Abteilung Zerspanung

Die Arbeitsgruppe Prozesstechnologie orientiert sich inhaltlich an den Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, wie Bohren, Drehen oder Fräsen, gefolgt von den teilweise daraus abgeleiteten Sonderverfahren, wie z. B. Tief­bohren, Reiben und Gewinden. Die wesentlichen Arbeitsgebiete liegen in der Entwicklung, Einsatzqualifizierung und Effizienzsteigerung von Prozessen, Werkzeugen und Werkzeugsystemen. Bei der Entwicklung neuer Werkzeugkonzepte steht neben den innovativen Möglichkeiten der additiven Fertigung auch der Einsatz von Verbundwerkstoffen im Fokus. Schwerpunkte aktueller Analysen zur bauteil- und materialspezifischen Prozessauslegung bilden Sonderwerkstoffe wie Leichtbaumaterialien, Titan- und Nicke­lbasis­legierungen, metallische Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, gradierte Werkstoffe, faserverstärkte Kunststoffe, intermetallische Verbindungen sowie für die Zerspanung herausfordernde Stähle. Die Charak­teri­sierung prozessbedingter Bauteilveränderungen in der Oberflächenrandzone, der Einsatz konventioneller Messtechnik zur Erfassung mechanischer und thermischer Wechselwirkungen sowie die prozess- und werkzeugspezifische Sensorintegration helfen dabei, das Prozessverständnis zu vertiefen und Wirkzusammenhänge zwischen Werkzeug, Werkstück und Kühlschmierstoffversorgung abzuleiten. Neben detailliertem Prozessverständnis und der Steigerung der Produktivität liegt der Fokus auch auf einer umweltgerechten und ressourcen- sowie energieeffizienten Gestaltung der spanenden Bearbeitungsoperationen.

Neben dem seit über 50 Jahren am ISF bestehenden technologischen Schwerpunkt haben sich in den letzten Jahren grundlegende Untersuchungen zur Charak­teri­sierung der Spanbildung sowie der Einsatz von Simulationen, insbesondere mit der Finite-Elemente-Methode, zu wichtigen Betätigungsfeldern der Abteilung Zerspanung entwickelt. Um dieser Entwicklung gerecht zu werden, wurde eine entsprechende Arbeitsgruppe ins Leben gerufen. Der Kern der Arbeit liegt dabei in der Analyse und Modellierung der Spanbildung. Im Rahmen dieses übergeordneten Themas bestehen verschiedene Forschungsschwerpunkte. Dazu zählen unter anderem die Tribologie der Spanbildungszone, also die Reibung in der sekundären Scherzone, die Schmierung mithilfe von Zwischenmedien sowie der Werkzeugverschleiß. Eng damit verknüpft entwickelt und untersucht die Arbeitsgruppe innovative Kühlschmierkonzepte, die ein grundlegendes Verständnis der Wirkmechanismen von Kühlschmierstoffen voraussetzen. Dabei wird auch hier basierend auf experimentellen Untersuchungen daran geforscht, wie die Wirkweise von Kühlschmierstoffen in Modellumgebungen abgebildet werden kann. Die Themen Sensorintegration und Oberflächenfunktionalisierung gewinnen insbesondere in Zusammenhang mit der Beeinflussung der Oberflächenrandzone und somit der Lebensdauer von hochbelasteten Komponenten zunehmend an Bedeutung innerhalb dieser Abteilung.