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Verbesserung der Werkstückoberfläche und Prozessstabilität durch KSS-Pulsation

Verbesserung der Werkstückoberfläche und Prozessstabilität durch KSS-Pulsation

© IFW
Visualisierung der Projektidee

Für die Drehbearbeitung tiefer Konturen ist die Verwendung von Bohrstangen industrieller Standard. Durch die hohe Auskraglänge einer Bohrstange bei der Bearbeitung tiefer Konturen, ist diese besonders schwingungsanfällig. Eine hohe Schwingungsanfälligkeit begünstigt bereits bei niedrigem Vorschub und geringer Schnitttiefe ein instabiles Prozessverhalten (Rattern). Um Rattern zu vermeiden, müssen Schnitttiefe und Vorschub reduziert sowie der größtmögliche Bohrstangen-Durchmesser verwendet werden. Ein bisher ungenutztes Potential liegt im häufig verwendeten Kühlschmierstoff (KSS). Aus diesem Grund erforscht die TAM Tools GmbH (Goldberg) in Kooperation mit dem IFW im Forschungsprojekt „KSS-Puls“, inwiefern durch die Bohrstange geleiteter KSS zur Schwingungsminderung verwendet werden kann.

Der KSS-Strom erzeugt an der Austrittsbohrung des Kühlkanals der Bohrstange eine Kraft. Um den KSS-Strom zur Schwingungsminderung zu nutzen, soll dieser derartig pulsiert werden, dass diese Pulsationskraft mit der Passivkraft des Prozesses zu einer destruktiven Interferenz überlagert wird. Eine optimale Überlagerung ist allerdings nicht zwangsläufig ausreichend, um eine hinreichend hohe Schwingungsdämpfung zu erzeugen. Ist die Pulsationskraft im Verhältnis zu der Passivkraft zu klein, ist kein signifikanter Effekt zu erwarten. Wird die Pulsationskraft hingegen zu groß, kann wiederum durch die Pulsation selbst eine Schwingung angeregt werden. Ziel ist es daher die Pulsationskraft und die Pulsfrequenz auf den dynamischen Anteil der Passivkraft abzustimmen.

Für die Optimierung der gewünschten Kraftübertragung zwischen Werkstück und Werkzeug erfolgt eine Geometrieoptimierung des Bohrstangen-Kühlkanals und eine Auslegung des Pulsationssystems mit dem der KSS gepulst wird. Der Kühlkanal wird in einem Strömungssimulationsmodell mit verschiedenen Eingangsparametern simuliert, um so über eine multiple Regressionsanalyse den Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Die hier betrachteten Eingangsparameter sind der Winkel der Austrittsbohrung zur zentralen Bohrung des Kühlkanals, der Durchmesser beider Bohrungen sowie der in die Bohrstange geleitete Volumenstrom. Diese Parameter wurden gewählt, da der Winkel den Kraftvektor bedingt und die Bohrungsdurchmesser wie auch der Volumenstrom die lokalen Fließgeschwindigkeiten und Drücke beeinflussen.

Bei experimentellen Untersuchungen konnte bei einer Pulsationsfrequenz von f = 30 Hz bereits eine Kraft von Fpuls = 100 N ausgeübt werden ohne den Kühlkanal der Bohrstange zu optimieren. Diese ist bereits mehr als doppelt so hoch wie der dynamische Anteil der Passivkraft ohne Pulsation, weshalb in den nächsten Versuchen die Pulsationskraft durch eine Reduzierung des Eingangsdruckes verringert werden soll.

Kontakt:

Für weitere Informationen steht Ihnen Moritz Wickmann, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 511 762 12190 oder per E-Mail Wickmann@ifw.uni-hannover.de