Gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften mittels In-Prozess Überwachung und adaptiver Prozessführung beim Schleifen

Alle Fertigungsprozesse beeinflussen den Randschichtzustand eines Bauteils, der z.B. durch Eigenspannungszustand, Verfestigungszustand und Topographie beschrieben werden kann. Dieser Randschichtzustand bestimmt die Bauteileigenschaften u.a. bei schwingender oder tribologischer Beanspruchung. Die gezielte Ausnutzung eines in Fertigungsprozessen robust eingestellten Randschichtzustands führt also zu verbesserten Bauteillebensdauern bzw. -zuverlässigkeiten. 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 dar.

Ziel der Arbeiten im Schwerpunktprogramm ist es, für Zerspanungsprozesse Prozessregelungen unter kombinierter Nutzung von im Prozess einsetzbarer Sensorik und Prozesswissen in Form von Prozess-, Geometrie- und Werkstoffmodellen aufzubauen, um in metallischen Bauteilen gleichzeitig definierte Geometrien und Randschichtzustände einzustellen. Damit sollen diese Randschichtzustände und somit auch die Eigenschaften der gefertigten Bauteile auch bei Vorliegen von beobachtbaren oder verborgenen Störgrößen im Prozess sichergestellt werden.

Die Hartfeinbearbeitung durch Schleifen erfordert aufgrund ihrer qualitätsbestimmenden Bedeutung bei eventueller Störanfälligkeit ein hohes Maß an analytischem Verständnis und Erfahrungswissen. Die nicht konstanten Ergebnisse von Schleifprozessen lassen sich auf unterschiedliche Phänomene zurückführen, die sowohl durch das Werkzeug  als auch durch das Werkstück entstehen können. Während die Einstellung der erwünschten Maß- und Formgenauigkeit heutzutage durch verschiedene Hilfswerkzeuge erleichtert wird, existieren kaum Hilfsmittel zur Kontrolle der thermomechanischen Prozesswirkung und dadurch zur gezielten Einstellung der Randzoneneigenschaften.

Im Rahmen des Projektes „Gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften mittels In-Prozess Überwachung und adaptiver Prozessführung beim Schleifen“ (Kooperation von Leibniz-IWT, Universität Bremen und Fraunhofer IWU, Chemnitz) wird ein In-Prozess- beziehungsweise prozessnahes Regelungssystem angestrebt, welches die gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften durch den Schleifprozess ermöglichen soll. Zwei Analogieversuche für industrielle Fertigungsprozesse werden dabei betrachtet: Analogieversuche zum diskontinuierlichen Profilschleifen und zum Unrundschleifen. Nachdem in der ersten Förderphase eine In-Prozess-Überwachung des Randzonenzustandes beim Schleifen umgesetzt wurde, soll in der zweiten Förderphase ein Regelungssystem in Anlehnung an die Anforderungen einer industriellen Fertigung aufgebaut werden. Die Kombination von magnetischem Barkhausenrauschen und einem auf der Schleifleistung basierenden Prozessmodell zu einem Softsensorsignal ermöglicht dabei die eindeutige Unterscheidung verschiedener thermo-mechanisch beeinflusster Randzonenzustände.

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