Nachgelagertes Glattdrücken mit superharten Werkstoffen auf Hochpräzisionsfräsflächen zur Herstellung optisch-funktionaler Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572396442

Bei der Herstellung technischer Oberflächen durch die Zerspanung werden die Oberflächenrauheitskennwerte maßgeblich durch den Vorschub f, die Schnittgeschwindigkeit vc sowie die Werkzeuggeometrie bestimmt. Daraus resultiert für die Fertigung von Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenrauheitskennwerte der Einsatz von angepassten Prozessparametern mit geringen Vorschüben f, wodurch maßgeblich die Wirtschaftlichkeit reduziert wird. Eine mögliche Nachbearbeitung kann durch das Glattdrücken erfolgen, welches einen Umformprozess nach DIN 8583-5 darstellt. Ein fixierter, aus einem Hartstoff bestehender Körper (superharter Werkstoff), wird mit einer definierten Prozesskraft FPr auf bzw. in die Oberfläche eines Werkstücks gedrückt. Mit einer definierten Vorschubgeschwindigkeit vf gleitet der Glattdrückkopf entlang der Werkstückoberfläche. Der dabei vorherrschende Reibungszustand entspricht der Gleitreibung µG. Durch eine plastische Deformation der oberflächennahen Strukturen werden die Oberflächenrauheitskennwerte reduziert und der Eigenspannungszustand vorteilhaft beeinflusst. Das Glattdrücken wird bisher jedoch nur zur Nachbearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken auf Drehmaschinen angewendet. Es zeigt jedoch großes Potenzial für die Nachbearbeitung von gefrästen Bauteilen. Demnach ist das Ziel dieses Vorhabens der Aufbau einer grundlegenden Wissensbasis zum translatorischen Glattdrücken mit Sphären aus MKD auf Hochpräzisions-Fräsmaschinen (HP Fräsmaschinen). Zur Erreichung des Hauptziels werden in der 1. Förderperiode zwei Arbeitspakete (AP) realisiert. Das AP 1 beinhaltet die Untersuchung zum Einfluss von Prozessstellgrößen und Werkstück-eigenschaften auf einzeilig sowie mehrzeilig translatorisch glattgedrückten Oberflächen, um Erkenntnisse in Bezug auf den Einfluss der Prozessstellgrößen und deren Wechselwirkungen gewinnen zu können. Begleitend sollen in AP 2 Prozessmodelle zur Beschreibung und Simulation des Umformprozesses beim Glattdrücken, entwickelt werden. Als zu bearbeitender Werkstoff ist ein pulvermetallurgisch hergestellter Stahl vorgesehen. Die zu untersuchenden Zielgrößen sind die erreichbaren Oberflächenrauheitskennwerte des Werkstücks, die Härte nach Vickers HV, die Eigenspannungen σE im Werkstück, der Werkzeugverschleiß ΔWZ sowie die wirkenden Prozesskräfte FPr. Als Ergebnis des Projektes liegen grundlegende, wissenschaftliche Erkenntnisse zum translatorischen Glattdrücken mit Sphären aus MKD vor, die dazu geeignet sind, auf HP-Fräsmaschinen Bauteile mit arithmetischen Mittenrauwerten von Ra ≤ 20 nm zu fertigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen