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Grundlagenuntersuchung zum Einfluss einer Funktions­flächen­strukturierung von Fräswerkzeugen auf die Prozessstabilität

Die Pro­duk­ti­vi­tät spanender Fertigungsprozesse wird häufig durch das Auftreten dynamischer Effekte, wie dem regenerativen Rattern, begrenzt. Im Stand der Tech­nik wer­den fünf Mög­lich­keiten zur Beeinflussung der Prozessdynamik definiert: Maximierung der Steifigkeit des Produktionssystems, Maximierung der strukturellen Dämpfung des Produktionssystems, Optimierung der Prozessparameter, Maximierung der Prozessdämpfung und Störung des Regenerativeffekts. Eine Erhöhung der Steifigkeit oder der strukturellen Dämp­fung eines Produktionssystems stellt eine große konstruktive Her­aus­for­de­rung dar. Die optimale Auslegung und Parametrisierung eines Produktionsprozesses erfordern eine detaillierte Bestimmung prozessspezifischer dynamischer Ei­gen­schaf­ten des Produktionssystems sowie weiterer Prozessgrößen. Eine Maximierung der Prozessdämpfung und Störung des Regenerativeffekts ist weitgehend unabhängig von den Rah­men­be­ding­ung­en seitens des Produktionssystems und -prozesses, weshalb diese Methoden im Sinne einer universell anwendbaren Strategie zur Produktivitätssteigerung be­son­ders interessant sind.

Der vorgestellte Projektansatz sieht eine Dämpfung oder Störung regenerativer Schwing­ung­en durch Ein­satz einer gezielten Strukturierung der stirnseitigen Funktionsflächen eines Fräswerkzeugs vor. Entsprechend der Arbeitshypo­these (Abb. A) sollen diese Strukturen z. B. Querkräfte aufnehmen, die Schnittbewegung führen oder Reibungseffekte verursachen und somit dy­na­misch­en Auslenkungen ent­ge­gen­wir­ken. Im Rah­men experimenteller Untersuchungen konnte das prozessstabilisierende Potential einer definierten Funktions­flächen­strukturierung aufgezeigt wer­den. Dabei wurden die Frei­flächen der Stirnschneide eines HSS-Fräswerkzeugs mit zirkularen Strukturen präpariert (Abb. B), eingesetzt und hinsichtlich der ex­pe­ri­men­tell ermittelten Stabilitätsgrenze be­wer­tet. Es konnte eine drehzahlunabhängige Steigerung der Prozessstabilität und Pro­duk­ti­vi­tät von bis zu 60 % erzielt wer­den (Abb. C). Ziel des For­schungs­pro­jek­tes ist die grund­le­gen­de Er­for­schung der Wirkzusam­menhänge zwischen der Strukturgestalt und der Prozessdynamik. Hierzu wird zu­nächst ein Analogierversuchsstand ent­wi­ckelt, welcher die Komplexität des Spanbildungsprozesses vom Fräsen auf einen Orthogonalschnitt reduziert. Im Rah­men grundlegender Untersuchungen wird der Einfluss verschiedener Strukturmerkmale beim Ein­satz präparierter Schneidkörper auf den Spanbil­dungsprozess messtechnisch erfasst und analysiert. Anschließend wer­den ausgewählte Strukturvarianten auf rotationssymmetrische Fräswerkzeuge übertragen, eingesetzt und hinsichtlich ihres Potentials zur Prozessstabi­lisierung im Fräsprozess be­wer­tet.

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Projektspezifische Arbeitshypothese (A), exemplarische Darstellung strukturierter Fräswerkzeuge (B) und repräsentative Er­geb­nisse von Einsatztests zur Prozessstabilisierung (C).

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Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Campus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

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