Projektbereich F: Fertigungsprozesse

Bei der Auswahl der Fertigungsprozesse wurde darauf geachtet, dass unterschiedliche Prozesshauptwirkungen berücksichtigt werden. Neben Prozessen, bei denen eine (Haupt-)Wirkung (mechanisch: Teilprojekt (TP) F01, thermisch: TP F02, chemisch: TP F03) dominiert, sind die für fertigungstechnische Verfahren ebenfalls relevanten Wirkkombinationen thermo-mechanisch (TP F05, TP F06, TP F08) und thermo-chemisch (TP F07) abgedeckt. Die Auswahl deckt auch ein repräsentatives Feld der Energiewandlungs- und Dissipationsprozesse ab.

Weiterhin von Interesse ist die Erzeugungsdynamik, die vor allem bei Prozessen mit thermo-mechanischer Wirkung besonders relevant ist, wie z.B. dem Schleifen (TP F06) und dem ultraschallunterstützen Drehen (TP F05). Das Teilprojekt F05 erlaubt es darüber hinaus, Skaleneffekte bei der Entwicklung von Prozesssignaturen zu berücksichtigen. 

Die Auswahl zeigt, dass mit den gewählten Fertigungsverfahren auch ein praktisch relevanter Anwendungsbereich abgedeckt wird.

 

TP F01 – Prozesse mit mechanischer Hauptwirkung

Das Teilprojekt beinhaltet die umfassende Charakterisierung von Werkstoffbeanspruchungen und resultierenden Werkstoffmodifikationen, ausgelöst durch Fertigungsprozesse mit mechanischer Hauptwirkung. Diesbezüglich werden exemplarisch die Fertigungsverfahren Festwalzen und Schleifverfestigen betrachtet. Verfolgt wird dabei die Arbeitshypothese, dass die Mechanismen zur Entstehung von Werkstoffmodifikationen bei Prozessen mit rein mechanischer Hauptwirkung ähnlich sind, in ähnlicher Weise durch Prozesssignaturen beschreiben werden können und dies die funktionsorientierte Fertigung erlaubt.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F01 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Dr.-Ing. Daniel Meyer, Prof. Dr.-Ing. habil. Carsten Heinzel

TP F02 – Prozesse mit thermischer Hauptwirkung

Das Arbeitsprogramm beinhaltet sowohl empirische als auch analytische und numerische Methoden auf Basis der grundlegenden thermodynamischen Gleichungen zur Erarbeitung einer Prozesssignatur für Fertigungsprozesse mit thermischer Hauptwirkung am Beispiel der Funkenerosion. Hierzu erfolgt die Implementierung geeigneter Messtechnik zur zeitlich und örtlich hochaufgelösten Temperaturmessung während Einzel- und Folgeentladungen. Darauf aufbauend werden die Werkstoffbeanspruchungen und daraus resultierenden Werkstoffmodifikationen experimentell ermittelt und eine ganzheitliche Simulation der Wirkkette vom Energieeintrag bis zur Werkstoffmodifikation vorgenommen.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F02 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Dr.-Ing. Andreas Klink

TP F03 – Prozesse mit chemischer Hauptwirkung

Das Arbeitsprogramm umfasst theoretische und experimentelle Forschungsarbeitenmit dem Ziel, funktionale Zusammenhänge von Werkstoffbeanspruchungen und daraus resultierenden Werkstoffmodifikationen bei der elektrochemischen Bearbeitung in charakteristischen Prozesssignaturen zu hinterlegen. Zunächst werden das lokale chemische Auflöseverhalten bestimmt und der Abtragprozess sowie die Energiedissipation mit Hilfe unterschiedlicher Computerprogramme simuliert. Weiterhin wird durch Visualisierung mittels Hochgeschwindigkeitskamera die Mehrphasenströmung im Elektrolyt analysiert und in einer energetischen Beschreibung der Wirkkette berücksichtigt.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F03 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Dr.-Ing. Andreas Klink

