Untersuchungen zur Optimierung der Schneidengestalt von VHM-Wendelbohrern für die Bearbeitung von warmfesten Nickelbasislegierungen am Beispiel von Inconel 718

Das Ziel dieses Projekts ist die Analyse, Realisierung und anschließende Nutzung des Optimierungspotenzials von VHM-Bohrwerkzeugen für die Bear­beitung von Inconel 718 durch die Begrenzung des Freiflächen-verschleißes. Dies soll durch die Entwicklung und eingehende Untersuchung einer angepassten Freiflächengestaltung erreicht werden. Diese gezielte Gestaltung besteht aus einem Rücksprung der Freifläche, der durch eine schleifende Bearbeitung erzeugt wird und den Freiflächenverschleiß begrenzt. Auf diese Weise entsteht eine Leiste, sodass die Reibfläche limitiert ist und die mechanische Belastung einen definierten Wert nicht übersteigt. Diese Art der Schneidengestaltung weist im Vergleich zu konventionellen Bohrwerkzeugen ein größeres Verschleißvolumen auf, d. h. ein Werkzeugvolumen, das bis zum Standzeitende abgetragen werden darf. Wird dieses überschritten, so kommt es zur Werkzeugüberbelastung oder zu starken Beeinträchtigungen der Bauteilqualität. In vorab durchgeführten Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die veränderte Werkzeuggeometrie zu mehr Raum zwischen Bohrerstirnseite und Bohrungsgrund führt. Dadurch verbessert sich die Kühlschmierstoff­versorgung der Schneide erheblich. Das Ziel der Modifikation der Freiflächen­gestalt liegt in einer Verlängerung des Standwegs der präparierten Werkzeuge. Für die Auslegung der Werkzeuge mithilfe der FEM-Simulation ist zunächst eine grundlegende Evaluation des Bohrprozesses bei der Bearbeitung von Inconel 718 notwendig.

Um die Werkzeugmodifikation optimal auslegen zu können, werden sowohl em­pirische als auch numerische Untersuchungen durchgeführt. Zunächst findet eine Analyse des Bohrprozesses in experimentellen Versuchen statt. Neben Einsatzversuchen und Untersuchungen zur Ermittlung der mechanischen Werk­zeugbelastung werden außerdem eine Kontaktzonenanalyse und eine Bestimmung der thermischen Werkzeugbelastung durchgeführt. Anschließend erfolgt die Modellierung des Wärmeeintrags in das präparierte Werkzeug und die Optimierung der Werkzeugauslegung mithilfe einer FEM-Analyse. In Belastungssimulationen werden die Auswirkungen unterschiedlich ausge­prägter Freiflächenrücksprünge untersucht, wobei die schleiftechnische Herstellbarkeit der entworfenen Schneidenformen ggf. mit einbezogen werden muss. Anschließend werden zwei Werkzeugformen, die ein Höchstmaß an Verschleißvolumen bei ausreichender Schneidenstabilität gewährleisten, ausgewählt. Anschließend werden auf der Werkzeugschleifmaschine 305 Micro der Fa. Schütte Standardwerkzeuge entsprechend präpariert und zur Eva­luierung der durchgeführten Modifikation im realen Prozess eingesetzt.

Ansprechpartner:

 Milan Bücker, M.Sc.
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