Prozessintegriertes Mess- und Regelungssystem zur Ermittlung und sicheren Generierung von funktionsrelevanten Eigenschaften in Oberflächenrandzonen beim BTA-Tiefbohren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Frank Walther; Professor Dr.-Ing. Andreas Zabel
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401539425

Zerspanprozesse beeinflussen die Randschicht eines Bauteils, die wiederum seine Eigenschaften unter Betriebsbelastungen bestimmt. Daher ist es erstrebenswert, den durch den Fertigungsprozess entstandenen Randschichtzustand in metallischen Werkstoffen zu kennen und darüber hinaus gezielt einzustellen, um eine verbesserte Bauteillebensdauer bzw. -zuverlässigkeit zu erzeugen. Dies soll innerhalb des Vorhabens für das BTA-Tiefbohren erreicht werden. In der zweiten Phase dieses Forschungsprojekts ist es daher geplant, eine mikromagnetische Sensorik basierend auf der Analyse des Barkhausenrauschens zu entwickeln und im BTA-Werkzeug zu implementieren. Die Qualifizierung und Ertüchtigung der Messmethode wurde in der ersten Förderphase erfolgreich durchgeführt. Durch die Kombination der Sensorik mit einem Regressionsmodell, das unter anderem auf dem Prozesswissen aus der ersten Phase basiert, in einem Softsensor wird eine robuste Prozessregelung entwickelt und erprobt. Hiermit ist es möglich, Randschichtzustände in Bohrungswänden gezielt und reproduzierbar einzustellen. Hierfür sind Einfluss- und Störgrößen, die in-process auftreten, zu analysieren und in der Regelung zu berücksichtigen. Das Regressionsmodell basiert sowohl auf experimentell gewonnenen Daten, als auch auf solchen, die aus FEM-basierten 2D- und 3D-sowie aus analytischen Simulationen resultieren. Weiterhin werden die gezielt eingestellten funktionalen Eigenschaften der geregelt gefertigten Tiefbohrungen in quasistatischen und zyklischen Untersuchungen analysiert. Hierzu ist es geplant, die Werkstoffreaktionen in der Randschicht beanspruchungs- und lastspielzahlabhängig aufzuzeichnen, um eine mechanismenorientierte Charakterisierung des Eigenspannungs- und Ermüdungsverhaltens der geregelt gefertigten Probekörper zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2086: Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen