Im Verbundprojekt ARGONAUT – AircRaft GearbOx desigN And manUfacturing of Tomorrow untersucht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit dem Unternehmen Liebherr Aerospace sowie der RWTH Aachen, Fraunhofer-Gesellschaft, TU München und TU Chemnitz die Optimierung des Konstruktions- und Fertigungsprozesses von Getrieben für Luftfahrzeuge. Am IFW werden wir zum einen Kühlschmierstrategien für eine ressourceneffiziente spanende Bearbeitung untersuchen und zum anderen innovative Drehprozesse mittels virtueller Prozessgestaltung auslegen, erläutert IFW-Mitarbeiterin Marita Murrenhoff. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Steigerung der Produktivität und Prozesssicherheit durch das angepasste Spanbruchverhalten sowie die ressourcenschonende spanende Fertigung.
In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Forschungsprojekt untersucht das IFW im ersten Teilziel den bedarfsgerechten Einsatz von Kühlschmierstoff. Dieser bietet in der Zerspanung ein großes Potenzial zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Nach Aussage von Murrenhoff wird in vielen Prozessen mit einem maximal zur Verfügung stehenden Kühlmitteldruck gearbeitet. Dieser sei jedoch aufgrund der unterschiedlichen Eingriffsbedingungen häufig nicht nötig. Da die Kühlmittelpumpe einer der größten Energieverbraucher der Werkzeugmaschine ist, bietet sich durch eine angepasste Regelung des Kühlmitteldrucks erhebliches Einsparpotenzial. Das Forschungsteam des IFW erarbeitet neue, angepasste Kühlschmierstrategien, die anschließend für die Entwicklung einer CAD/CAM-gesteuerten NC-Code-Planung zur Anpassung des KSS-Drucks an die jeweiligen Eingriffsbedingungen genutzt werden.
Neben der geometrisch bestimmten Zerspanung bieten neue Entwicklungen im Bereich der geometrisch unbestimmten Zerspanung ebenfalls Potenzial zur Steigerung der Leistungsfähigkeit in Wechselwirkung mit dem Kühlschmierstoffeinsatz. Aufgrund der großen Kontaktflächen und der geometrischen Abmessungen sind Innenschleifprozesse nach den Worten von Murrenhoff eine Herausforderung, wenn es um Prozessstabilität geht. Beispielsweise sei das Risiko zur Schädigung der Oberfläche aufgrund von Schleifbrand groß. Eine Möglichkeit, die schwer zugängliche Kontaktzone besser mit Kühlschmierstoff zu versorgen, ist der Einsatz von additiv hergestellten Schleifscheiben. Hier bietet zum einen die Mikrostrukturierung der Oberfläche das Potenzial einen kühleren Schliff zu erzeugen. Zum anderen können durch die Additivtechnologie auch Schleifscheiben mit innenliegenden Kühlkanälen hergestellt werden. Der Kühlschmierstoff kann so direkt in die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug gelangen.
Im zweiten Teilziel des Projekts will das IFW-Team durch einen verbesserten Spanbruch und den Einsatz neuartiger, komplexer Drehprozesse eine Prozessoptimierung und Prozessautomatisierung erreichen. Die Spanbruchkontrolle mittels prozessangepasster Spanleitgeometrien bietet auch für die Fertigung von Getriebekomponenten in der Luft- und Raumfahrttechnik hohes Potenzial. Üblicherweise werden in der Luft- und Raumfahrttechnik langspanende Werkstoffe verwendet. Lange Band- oder Wirrspäne verursachen Murrenhoff zufolge Schädigungen an der Werkstückoberfläche, reduzieren die Werkzeugstandzeit und behindern automatisierte Prozesse. Ein Ziel des dreijährigen Forschungsvorhabens ist es daher, die Steigerung der Prozesssicherheit durch Verbesserung des Spanbruchverhaltens zu erarbeiten. Neben dem Einsatz von am marktverfügbaren Wendeschneidplatten mit Spanleitgeometrie entwickeln wir mit Hilfe simulativer Methoden zusätzlich neue Spanleitstufen und bringen diese mittels Laserablation auf Wendeschneidplatten auf, erläutert die Wissenschaftlerin.
Zur Erhöhung der Produktivität und der Prozesssicherheit in der Bearbeitung von Luftfahrtbauteilen untersuchen die Projektmitarbeitenden darüber hinaus komplexe Drehprozesse mit zusätzlichen Achsbewegungen. Die Spanungsform und somit das Spanbruchverhalten bei diesen Drehprozessen ist zeitlich variabel und somit die Analyse des Spanbruchverhaltens besonders herausfordernd. Wir wollen mittels Materialabtragsimulation, mit der am IFW entwickelten Software IFW CutS detailliert den Einfluss der Spanungsform auf das Spanbruchverhalten untersuchen, so Murrenhoff. Ziel sei es, durch die angepasste Prozessführung eine günstigere Spanform bei den komplexen Drehprozessen zu erzeugen.
Projektabschluss bildet die Erprobung und Integration der erarbeiteten Kenntnisse sowohl zur angepassten Kühlschmierstrategie als auch zum gesteigerten Spanbruchverhalten im realen Produktionsumfeld des Unternehmens Liebherr.Marita Murrenhoff
Kontakt:
M. Sc. Marita Murrenhoff, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen,
E-Mail murrenhoff@ifw.uni-hannover.de
- www.ifw.uni-hannover.de
Text zum Titelbild: Steigerung der Produktivität und Ressourceneffizienz durch angepasste Fertigungsprozesse (© IFW)
