Kompensation von Form- und Maßabweichungen infolge der thermo-elastischen Deformation bei der Trockenbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426824785

Einhergehend mit der Weiterentwicklung der Schneidstoffe in der spanenden Fertigungstechnik gelingt es heute in vielen Anwendungsfällen auf eine Kühlschmierung des Zerspanwerkzeuges gänzlich zu verzichten oder lediglich eine Minimalmengenkühlschmierung zu verwenden. Auf diese Weise ist es möglich, Kosten für die Bereitstellung, Pflege und Entsorgung diverser Kühlschmiermedien einzusparen.Der Verzicht auf Kühlschmiermedien bei der Trockenbearbeitung bewirkt jedoch eine Veränderung der entstehenden Prozesswärme und ihrer Aufteilung innerhalb des thermodynamischen Systems, bestehend aus Werkzeug, Werkstück, Spänen und der Werkzeugmaschinenumgebung. Die auftretenden Wärmeströme bedingen eine Deformation des Werkstücks und eine ungewünschte Verlagerung der Maschinenkomponenten. Hieraus resultieren direkt Form- und Maßabweichungen der gefertigten Werkstücke, weshalb eine Prozessauslegung im Vergleich zur konventionellen Kühlschmierung deutlich aufwendiger. Aufgrund der zeitlichen und räumlichen Komplexität der beteiligten physikalischen Prozesse können die auftretenden Verformungen bisher nicht durch einfache analytische Berechnungen oder Erfahrungswissen kompensiert werden.Das übergeordnete Ziel des Transferprojektes ist es daher, die Kompensation von thermo-elastischen Deformationen anhand eines realen Anwendungsfalles erstmals umzusetzen und damit in die industrielle Praxis zu transferieren. Dafür ist es notwendig, bereits entwickelte Methoden um die thermo-elastische Verlagerung des Werkzeuges zu erweitern. Anschließend können Strategien zur Kompensation derartiger Verlagerungen und Deformationen abgeleitet werden, die eine trockene Hartdrehbearbeitung von komplexen Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Form- und Maßhaltigkeit ermöglichen.Das im DFG-Forschungsvorhaben „Entwicklung eines Modells zur Berechnung und Kompensation thermo-elastischer Form- und Maßfehlerbei der Trockenbearbeitung“ entwickelte skalenübergreifende Vorgehen ermöglicht es, die Wärmeströme im Gleichgewichtszustand eines Drehprozesses auf mesoskopischer Skala mittels einer Spanbildungssimulation zu berechnen und diese auf ein makroskopisches Bauteilmodell zur Berechnung der Erwärmung und letztendlich der thermo-elastischen Deformation zu übertragen. Im Grundlagenforschungsprojekt im Rahmen des SPP 1480 konnte die Eignung dieses Ansatzes zur präzisen und zeiteffizienten Berechnung der thermo-elastischen Deformationen eines Werkstückes nachgewiesen werden. Diese Berechnung bildet die Grundlage der Ableitung einer Kompensationsstrategie zur Vermeidung von Maß- und Formfehlern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: CEROBEAR GmbH