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Schwerpunktprogramm „Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen“ (SPP 2086)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen“ (SPP 2086) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Die DFG lädt hiermit ein zur Antragstellung für die erste dreijährige Förderperiode.

Problemstellung
Alle Fertigungsprozesse beeinflussen den Randschichtzustand eines Bauteils, der zum Beispiel durch Eigenspannungszustand, Verfestigungszustand, Gefügeverteilung, Rissbild und Topografie beschrieben werden kann. Dieser Randschichtzustand bestimmt die Eigenschaften von Bauteilen unter anderem bei schwingender, tribologischer und korrosiver Beanspruchung. Die gezielte Ausnutzung eines in Fertigungsprozessen robust eingestellten Randschichtzustands führt also zu verbesserten Bauteillebensdauern bzw. -zuverlässigkeiten. Dies setzt aber voraus, dass in der Endbearbeitung nicht nur die Geometrie, sondern auch der Randschichtzustand verlässlich eingestellt wird. Die bislang nicht mögliche Regelung auf beide Größen gemeinsam soll zu einem Paradigmenwechsel in der Fertigungstechnik führen, weil die heute starren Prozessparameter nur noch indirekt in zulässigen Grenzen vorgebbar sein werden, um die Regelung zu gestatten.

Während die Zusammenhänge zwischen Prozessstellgrößen und Prozesskenngrößen bzw. Randschichtzuständen einerseits und die zwischen Randschichtzuständen und Bauteileigenschaften andererseits bereits Gegenstand intensiver Untersuchungen waren und sind, ist bislang die Robustheit der Prozesse hinsichtlich der gezielten Einstellung der Randschichtzustände nicht bekannt. Durch die Verknüpfung von neuartiger Sensorik mit geeignet aufbereitetem Prozesswissen zu Softsensoren werden bisher nicht messbare Größen erstmals in-process messbar. Durch die Integration dieser neuen Messgrößen in die dynamische, weil auf beobachtbare Störgrößen – zum Beispiel den initialen Verschleißzustand oder die Orientierung und Mikrogeometrie der Schneide – reagierende Prozessregelung kann die Robustheit des Prozesses hinsichtlich der Erzeugung definierter Randschichtzustände deutlich erhöht werden. Über die Verringerung von Schwankungen des Prozessergebnisses und damit von erforderlichen Toleranzen durch Beherrschung von Störgrößen kann die Konditionierung der Oberflächen hinsichtlich der vorgesehenen Eigenschaften erfolgen. Dies ist von hoher Aktualität, weil damit den Anforderungen zur Ressourceneinsparung und Nachhaltigkeit in der Produktion einerseits sowie den Materialanforderungen hinsichtlich Leichtbau und Festigkeit andererseits mit völlig neuen Ansätzen entgegengetreten werden kann. Zum einen ist die Forderung nach engen Sicherheitskorridoren/Toleranzen nur durch Beherrschung der Randschichtzustände erfüllbar. Zum anderen kommt den Randschichtzuständen beim Leichtbau mit optimierten Strukturen aufgrund des größeren Oberflächen/Volumen-Verhältnisses gesteigerte Bedeutung zu. Gleiches gilt für den Einsatz hochfester und damit meist sprödharter Materialien, die auf den Randschichtzustand besonders empfindlich reagieren. Die größte Herausforderung dieses Themenbereichs stellt aktuell die robuste und effiziente Erfassung des Randschichtzustands im Prozess und die dynamische Vorsteuerung und Regelung von Zerspanungsprozessen hinsichtlich der Randschichtzustände in Form der oben genannten Oberflächenkonditionierung dar.

 

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