Herstellung von hochgenauen, dünnwandigen Bauteilen mit komplexer Geometrie aus hoch- und höchstfesten Stahlwerkstoffen durch eine hybride Reib-Drück/Drehbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Werner Homberg
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556676256

Die Energie- und Ressourceneffizienz gewinnt bei der industriellen Herstellung von Bauteilen zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die energieintensive Herstellung komplexer Formteile aus. hochfesten Stählen stellen in diesem Zusammenhang eine Herausforderung dar. Das Reib-Drück-Verfahren bietet bei der Fertigung solcher Bauteile großes Potenzial der Energieeinsparung bei gleichzeitig hoher Flexibilität in der Formgebung. Dadurch, dass durch den Prozess selbst reibungsbedingt Wärme in das Bauteil induziert wird, lässt sich ein hohes Umformvermögen unter geringem Kraft- und Energieaufwand ausschöpfen. Da mithilfe des Reib-Drückens jedoch die geforderten Form- und Maßtoleranzen sowie Oberflächengüten in der Regel nicht eingehalten werden können, werden die Bauteile häufig einer nachgelagerten spanhebenden Bearbeitung unterzogen. Dabei besteht bei der Zerspanung hochfester Stahlwerkstoffe die Herausforderung, die Prozesse und Werkzeuge auf die hohen mechanischen Belastungen und daraus resultierenden hohen Werkzeugverschleiß und verminderte Bauteilqualität anzupassen. Im Rahmen dieses Projektes soll das Reib-Drücken mit einem Drehprozess zu einem hybriden Verfahren mit zeitgleichem Werkzeugeingriff vereint werden. Dabei wird das Ziel verfolgt, die wesentlichen Vorteile beider Verfahren zu nutzen: Durch das Vorerwärmen des Materials mithilfe des Reib-Drückens soll die Zerspanung unter deutlich geringerer mechanischen Belastung ablaufen, wodurch das Ergebnis der parallel ablaufenden Nachbearbeitung des umformtechnisch erzeugten Halbzeuges verbessert werden soll. Darüber hinaus soll die hybride Verfahrenskombination die Möglichkeiten der Formgebung erweitern indem „rissdurchsetzte“ Umformbereiche parallel zur Umformung spanhebend bereinigt werden. Dazu sind im Laufe des Projektes diverse Grundlagenuntersuchungen vorgesehen, die es schließlich ermöglichen, das hybride Verfahren auf einer Werkzeugmaschine für die spanende Fertigung umzusetzen und ein komplexes Demonstrator-Bauteil herzustellen. Das Arbeitsprogramm sieht vor, dass zunächst grundlegende Untersuchungen zur lokalen Erwärmungen von Bauteilen aus 22MnBr5 mithilfe des Reib-Drückens durchgeführt werden, während parallel das Spanbildungsverhalten dieses bisher in Bezug auf die Zerspanung nahezu unerforschten Werkstoffes, charakterisiert werden soll. Im Folgenden ist vorgesehen, eine einfache Flanschgeometrie durch Reib-Drücken und Zerspanung unter Erwärmung zu erzeugen. In zwei weiteren Arbeitspaketen sollen die Möglichkeiten der Insitu-Vergütung sowie das Ausformen von Nebenformelementen untersucht werden. In einem finalen Arbeitspaket dieser ersten Förderphase wird durch eine hybride Verfahrenskombination ein komplexes Demonstratorbauteil hergestellt, an dem die verschiedenen Forschungsaspekte aus den vorherigen Arbeitspaketen zusammengeführt werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen