Belastungs- und funktionsgerechte Werkzeugauslegung für die Feindrehbearbeitung von rotationssymmetrischen Bauteilen aus der Nickelbasislegierung Inconel 718

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503700894

Funktionalität, Einsatzverhalten und Lebensdauer von hoch belasteten sicherheitsrelevanten Triebwerksbauteilen, wie z. B. Turbinenscheiben und -schaufeln aus der Nickelbasislegierung NiCr19Fe19Nb5Mo3 (Inconel 718), werden maßgeblich vom Eigenspannungszustand und der Mikrostruktur in der Randzone bestimmt. Deshalb werden an fertig bearbeitete Turbinenteile hohe Anforderungen bezüglich Form- und Lageabweichungen sowie Eigenspannungen und Veränderungen des Werkstoffgefüges in der Randzone gestellt. Zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass die zerspanungsbedingte thermo-mechanische Werkstoffbelastung einen erheblichen Einfluss auf die Randzonenausbildung und Dauerfestigkeit des Bauteils hat. Großes Potential zur Steigerung der Bauteildauerfestigkeit liegt in der Werkzeuggestaltung und dem Werkzeugverhalten während der spanenden Bearbeitung. Eine breite, systematische Nutzung dieses Potentials ist in der Praxis jedoch noch nicht gegeben. Außerdem erfolgt die Prozessauslegung für die spanende Bearbeitung kritischer Bauteile der Luft- und Raumfahrt in der Praxis größtenteils über Erfahrungswerte. Grund hierfür ist die fehlende Kenntnis allgemeingültiger Aussagen über den Einfluss der Prozessparameter auf spezifische Randzonencharakteristika und das Bauteilverhalten beim Drehen. Ziel der Untersuchungen ist es, den fertigungsbedingten Einfluss der spanenden Drehbearbeitung auf die Randzonenausbildung und die Schwingfestigkeit von dynamisch hochbelasteten, rotationssymmetrischen Bauteilen zu untersuchen, zu gewichten und Maßnahmen für die belastungs- und funktionsgerechte Auslegung des Schneidteils für die Endbearbeitung hochwarmfester Werkstoffe abzuleiten. Dabei erfolgt die Auslegung des oberflächenerzeugenden Schneidteils (Nebenschneide) unter der Prämisse einer Maximierung der Bauteillebensdauer und die Auslegung des trennenden Schneidteils (Hauptschneide) unter der Prämisse einer Maximierung der Standzeit. Unter Zuhilfenahme der Prozesssimulation erfolgt die Erprobung der optimierten Schneidteilgeometrien im Einsatzfall, aus denen schließlich auf Basis der berechneten Ergebnisgrößen Schneidteilgeometrien ausgewählt, hergestellt und im realen Zerspanprozess verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen