Softsensorik zur prozessintegrierten Beeinflussung der Bauteildauerfestigkeit bei der Drehbearbeitung von Aluminium

Die Prozesseingangsgrößen der spanenden Endbearbeitung beeinflussen die Oberflächenfeingestalt und Randschichteigenschaften der Werkstücke maßgeblich. Bisher erfolgt jedoch keine gezielte Konditionierung der Randschicht. Deshalb soll am Beispiel des Drehens der Legierung EN AW-2017 eine Softsensorik erforscht und entwickelt werden, durch die Veränderungen der Randschicht infolge des Zerspanungsprozesses vorhersagbar sind. Mit dem Ziel der Einstellung einer definierten Dauerfestigkeit des Bauteils kann die Regelung der Prozesseingangsgrößen in process erfolgen.

Zur In-process-Erfassung von Temperaturen in der Scherzone ist die Konzeption und Implementierung einer wirkstellennahen Sensorik vorgesehen, die den Seebeck-Effekt nutzt. Dazu wird die temperaturabhängige elektrische Spannung U_Th eines aus Werkzeug und Werkstück bestehenden Thermoelements verwendet. Ergänzend erfolgt die In-process-Messung der Komponenten der Zerspankraft zur Bestimmung des vorherrschenden thermomechanischen Lastkollektivs. Dieses beeinflusst maßgeblich die Ausprägung der Eigenspannungen und deren Tiefenverläufe. Die gezielte Erhöhung der Bauteildauerfestigkeit erfordert die Korrelation der In-process-Messgrößen des Zerspanungsprozesses mit dem Randschichtzustand des Bauteils. Hierbei werden im Prozess veränderliche Störgrößen wie der Werkzeugverschleißzustand (VB) berücksichtigt. Die ermittelten Abhängigkeiten und funktionalen Zusammenhänge bilden die mathematische Grundlage für die Erstellung des Softsensors. Durch die Rückführung der In-process-Messgrößen auf die Prozesseingangsgrößen wird eine gezielte Prozessparameteranpassung zur reproduzierbaren Einstellung der Dauerfestigkeit ermöglicht.