TP F05 – Prozesse mit kleinskaligen thermo-mechanischen Wirkungen durch Präzisionsbearbeitung

Der wesentliche Forschungsschwerpunkt liegt in der Erarbeitung fundamentaler Erkenntnisse zur Materialtrennung, Oberflächenentstehung und vor allem der Werkstoffmodifikation in der Werkstückrandzone für die Aufstellung von Prozesssignaturen für Prozesse mit kleinskaligen thermo-mechanischen Wirkungen unter Berücksichtigung der Erzeugungsdynamik. Um die Mechanismen präzise und eindeutig analysieren zu können, soll – neben den Stahlwerkstoffen – die Klasse der einkristallinen Werkstoffe in die Zerspanuntersuchungen (Präzisions-Orthogonaldrehen und -Fräsen) einbezogen und so von der Gefüge‐ auf die Polykristallebene geschlossen werden.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F05 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. Bernhard Karpuschewski, Dr.-Ing. Oltmann Riemer

TP F06 – Prozesse mit thermo-mechanischer Hauptwirkung – Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide

Ziel dieses Teilprojekts ist es, auf Basis einer systematischen und umfassenden Untersuchung der beim Schleifen und der beim kombinierten laserunterstützten Festwalzen wirkenden Drücke, Dehnungen sowie Temperatur(gradient)en (Werkstoffbeanspruchung) verknüpft mit den erzielten Werkstoffmodifikationen zu Prozesssignaturen zusammenzufassen. Die experimentellen Arbeiten werden dabei durch Modellierungs- und Simulationsarbeiten unterstützt, so dass das grundlegende Verständnis für die dadurch ausgelöste Werkstoffmodifikation erweitert und für die Erstellung von Prozesssignaturen nutzbar gemacht wird.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F06 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Dr.-Ing. Daniel Meyer, Prof. Dr.-Ing. habil. Carsten Heinzel

TP F07 – Prozesse mit thermo-chemischer Wirkung

Für die betrachteten laserbasierten Abtragprozesse soll die Wirkung des Energieeintrags und der Energiedissipation auf die Ermüdungsursachen infolge der resultierenden Werkstoffbeanspruchungen über eine gezielte Variation von Stell‐ und Prozessgrößen ermittelt werden. Ein wesentlicher Meilenstein ist die Ermittlung der Energieanteile aus den thermischen und chemischen Teilprozessen, die die Werkstoffmodifikationen in der Randzone des Werkstücks bestimmen. Für ausgewählte Werkstoffmodifikationen soll die Dauerfestigkeit von Versuchsproben ermittelt werden, um bereits zu einem frühen Zeitpunkt die Anwendbarkeit von Prozesssignaturen zur Vorhersage des Funktionsverhaltens zu prüfen.

Die aktuellen Ergebnisse im TP F07 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Vollertsen

TP F08 – Prozesse mit thermo-mechanischer Wirkung – Endebearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide

Ziel des Teilprojekts (TP) F08 ist  die simulationsgestützte Erarbeitung von Prozesssignaturkomponenten für das Hartfräsen. Es ist erforderlich, dazu die Wirkung von mechanischen und thermischen Beanspruchungen (Temperaturen, Temperaturgradienten, Dehnungen/Spannungen) auf die resultierenden Werkstoffmodifikationen (Eigenspannungen, Plastische Dehnung, Änderung der Phasenanteile) systematisch zu untersuchen. Im Vordergrund stehen die Auswirkung der Mehrfachbeanspruchungen (Einfluss Eckenradius und Zahnvorschub sowie Frässtrategie) und  die Analyse thermo-mechanischer Beanspruchungen und ihrer Auswirkung auf Werkstoffmodifikationen.

Die aktuelle Ergebnisse im TP F08 finden Sie hier auf einer Seite zusammengefasst.

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Dr. h.c. Bernhard Karpuschewski