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Kompensation thermomechanischer Deformationen bei dünnwandigen Fräsbauteilen

Kompensation thermomechanischer Deformationen bei dünnwandigen Fräsbauteilen

© IFW, Daniel Niederwestberg
Versuchsaufbau beim Fräsen von Strukturbauteilen
Leaders:  Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena
Email:  bild@ifw.uni-hannover.de
Team:  Konrad Bild
Year:  2021
Date:  12-02-21
Sponsors:  DFG
Lifespan:  01/2021-12/2022

In diesem Projekt erforscht das IFW mit den Partnern Zentrum für Technomathematik (ZeTeM) der Universität Bremen und Premium AEROTEC GmbH (PAG) die Erweiterung der konventionellen Prozessplanung für die Fräsbearbeitung dünnwandiger Strukturbauteile, die speziell in der Luft- und Raumfahrt gefragt sind. Besonders die hohe Nachgiebigkeit dünner Strukturen kann Schwierigkeiten hinsichtlich der gewünschten Maßhaltigkeit bereiten, wenn die Zerspankraft und der Wärmeeintrag auf die gefräste Endkontur wirken. Durch die Ergebnisse des SPP 1480 steht bereits ein Simulationsansatz zur Vorhersage der thermomechanischen Deformation bei der Trockenfräsbearbeitung zur Verfügung. Weiter wurde bereits gezeigt, dass dieses Wissen zur Anpassung des Werkzeugwegs genutzt und somit die Formabweichung um 70% kompensiert werden kann. Die bereits geschaffenen Erkenntnisse sollen weiterentwickelt werden und in die Praxis transferiert werden.

Die Integration des Planungsansatzes in den Fertigungsablauf bei PAG verspricht, die industrielle Anwendbarkeit unter realen Bedingung aufzuzeigen. Dazu sind aber noch viele Anpassungen und Erweiterungen des bisherigen Simulationsansatzes notwendig. Um eine Kompatibilität zum Fertigungsumfeld bei PAG zu schaffen, werden die Erkenntnisse aus dem SPP 1480 in der von PAG eingesetzten Software „NC-Chip“ gebündelt. Dazu müssen im ersten Schritt die theoretischen Methoden der Prozessabtragsimulation aus der vom IFW verwendeten Software „CutS“ übertragen werden. Auch die Methodik der FEM-Simulation des Werkstückzustands aus der vom ZeTeM verwendeten Software „ALBERTA“ muss extrahiert werden. Als eine Erweiterung an die bisherige Methodik wird zusätzlich die Werkzeugabdrängung im Planungsansatz betrachtet, um durch den zusätzlichen Fehlerfaktor die Genauigkeitsgüte des Modells zu steigern. Weiter wird eine verringerte Simulationszeit vorausgesetzt, um eine wirtschaftliche Nutzung zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird der Simulationsaufwand schlanker gestaltet und diese Methodik ausschließlich bei kritischen dünnwandigen Bereichen des Werkstücks eingesetzt. Die Identifikation wird mittels eines entwickelten Assistenzsystems erfolgen, der die kritischen Bereiche autonom bzw. teilautonom festlegt. Der direkte Praxisbezug wird mit der Parametrierung des Modells hinsichtlich der eingesetzten Werkzeug-Werkstoff Kombinationen und weiteren Fertigungsbedingungen wie dem Einsatz von Kühlschmierstoff vorangetrieben.

Abschließend kann festgestellt werden, dass durch die erweiterte Prozessplanung mittels eines Simulationsansatzes die Fertigung von Strukturbauteilen wirtschaftlicher gestaltet werden soll. Ein direkter Vergleich des Standardprozesses zum erweiterten Prozess wird durchgeführt. Im Hinblick auf den gefertigten Output soll ein Optimum zwischen Genauigkeit und Zeitaufwand erreicht werden.