Zur Übersicht

Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Modellgestützt Prozesszustandsgrößen bestimmen und Randzoneneigenschaften vorhersagen

Thursday (19.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Gartensaal
Bestandteil von:


Die effiziente und wirtschaftliche Auslegung von Fertigungsprozessen bei hohen Anforderungen an die Werkstückqualität stellt eine besondere Herausforderung dar. Die Hartdrehbearbeitung von Stahlwerkstoffen kann dabei den Prozessschritt des Schleifens in vielen Anwendungsfällen ersetzen und die Prozesskette verkürzen. Dadurch wird auf zusätzliche Maschinentechnik und weitestgehend auf den Einsatz von Kühlschmierstoffen verzichtet. Allerdings treten bei der Hartdrehbearbeitung hohe thermische und mechanische Belastungen der Werkstückrandzone auf, die Modifikationen der Randzoneneigenschaften bedingen können. Neben Eigenspannungsänderungen sind dies insbesondere die Ausbildung weißer Schichten durch Rekristallisation. Zur Vermeidung derartiger Randzonenmodifikationen ist eine genaue Kenntnis der orts- und zeitaufgelösten Belastungen des Werkstücks erforderlich.

Industriell verfügbare Sensorik erlaubt es heutzutage, Prozesszustandsgrößen während der Hartdrehbearbeitung zu erfassen. Neben der Temperatur sind hier insbesondere die Prozesskräfte von Bedeutung. Hauptnachteil dieser Messtechnik ist ihre geringe zeitliche oder örtliche Auflösung, die einer detaillierten Analyse des Belastungskollektivs der Werkstückrandzone im Wege steht. Demgegenüber erlaubt im Labormaßstab angewendete Messtechnik heutzutage eine hohe Zeit- und Ortsauflösung im kHz- und µm-Bereich. Ebenso ist es möglich, Veränderungen der Werkstückrandzone messtechnisch nachzuweisen. Numerische und analytische Modelle ermöglichen darüber hinaus eine Erweiterung und Übertragung der labortechnischen Erkenntnisse auf den realen Anwendungsfall. Auf diese Weise können Eigenschaftsänderungen modellgestützt vorhergesagt und somit in gewünschten Prozessgrenzen eingestellt werden.

Im Rahmen des Vortrages wird ein öffentlich gefördertes Forschungsvorhaben zur modellgestützten Regelung der Randzoneneigenschaften beim Hartdrehen vorgestellt. Am Beispiel des Vergütungsstahls 42CrMo4 werden die relevanten Werkstoffmodifikationen und Prozesszustandsgrößen dargestellt. Ebenso wird die im Labormaßstab verfügbare Messtechnik diskutiert. Darauf aufbauend wurde ein modellbasiertes Sensorsystem zur Beschreibung der ortsaufgelösten Zustandsgrößen eines Analogieprozesses entwickelt und mit numerischen Modellen zur Beschreibung der Materialmodifikation kombiniert. Auf diese Weise wird es erstmalig möglich, im Prozess die Veränderungen der Bauteilrandzoneneigenschaften vorherzusagen.

Sprecher/Referent:
Markus Meurer
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Thomas Bergs
    Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University
  • Prof. Dr. Sebastian Münstermann
    Institut für Eisenhüttenkunde IEHK der RWTH Aachen University
  • Daniel Schraknepper
    Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University
  • Berk Tekkaya
    Institut für Eisenhüttenkunde IEHK der RWTH Aachen University
  • Michael Doelz
    Institut für Eisenhüttenkunde IEHK der RWTH Aachen University