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SFB 1153 - B5: Maschinentechnologien für die produktive, spanende Bearbeitung von hybriden Bauteilen

Kontakt:Wittifw.uni-hannover.de

Bild SFB 1153 - B5: Maschinentechnologien für die produktive, spanende Bearbeitung von hybriden Bauteilen

Monomaterialbauteile stoßen zunehmend an ihre werkstoff- und fertigungsspezifischen Grenzen. Daher wird in der Forschung zunehmend die Herstellung von hybriden Bauteilen untersucht. Die umformtechnische Herstellung dieser Werkstücke erfordert in der Regel eine spanende Nachbearbeitung. Diese stellt allerdings eine Herausforderung für die Zerspanung der verwendeten Werkstoffkombinationen und ebenfalls für die Überwachung des Prozesses dar. Ohne eine Anpassung der Stellgrößen kann für zwei unterschiedliche Materialien kein wirtschaftlicher Bearbeitungsprozess gewährleistet werden. Weiterhin ist es nicht möglich Oberflächengüten sowie die Maßhaltigkeit für hybride Bauteile ohne eine Anpassung der Parameter zu garantieren. Insbesondere der Werkstoffübergang ist eine Herausforderung, da dort Kraftsprünge auftreten. Schwingungen und folglich ungenügende Bauteiloberflächen sind die Folge. Die exakte Lage dieses Übergangsbereichs ist nicht für jeden Prozess im Vorhinein bekannt. Daher ist die Zielsetzung dieses Teilprojekts eine automatische, prozessintegrierte Detektion der Fügezone durchzuführen, um eine werkstoffabhängige Anpassung der Stellparameter zu realisieren. In der ersten Projektphase werden Werkstoffübergangscharakteristiken für serielle und parallele Dreh-, Fräs- und Bohrbearbeitungen von Werkstoffverbunden untersucht. Um ein umfassendes Verständnis über den Prozess zu erhalten, wird der Werkzeugrevolver mit externen Sensoren ausgestattet und zusätzlich interne Sensorsignale aus der Steuerung aufgezeichnet. Anschließend wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt und ermittelt, anhand welcher Messsignale der Werkstoffübergang für verschiedene Prozesse am besten bestimmt werden kann. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass z.B. ein Sprung in der Passivkraft - aufgrund einer Materialaufhärtung in der Fügezone - mit der Position des Materialübergangs korreliert, siehe Abbildung 1.

Ausgehend vom ermittelten Sensorkonzept wird ein Algorithmus entwickelt, der den lokal unbekannten Übergang komplexer Bauteile identifiziert. Diese Information kann verwendet werden, um die Stellparameter parallel zum Prozess für den jeweiligen Werkstoff zu optimieren. Nachfolgend wird in einem weiteren Projektabschnitt das Sensorkonzept verwendet, um eine fühlende Werkzeugmaschinenkomponente zu entwickeln. Dazu wird ein Werkzeugmaschinenrevolver mit der für die Werkstoffübergangsdetektion benötigten Messtechnik ausgestattet und in einem Drehzentrum CTX420 der Firma Gildemeister integriert. Zusätzlich zur Anpassung der Stellgrößen ist aufgrund der Abdrängung - innerhalb der Fügezone - eine hochdynamische Zustellung des Werkzeugs notwendig, um hochwertige Oberflächen zu erzeugen. Daher wird die Ansteuerung eines am IFW vorhandenen piezoelektrischen Drehmeißels weiterentwickelt. Somit ist es möglich die auftretenden Schwingungen hochfrequent zu kompensieren. In Kombination mit dem sensorischen Revolver sowie dem entwickelten Detektionsalgorithmus, kann ein ganzheitliches Maschinenkonzept für hybride Bauteile aufgebaut und erprobt werden.

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