Projektinformationen

Durch steigende Anforderungen an Leistung und Funktionalität technischer Systeme rücken die Ober­flächen­eigenschaften verstärkt in den Fokus. Ein besonders hohes Potenzial zur Verbesserung der Funktions­eigenschaften, wie z. B. eine Gleit­reibungs­reduzierung, bieten mikro­strukturierte Oberflächen. Die Mikro­strukturierung wird bisher i. d. R. durch ein zusätzliches Verfahren, oftmals das Laser­strahl­abtragen, realisiert. Diese Vorgehens­weise ist jedoch mit längeren Prozess­ketten und hohen Kosten verbunden. Daher wird angestrebt, die Mikro­strukturierung unmittelbar in die spanende End­bearbeitung zu integrieren. Ein hoch­effizientes Verfahren ist die Dreh­bearbeitung mit einer Ultra­schall­schwingungs­überlagerung in Richtung der Passiv­kraft. Dabei können mehr als 20.000 Mikro­strukturen pro Sekunde unmittelbar im End­bearbeitungs­prozess erzeugt werden. Wesentliche Fragestellungen bzgl. der Aus­bildung der Mikro­strukturen sowie der System­regelung sind aber noch offen.

Ziel des Forschungs­vorhabens ist daher die Erlangung eines vertieften Verständnisses wesentlicher Wirk­zusammenhänge beim Drehen mit einer Ultra­schall­schwingungs­überlagerung in Richtung der Passivkraft. Der Fokus liegt dabei auf der Regelung des Ultra­schall­schwing­systems sowie den prozessparameter-, werkstoff- und werk­zeug­geometrie­abhängigen Vorgängen in der Scherzone einschließlich der daraus resultierenden Fein­gestalt der mikro­strukturierten Ober­fläche. Eine wirk­stellen­nahe Erfassung mechanischer Kenn­größen des Ultra­schall­wandlers anstelle elektrischer Parameter soll maßgeblich zu einer höheren Genauig­keit der Amplituden­regelung von Ultra­schall­schwing­systemen beitragen.

Für die Forschungs­aufgabe wird ein spezieller Wandler mit wechsel­baren Sonotroden entworfen, welcher durch integrierte Sensorik eine präzise Einstellung der Amplitude ermöglichen soll. Zur Bestimmung der notwendigen Prozess­parameter für die Mikro­strukturierung erfolgen einerseits Modell­versuche unter Berück­sichtigung der Span­bildung. Anderer­seits wird die Ober­flächen­auslegung durch kinematische Simulationen unterstützt. Für die experimentellen Unter­suchungen wird ein Bronze­werkstoff verwendet. Die während der Unter­suchungen aus den Sensoren erhaltenen Mess­daten werden zusammen mit den Ergebnissen der geometrischen Analyse der mikro­strukturierten Ober­flächen und der erzeugten Späne ausgewertet. Zudem soll eine Regelung unter Nutzung der werk­zeugnahen Sensorik aufgebaut werden, wodurch Aussagen zur Eignung mechanischer Mess­größen als Eingangs­signale für eine Regelung getroffen werden können.