Simulation der gepulsten elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) von dünnwandigen Bauteilen für den Triebwerksbau – SIMPECT (SPP2231 FLUSIMPRO)

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.07.2020 bis 30.06.2022
Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Abtragende Fertigungsverfahren
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Status:
Laufend

Forschungspartner

    • AIA, RWTH Aachen

Kontakt

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+49 241 80 28037

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In der Triebwerksfertigung werden durch die steigenden thermischen und mechanischen Anforderungen effizienterer Triebwerke kontinuierlich hochwarmfestere Werkstoffe eingesetzt, welche sich konventionell immer schwerer bearbeiten lassen. Insbesondere in der Schaufelfertigung werden dabei neben hohen Maßhaltigkeiten und Oberflächengüten auch die Bearbeitung immer dünnwandigerer Bauteile gefordert. Diese Anforderungen sind mithilfe etablierter zerspanender Prozesse aufgrund der großen auftretenden Prozesskräfte und dem immensen Werkzeugverschleiß immer schwerer technologisch und ökonomisch zu erreichen. Infolgedessen wird bei solchen Anwendungen vermehrt die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM) als Alternative bei den Triebwerksherstellern eingesetzt, bei der aufgrund der anodischen Metallauflösung der Materialabtrag unabhängig von den thermo-mechanischen Festigkeitswerten erfolgt. Als elementare Prozesseinflussgrößen spielen dabei die physikalischen Elektrolyteigenschaften und die Fluidströmungsbedingungen eine Schlüsselrolle hinsichtlich des lokal realisierbaren Materialabtrages. Zur Finishbearbeitung von Triebwerksschaufeln wird meist die gepulste elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) eingesetzt, wodurch eine höhere Oberflächengüte und Fertigungsgenauigkeit erzielt wird. Aus der industriellen Anwendungspraxis des Verfahrens ist jedoch bekannt, dass spülungsinduzierte Phänomene auftreten können, die insbesondere bei filigranen Bauteilen zu Formabweichungen oder sogar zum Kurzschluss führen können. Für die Werkzeugauslegung im PECM Prozess existiert bisher kein validiertes fluiddynamisches Simulationsmodell. Der Grund liegt in dem stark instationären Charakter der Phänomene im Elektrolytkanal durch die Oszillation der Werkzeugelektroden sowie in der Fluid-Struktur-Interaktion während der Bearbeitung, welche bisher weder ausreichend simuliert noch modelliert werden konnten. Ziel dieses Forschungsvorhabens innerhalb des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 2231 FLUSIMPRO ist es daher, in der ersten zweijährigen grundlegenden Phase die notwendigen experimentellen und numerischen Umgebungen zur Messung und Berechnung der Fluid-Struktur-Interaktion des PECM Prozesses an dünnwandigen Bauteilen aufzubauen und erste fundamentale Daten für die in den Folgephasen zu formulierende Modellbildung zu generieren. Die für eine generische Geometrie des PECM Prozesses zu entwickelnden und durchzuführenden Experimente beinhalten die detaillierte Betrachtung der spülungsinduzierten Kräfte, die von den lokalen Strömungsbedingungen abhängen. Weiterhin müssen die Entstehung und Verteilung von Gasagglomeraten analysiert werden, die sich im Realprozess direkt auf das lokale Abtragverhalten auswirken. In dem zu entwickelnden Simulationsverfahren wird die mehrphasige instationäre Spülung inklusive der Fluid-Struktur-Interaktion detailliert abgebildet. Zur Validierung der Methode werden die experimentellen Daten herangezogen.

Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite des Forschungsvorhabens.