Modellierung und Validierung des unterschiedlichen Einflusses von PVD-Hartstoffschichten beim Skalieren des Bohrprozesses in die Mikroebene

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5376379

Das Skalieren von Prozessen überlagert die Produkte und Ergebnisse in vielfältiger Weise. Größeneinflüsse können dabei konstruktiver, prozesstechnischer aber auch werkstofflicher Natur sein. In vielen Realprozessen tritt eine Überlagerung dieser Faktoren ein, die einer direkten Übertragung auf andere Größenverhältnisse im Wege stehen. Der Einsatz hartstoffbeschichteter Bohrer bei der Durchführung makroskopischer Bohroperationen ist heute Stand der Technik. Die Schicht nimmt aufgrund ihrer geringen Ausmaße (Dicke 3-6 µm) keinen spürbaren Einfluss auf die geometrischen Verhältnisse bei der Zerspanung. Ihre Wirksamkeit beschränkt sich weitestgehend auf den Verschleißschutz an der Werkzeugoberfläche. Bei der Skalierung der Bohroperation in den für die Mikrosystemtechnik relevanten Maßstab erweitert sich der Funktionsbereich der Schichten von Oberflächen- auf Struktureffekte wie die Veränderung der Wärmeverhältnisse oder eine Zunahme des Schneidkantenradius, der die plastische Verformung des Werkstückwerkstoffes während des Zerspanprozesses stark verändert. Ziel des hier beantragten Projektes ist die systematische Untersuchung des veränderten Schichteinflusses für unterschiedliche Prozessdimensionen. Im beantragten Forschungsvorhaben soll anhand von numerischen Simulationen im Zusammenspiel mit experimentellen Untersuchungen zunächst der Einfluss der Beschichtungen im Makroeinsatz hinsichtlich der o.g. Belastungen charakterisiert werden. Im weiteren sind Simulationen und Experimente in die Mikroebene zu übertragen. Abschließend sind Modelle zu entwickeln, anhand derer es möglich ist, Eigenschaften der Mikrobohrer auf der Basis von Ergebnissen der Makroebene zu berechnen, und die zur Auslegung dieser Ultrapräzisionswerkzeuge im Einsatzfall dienen soll.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1138: Modellierung von Größeneinflüssen bei Fertigungsprozessen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Erich Lugscheider