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Ent­wick­lung und Implementierung eines Konzepts zum Ein­satz einer Tief­tem­peratur­emulsion (TTE) in der Bohrbearbeitung von Inconel 718

Anspruchsvolle, warmfeste Werkstoffe stellen ein Kernelement bei der Fertigung hoch belastbarer, qualitativ hochwertiger Bauteile dar. Zu diesen Werkstoffen zählen Nicke­lbasis­legierungen, von denen ins­be­son­de­re Inconel 718 in Anwendungsfeldern wie der Luft- und Raumfahrt Ein­satz findet. Nickel­basislegierungen zeichnen sich durch ih­re Hochtemperaturfestigkeit, ih­re Kriechbeständigkeit und ih­re Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und chemischen Einflüssen aus. Diese Ei­gen­schaf­ten resultieren in besonderen He­raus­for­de­run­gen bei der Bearbeitung, im Speziellen der Bohrbearbeitung, dieser meist kostenintensiven, sicherheitskritischen Bauteile. Die Legierungen begünstigen bedingt durch ih­re geringe Wärmeleitfähigkeit einen verstärkten thermischen Energiefluss zum Schneidstoff. Um einen intensiven Werkzeug­verschleiß der VHM-Werkzeuge, welche bei der Bohrbearbeitung von Inconel 718 oftmals eingesetzt wer­den, und der damit verbundenen Verschlechterung der Bohrungsqualitäten vorzubeugen, müssen die bei der Bearbeitung auftre­tenden Temperaturen folglich geringgehalten wer­den. Die erschwerte Zugäng­lichkeit der Wirkstelle beim Bohren limitiert die Mög­lich­keiten der Prozess­kühlung und hiermit die einsetzbaren Schnittgeschwindigkeiten.

Um die Schnittgeschwindigkeit und in dieser Weise auch die Prozess­produktivität zu erhöhen, strebt das For­schungs­pro­jekt eine Anpassung des KSS-Konzepts an. Die Vorteile der bestehenden Konzepte, welche die innere Hochdruckkühlung mit Emulsion sowie die kyrogene Kühlung mit Flüssig­stickstoff oder Kohlendioxid umfassen, sollen bei der Ent­wick­lung einer Tief­tem­peratur­emulsion vereint wer­den. Die tiefkalte Emulsion kom­bi­niert dabei eine hohe Wärmekapazität und -leitfähigkeit mit einer effektiven Prozess­kühlung sowie einer verbesserten Wärmeabfuhr. Dies soll höhere Schnittwerte, längere Werkzeugstandzeiten und verbesserte Bauteiloberflächen sowie –rand­zonen ermöglichen. Im For­schungs­pro­jekt wer­den hierfür eine bis T = -20°C abkühlbare Emulsion und ein zugehöriges KSS-System, welches unter an­de­rem einen isolierten Tank und ein Kühlaggregat beinhaltet, ent­wickelt. Darüber hinaus müssen die Werkzeugmaschine und ih­re Peripherie auf die neuen Einsatzbedingungen angepasst wer­den. Die Einsatzfähigkeit des neuartigen Systems wird im Anschluss umfassend technologisch un­ter­sucht und ei­nem Referenz-KSS gegenübergestellt. Hierfür wer­den auf ei­nem auf die Projektbedingungen adaptierten Bearbeitungszentrum Versuche mit verschie­denen Schnittgeschwindigkeiten und KSS-Zuführtemperaturen durch­ge­führt. Die zu untersuchenden Aspekte beinhalten den Werkzeugverschleiß, die Prozesskräfte, die Spanbildung, die Bohrungsqualität und -genauigkeit, die Schneiden- sowie die Bauteiltemperatur und die resultierende Bohrungs­randzonenintegrität.

Bei er­folg­rei­cher Umsetzung des Forschungsvorhabens kön­nen eine höhere Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und Ressourceneffizienz bei der Bohrbear­beitung von Nicke­lbasis­legierungen wie Inconel 718 erzielt wer­den. Die Ergeb­nisse sind für Hersteller von KSS, Werkzeugen, Ma­schi­nen und Peripherien sowie die eigentlichen Produktionsanwender von besonderer Relevanz und kön­nen zur Etablierung des erweiterten Einsatzes von Emulsion beitragen.

© ISF
Konzeptioneller Aufbau für den Ein­satz einer tiefkalten Emulsion auf ei­nem BAZ

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Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Richtung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Richtung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

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Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Richtung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

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Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Richtung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

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Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Campus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

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

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Mit der S-Bahn Linie S1 Richtung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Richtung Campus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Campus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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