Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)
Modellbasierte Bestimmung der Randzoneneigenschaften bei der Fräsbearbeitung von Ti-6Al-4V
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh
M.Eng. Matthias Wimmer
Dipl.-Ing. (Univ.) Philipp Rinck
M.Sc. Robin Kleinwort
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)
Technische Universität München
Abstract
Im Rahmen des Forschungsvorhabens SPP 2086 wird ein umfangreiches Verständnis über die Wirkzusammenhänge von Prozessparametern und Randschichtzuständen bei der Fräsbearbeitung von Ti-6Al-4V aufgebaut. Das vorrangige Ziel ist hierbei die modellbasierte Regelung des Fräsprozesses, die es gestattet, in Titanbauteilen (Ti-6Al-4V) gleichzeitig definierte Geometrien und Eigenspannungszustände einzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein echtzeitfähiges Modell aufgebaut, das den Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und dem Eigenspannungszustand beschreibt. Dabei wird auch der Werkzeugverschleißzustand als beobachtbare Störgröße berücksichtigt. Für die Regelung wird ein neuentwickelter sensorischer Werkzeughalter zur in-process-Messung von Temperaturen und Zerspankräften qualifiziert und eingesetzt werden.
Zur Entwicklung des echtzeitfähigen Modells werden in der ersten Phase Probenkörper mit variierenden Prozessparametern auf einem Fräsbearbeitungszentrum zerspant. Der Fokus liegt dabei auf Umfangsfräsprozessen sowohl im Gleichlauf als auch im Gegenlauf. Dabei gilt es, den gesamten technisch realisierbaren Parameterraum abzudecken. Um mögliche Wechselwirkungen und statistische Einflüsse abbilden zu können, wird ein statistisch abgesicherter Versuchsplan mit Wiederholungsversuchen angewendet. Anschließend werden nachgelagerte Untersuchungsmethoden wie die Röntgendiffraktometrie, die Bohrloch-Methode, Mikro- und Ultramikrohärtemessungen sowie Licht- und Elektronenmikroskopie genutzt, um den Einfluss der Prozessparameter auf den Eigenspannungszustand, die Härte und das Gefüge zu bestimmen. Darüber hinaus werden der Verschleiß-zustand und die Mikrogeometrie des Werkzeugs hinsichtlich des Einflusses auf den Eigenspannungszustand analysiert. Um streuende Materialeigenschaften zu berücksichtigen, wird vor den Prozessuntersuchungen der Ausgangseigenspannungszustand sowie das Werkstoffgefüge messtechnisch ermittelt.
