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Grund­lagen­unter­suchungen zum Mikro­einlippen­tief­bohren bei anspruchsvollen An­bohr­situationen

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, Grund­la­gen für die in­no­va­ti­ve Verfahrenskombination aus Pilotbohren durch Laserstrahlen und anschlie­ßendem mechanischen Mikro­einlippen­tief­bohren zu schaffen. Durch die Kombination der Ver­fah­ren lassen sich die Vorteile des Laserbohrens, cha­rak­te­ri­siert durch eine schnelle und verschleißfreie Bearbeitung, mit denen des mechanischen Einlippentiefbohrens, in Form hoher realisierbarer Aspektverhältnisse und Bohrungsqualitäten, gezielt vereinen, wodurch die Fertigungszeit signifikant reduziert wird. Der zentrale Aspekt der Untersu­chungen ist die Realisierung der Verfahrenskombination beim Tief­bohren mit kleinen Durchmessern für komplexe An­bohr­situationen an schrägen oder gewölbten Oberflächen sowie an randschichtgehärteten Werkstücken. Industrielle Anwendungsgebiete liegen z. B. in der Medizintechnik bei der Bearbeitung von stark variierenden und komplex konturierten Implantaten, in der Automobilindustrie bei der Fertigung von Schmierbohrungen in Wälzlagerringen oder Getriebewellen sowie in der Luftfahrtindustrie bei der Erzeugung von Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln.

In ei­nem ersten Schritt erfolgen Versuche zum Materialabtrag beim Laser­bohren mittels Einzelpulsverfahren auf planen Anbohrflächen. Unter Berück­sichtigung der An­for­der­ungen, die das anschließende Einlippentiefbohren an die Gestalt und Beschaffenheit der erzeugten Pilotbohrungen stellt, steht nach der Identifikation der für das Laserpilotieren geeigneten Bearbeitungspara­meter, die Realisierung der Verfahrenskombination für unterschiedliche An­bohrbedingungen im Fokus. Die Durchführung der experimentellen Versuche erfolgt auf einer vorhandenen Sondermaschine, welche speziell für diesen Anwendungsfall konzipiert ist und die Verfahrenskombination aus Laserpilo­tieren und Mikro­einlippen­tief­bohren in einer Aufspannung er­mög­licht. Durch Vergleichsversuche auf ei­nem Bearbeitungszentrum wird die Verfahrenskom­bination der konventionellen Prozesskette, bestehend aus den Fertigungs­schritten Fräsen einer Planfläche, Pilotbohren mit Wendelbohrern und Einlippentiefbohren, gegenübergestellt. Die tech­no­lo­gi­sche und wirtschaftliche Bewertung der Verfahrenskombination erfolgt anhand detaillierter Analysen mit Blick auf die erzielbare Werkzeug-standzeit, Spanformung, Bohrungsqualität und Fertigungszeit.

Aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen besteht im zweiten Schritt des Projektverlaufs die Zielsetzung, die bisher durch das Einzelpulsverfahren in Bezug auf die realisierbaren Bohrungsdurchmesser begrenzte Flexibilität des Laserprozesses durch den Ein­satz des Laserbohrverfahrens Helixbohren zu erweitern. Der Fokus der Untersuchungen liegt dabei auf einer Reduktion der Durchmesserabweichungen der Laserpilotbohrungen sowie einer Steige­rung der Präzision durch die statistische Verteilung des Materialabtrags auf eine Vielzahl von Laserpulsen. Weiterhin soll über eine ent­spre­chende CNC gesteuerte Positionierung des Werkstücks der Fokuspunkt des Lasers wäh­rend des Helixbohrens über den gesamten Querschnitt der Bohrung an die Oberflächenkontur angepasst und so die Rundheit der Laserbohrung deutlich ver­bessert wer­den. In Bezug auf den nachfolgenden mechanischen Tiefbohrprozess wird der Ein­satz von Stufenbohrwerkzeugen analysiert. Das Ziel besteht darin, durch die erste Stufe des Werkzeugs eine Führung in der Laserpilotbohrung zu schaffen, sodass nachfolgend die Bohrungsoberfläche mit der zweiten Stufe des Werkzeugs aufgebohrt wird. Dies führt zu einer Ver­bes­se­rung der erzeugten Oberflächenqualität, erfordert jedoch bei den randschichtgehärteten Werkstücken eine lokale Wärmebehandlung durch den Laserstrahl, sodass sich aufgrund der thermischen Entfestigung der Randzone eine Optimierung des Werkzeugverschleißes realisieren lässt. In weiter­führenden Analysen wird zudem die Eig­nung von Bohrungen aus dem additiven Fertigungsprozess mittels Selective Laser Melting für die Anbohrführung beim Einlippentiefbohren un­ter­sucht.

© ISF
Verfahrenskombination aus sequentiellem Laserpilotbohren und mechanischem Einlippentiefbohren zur Fertigung von Mikroeinlippentiefbohrungen

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

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

Von der A 45

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

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

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).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Richtung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

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.

Vom Flughafen Dort­mund

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

Vom Flughafen Düsseldorf

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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