Untersuchung prozess-dynamischer Effekte bei Stufenbohrern und deren Einflüsse auf die Fertigungsqualität

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Uwe Heisel
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 77493698

Das vorrangige Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine deutlich verbesserte Prognosefähigkeit für die erzielbaren Fertigungsqualitäten beim Einsatz von Kombinationswerkzeugen. Die geplanten Arbeiten sollen exemplarisch mit Stufenbohrern durchgeführt werden. Um die Prognosefähigkeit für den Bereich der HPC-Bohrbearbeitung zu verbessern, müssen für die Fertigung mehrstufiger Bohrungen Erkenntnisse über zeitabhängige Änderungen der dynamischen Verhältnisse des Schwingsystems Werkzeug-Futter-Spindel gewonnen werden. Der gleichzeitige Schneideneingriff erhöht einerseits die Belastungen auf das Werkzeug und ermöglicht andererseits eine Stabilisierung des Werkzeug-Futter-Spindel-Systems durch zusätzliche Stützstellen. Mit den neu gewonnenen Erkenntnissen über die Dynamik von Stufenbohrprozessen wird im weiteren Verlauf des Vorhabens ein Richtlinienkatalog erstellt, mit dessen Hilfe Fertigungsqualitäten in Korrelation mit Prozessparametern und Werkzeugparametern bereits in der Planungsphase des Prozesses ermittelt werden können. Der Richtlinienkatalog basiert auf einem mathematischen Modell, welches durch die Auswertung der Zerspanversuche, der gemessenen Nachgiebigkeitsfrequenzgänge und der FE-berechneten Schwingformen generiert wird. Mit Hilfe eines mathematischen Modells wird einerseits die Interpolationsfähigkeit des Modells zwischen zwei bereits bekannten Insellösungen untersucht und andererseits werden die geometrischen oder anderweitig bestimmten Grenzen beschrieben, jenseits derer die gefundenen Erkenntnisse nicht auf Basis der verifizierten Insellösungen extrapoliert werden können. Die Ziele dieses Forschungsvorhabens stehen in direktem Zusammenhang mit neuen Anforderungen an die Automobil- und Automobilzulieferindustrie. Die Stufenbohrung ist nur eines von vielen gleichartigen, mehrstufigen Konstruktionselementen, die immer wieder in leicht abgewandelter Form an mehreren Baureihen von Serienbauteilen in der Automobilindustrie vorkommen. Bei der Herstellung mehrstufiger Geometrien liegt das Einsparungspotenzial in der Verwendung moderner Kombinationswerkzeuge und damit im Verzicht auf mehrere Werkzeugwechsel. Die Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Fertigungsqualitäten beim Einsatz von Stufenwerkzeugen erleichtern die Einführung neu dimensionierter Konstruktionselemente an zukünftigen Baureihen.

• DFG Programme: Research Grants