Modellbasierte Bestimmung der Randzoneneigenschaften bei der Fräsbearbeitung von Ti-6Al-4V

Vorrangiges Ziel des Forschungsvorhabens ist die modellbasierte Regelung des Fräsprozesses von Ti-6Al-4V zur gleichzeitigen Einstellung von definierten Geometrien und Eigenspannungszuständen. Um dieses Ziel zu erreichen, soll in der ersten Projektphase ein echtzeitfähiges, analytisches Modell aufgebaut werden, das den Zusammenhang aus den Prozessparametern und dem Eigenspannungszustand beschreibt. Dabei sollen auch der Werkzeugverschleißzustand als beobachtbare Störgröße sowie streuende Materialeigenschaften der Rohteile als verborgene Störgröße berücksichtigt werden. Für die Regelung wird ein prototypischer sensorischer Werkzeughalter zur in-process-Messung von Temperaturen und Zerspankräften qualifiziert und eingesetzt. Um den komplexen Zusammenhang zwischen den Prozessstellgrößen und dem Randschichtzustand analytisch abbilden zu können, wird ein zweistufiger Ansatz gewählt. Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt die Modellierung des Wärme- und Krafteintrags in der Prozesszone. In einem zweiten Schritt erfolgt anschließend die Modellierung der resultierenden Eigenspannungen und des Härteverlaufs im Bauteil infolge der Bearbeitung. Die dabei entstehenden Teilmodelle werden anschließend zu einem Gesamtmodell gekoppelt. Die Arbeiten der ersten Projektphase stellen echtzeitfähige Modelle zur Verfügung, mit denen die thermomechanischen Bauteilbelastungen beim Fräsen von Ti-6Al-4V bestimmt werden können. Diese bilden die Grundlage für die Modellierung des Eigenspannungszustands und des Härteverlaufs der Bauteilrandschicht nach der spanenden Bearbeitung. Die Modelle werden in der zweiten Projektphase zur dynamischen Prozessregelung des Eigenspannungszustandes verwendet.