auf den Werkstoff 100Cr6 beschränkt. Das Arbeitsprogramm umfasst mehrere Arbeitspakete (AP). In AP 1 werden verschiedene mechanisch und thermisch beeinflusste Proben hergestellt und untersucht. Die empirischen Untersuchungen umfassen die Herstellung unterschiedlicher Proben mittels Festwalzen und Laserbehandlung sowie deren Analyse durch metallographische Methoden und MBN-Messungen. Diese dienen als Grundlage für das in AP 2 entwickelte physikbasierte Modell zur Bestimmung der ES-Tiefenprofile. In AP 3 wird dieses Modell validiert und in AP 4 schließlich auf den Hartdrehprozess übertragen. Insgesamt soll das Projekt eine Methode zur zerstörungsfreien Messung von ES-Tiefenprofilen beim Hartdrehen entwickeln und so Ausschussware reduzieren sowie die Bauteillebensdauer erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen