Kompensation von Form- und Maßabweichungen infolge der thermo-elastischen Deformation bei der Trockenbearbeitung

 

Einhergehend mit der Weiterentwicklung der Schneidstoffe in der spanenden Fertigungstechnik gelingt es heute in vielen Anwendungsfällen auf eine Kühlschmierung des Zerspanwerkzeugs gänzlich zu verzichten oder lediglich eine Minimalmengenkühlschmierung zu verwenden. Auf diese Weise ist es möglich, Kosten für die Bereitstellung, Pflege und Entsorgung diverser Kühlschmiermedien einzusparen. Der Verzicht auf Kühlschmiermedien bei der Trockenbearbeitung bewirkt jedoch eine Veränderung der entstehenden Prozesswärme und ihrer Aufteilung innerhalb des Systems, aus Werkzeug, Werkstück, Spänen und Werkzeugmaschinenumgebung. Folglich sind das Werkzeug und das Werkstück sowie angrenzende Systemkomponenten einer Temperaturänderung während des Zerspanprozesses ausgesetzt, die bei metallischen Werkstoffen in der Regel mit einer Wärmeausdehnung einhergeht. Die Wärmeausdehnungen resultieren in Deformationen des Werkstücks und in unerwünschten Verlagerungen der Maschinenkomponenten und führen daher zu Form- und Maßabweichungen der gefertigten Werkstücke. Aufgrund der zeitlichen und räumlichen Komplexität der beteiligten physikalischen Prozesse können die auftretenden Verformungen nicht durch einfache analytische Berechnungen oder Erfahrungswissen kompensiert werden, sondern werden nach dem Stand der Technik im Rahmen von aufwendigen, kostenintensiven Einstellversuchen iterativ reduziert.

In diesem Forschungsprojekt wird daher ein simulativer Mehrskalenansatz verfolgt, bei dem die Kompensation von thermo-elastischen Deformationen anhand eines realen Anwendungsfalles erstmals umzusetzen und damit in die industrielle Praxis zu transferieren ist. Dafür ist es notwendig, Methoden der thermo-elastische Verlagerung des Werkstücks mit denen des Werkzeuges zu superpositionieren. Anschließend können Strategien zur Kompensation derartiger Verlagerungen und Deformationen abgeleitet werden, die eine trockene Hartdrehbearbeitung von komplexen Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Form- und Maßhaltigkeit ermöglichen.