Projektinformationen

Die spanende Endbearbeitung bildet oftmals den finalen Schritt zur Erzeugung dynamisch beanspruchter Bauteile. Dabei werden neben der Makrogeometrie die Oberflächenfeingestalt sowie die Rand­schicht­eigenschaften, welche die Schwing­festigkeit beeinflussen, eingestellt. Aufgrund dessen besteht ein hohes Interesse, diese Oberflächen­eigenschaften funktionsorientiert auszulegen und robust zu erreichen. Die Wirkzusammenhänge zwischen dem Bearbeitungs­prozess und den resultierenden Bauteil- sowie Funktionseigenschaften sind noch nicht vollständig verstanden. Darüber hinaus werden sie von Störgrößen, wie bspw. dem Werkzeugverschleiß, überlagert. Darauf wird aktuell durch entsprechende Korrektur- und Sicherheitsfaktoren reagiert. Eine Steigerung der Ressourceneffizienz ist anhand einer gezielten Anpassung der Eigenschaften der Bauteilrandschicht sowie eine Überwachung der Ober­flächen­eigenschaften bzw. Prozessregelung möglich.

Um dies zu ermöglichen, soll das Prozessverständnis bei der Drehbearbeitung am Beispiel des Stahls X46Cr13 erweitert werden. Grundlage hierfür bildet die Integration von Sensorik zur Erfassung von Acoustic-Emission-Signalen, Seebeck-Strom und -Spannung sowie der Komponenten der Zerspankraft. Auf dieser Basis erfolgen systematische Untersuchungen zu Einflüssen der Kühlschmierstrategie, der Schnittwerte, der Werkzeuggeometrie bzw. des -verschleißzustandes sowie des Wärme­behandlungs­zustandes der Probekörper. In diesem Zusammenhang werden geeignete Methoden zur Daten­verarbeitung ermittelt und relevante Messgrößen bestimmt. Nach der Bearbeitung werden die geometrischen Oberflächen­eigenschaften der Probekörper mittels taktiler sowie optischer Messmethoden und REM analysiert. Darauf basierend sollen Kenngrößen zur Bewertung der Oberflächen­feingestalt definiert werden. Weiterhin erfolgen eine Charakterisierung der Randschicht sowie Wechsel­festigkeits­untersuchungen. Ausgehend von den Prozess­eingangs­größen sowie den In- und Ex-Situ-Messgrößen wird ein Modell erstellt, welches die Wirkzusammenhänge anhand von Korrelationen abbildet. Neben der Verwendung der Daten zur Erstellung des Modells soll dieses zur Vorgabe relevanter Versuchs­kombinationen für die spanende Bearbeitung genutzt werden.

Im Ergebnis wird das Verständnis der Wirkzusammenhänge zwischen Schnittwerten, Werkzeuggeometrie, -verschleißzustand, Wärmebehandlungszustand und resultierenden Oberflächeneigenschaften bei der Drehbearbeitung erweitert. In diesem Zusammenhang wird die Eignung ausgewählter In-situ-Messgrößen zur Prozessüberwachung und -bewertung quantifiziert. Weiterhin werden Möglichkeiten und Grenzen zur Steigerung der Wechselfestigkeit durch eine angepasste Schneidkantengeometrie abgeleitet. Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Oberflächen- und Funktions­eigenschaften in Abhängigkeit von den mechanischen Beanspruchungen sowie dem Wärmeeintrag, was eine Vorhersage sowie Steigerung der Wechselfestigkeit spanend bearbeiteter Bauteile erlaubt.