Intelligente Bearbeitung durch Verwendung schaltbarer Fluide (SmartStream)

Problemstellung:
In der produzierenden Industrie werden zunehmend komplizierte Geometrien mit hoher Präzision aus hochfesten Werkstoffen gefordert. Ein besonderes Problem bildet dabei die Bearbeitung von Innenflächen, die für konventionelle Werkzeuge nicht erreichbar sind. Hier kommt bisher Strömungsschleifen und hydroerosives Verrunden zum Einsatz. Beide Verfahren weisen eine geringe Produktivität auf, mangels Alternativen tritt die Wirtschaftlichkeit aber in den Hintergrund. 38 % der befragten Unternehmen, die sich mit Nachbearbeitung beschäftigen, nutzen Strömungsschleifen direkt oder indirekt über Dienstleister. Nachteile des Verfahrens sind die unzureichende Flexibilität und Robustheit, die nicht hinreichend auf die spezifische Anwendung angepassten Qualität der Schleifmedien und die ungenügenden Flexibilität der Eigenschaften der Schleifmedien während des Bearbeitungsprozesses sowie die nicht ausreichende Prozessüberwachung.

Projektziele:
Das Ziel des Projektes ist es, über ein vertieftes Projektverständnis Möglichkeiten zu finden, die Eigenschaften des Schleifmediums während der Bearbeitung gezielt zu verändern und damit die jeweils geforderten Zerspanraten zu erreichen. Damit soll der Prozess effizienter und besser reproduzierbar gemacht werden. Die bisherigen aufwendigen Machbarkeitsstudien für jede Anwendung werden durch Simulation ersetzt. Das verbesserte Verfahren wird an realen Bauteilen validiert. Neben Innengeometrien werden auch komplexe, schwer zu bearbeitende Außenkonturen betrachtet.

Vorgehensweise:
Die gezielte lokale Bearbeitung soll durch den Einsatz elektromagnetischer Felder in Kombination mit magnetorheologischen Trägermedien erreicht werden.Durch eine feldunterstützte Versteifung des Schleifmediums können einerseits die Abtrennraten und somit die Effizienz des Prozesses deutlich gesteigert werden. Noch wichtiger ist aber die lokale Steuerung der Zerspanungsprozesse. Beim traditionellen Strömungsschleifen werden kleine Querschnitte stärker bearbeitet als große. Durch lokale schaltbare Änderung der Viskosität soll dem entgegengewirkt werden. Auch können Abtrennmechanismen an zu bearbeitenden Stellen (z. B. Verrundungen) deutlich verstärkt werden, während die Bearbeitung an den Stellen, an denen beispielsweise das Maß nicht verändert werden darf, verhindert wird. Mit solchen intelligenten Schleifmedien wird die Bearbeitung von Formen und Bauteilen möglich, für die bisher nur extrem aufwendige bzw. manuelle Bearbeitungen möglich waren. Durch die Kombination der numerischen Simulation der Materialabtrennung in einem elektromagnetischen Feld mit neu entwickelten, hocheffizienten Trägermedien und einer lokalen Sensortechnik soll der Wirkungsgrad des Strömungsschleifprozesses um 50 % gesteigert werden, was unmittelbar mit einer erhöhten Produktivität verbunden ist. Zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften wird zur Prozessüberwachung eingesetzte Messtechnik so modifiziert, dass anwendungsrelevante Änderungen der Schleifmedieneigenschaften online erfassbar werden. Ein weiterer Aspekt der Prozessüberwachung ist, dass die Metallpartikel im SmartStream-Medium durch ihre Bewegung ein Magnetfeld induzieren und es somit detektiert werden kann, ob in einer Mehrfachvorrichtung alle Bauteile gleichermaßen bearbeitet wurden.

Ergebnisverwertung
Die wesentlichen erwarteten Projektergebnisse sind die deutliche Erhöhung der Effizienz der Verfahren Strömungsschleifen und HE-Verrunden durch Prozessoptimierung, Einführung von Abrasivmedien mit steuerbaren Eigenschaften (SmartFluids) und damit die Erhöhung der Prozesssicherheit, auch Unterstützung durch Simulation der Nachbearbeitungsverfahren und die Einführung von Messtechnik zur Prozessüberwachung sowie die Rückgewinnung und Wiederaufbereitung der Schleifmedien. Das Verfahren wird branchenübergreifend überall anwendbar sein, wo komplizierte Geometrien effizient in hoher Qualität nachbearbeitet werden müssen. Im Vorhaben sind bereits Anwender aus den Bereichen Automobilbau, Hydraulikanlagen und generative Fertigung vertreten.

• Bosch Rexroth Aktiengesellschaft
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Oerlikon AM Europe GmbH
• Perfect Finish GmbH
• Robert Bosch GmbH
• Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG
• SiC Processing (Deutschland) GmbH
• Vollstädt-Diamant GmbH
• Zeller + Gmelin GmbH & Co. KG