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Konzept zur Oberflächenkonditionierung beim kryogenen Hartdrehen

  • Hendrik Hotz , Felix Ströer , Lukas Heberger , Benjamin Kirsch , Marek Smaga , Tilmann Beck , Jörg Seewig und Jan C. Aurich
Veröffentlicht/Copyright: 29. August 2018
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Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb
Aus der Zeitschrift Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb Band 113 Heft 7-8

Kurzfassung

Beim Hartdrehen führt eine kryogene Prozesskühlung gegenüber der Trockenbearbeitung zu vorteilhafteren Randschichtzuständen. Im Drehprozess auftretende Störgrößen können jedoch zu Abweichungen vom angestrebten Randschichtzustand führen. Diese unerwünschten Abweichungen können das Bauteilverhalten im Einsatz negativ beeinflussen. In diesem Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, welches es ermöglicht, die im Drehprozess auftretenden Störgrößen zu kompensieren, um somit definierte Randschichtzustände robust einzustellen.

Abstract

In hard turning, cryogenic process cooling leads to more advantageous surface layer properties than dry machining. However, disturbances occurring during the turning process can lead to deviations from the desired surface layer. These undesirable deviations can negatively influence the component behaviour in the application. In this article a concept is presented which makes it possible to compensate disturbances occurring in the turning process aiming to robustly manufacture workpiece surface layer with specific properties.

Dipl.-Ing. Hendrik Hotz, geb. 1988, studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Werkstofftechnik an der TU Kaiserslautern. Seit Juni 2016 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FBK. Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich des kryogenen Drehens.

Dipl.-Ing. Felix Ströer, M.B.A., geb. 1988, studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Mechatronik an der TU Kaiserslautern. Seit 2013 ist er Mitarbeiter am MTS. Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der optischen und taktilen Messtechnik.

Dipl.-Ing. Lukas Heberger, geb. 1985, studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Fertigungs- und Konstruktionstechnik an der TU Kaiserslautern. Seit 2013 ist er Mitarbeiter am FBK im Bereich der Fertigungstechnik. Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich des Fräsens.

Dr.-Ing. Benjamin Kirsch, geb. 1981, studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Produktionstechnik an der TU Kaiserslautern. Seit 2008 ist er Mitarbeiter am FBK und leitet dort seit 2012 den Bereich Fertigungstechnik.

Dr.-Ing. Marek Smaga, geb. 1977, studierte Maschinenbau mit den Schwerpunkten Mechanik und Werkstoffkunde an der TU Breslau. Seit 2002 ist er Mitarbeiter am WKK und leitet dort seit 2014 die Gruppe Metastabilität.

Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck, geb. 1967, studierte Maschinenbau mit den Schwerpunkten Werkstoffkunde und Dampf- und Gasturbinen an der Universität Karlsruhe. Er promovierte dort 1999 mit einer Arbeit zur thermomechanischen Ermüdung faserverstärkter Al-Gusslegierungen. Nach einer Tätigkeit als Abteilungsleiter „Bauteilnahe Beanspruchungen“ am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe wechselte er 2007 an das Forschungszentrum Jülich. Dort leitete er am Institut für Energie- und Klimaforschung die Abteilung „Werkstoffmechanik“, seit 2008 verbunden mit einer W2-Professur an der RWTH Aachen. Seit 2014 leitet Prof. Beck den Lehrstuhl für Werkstoffkunde im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik der TU Kaiserslautern. Prof. Beck ist Mitglied des Wissenschaftlichen Arbeitskreises Werkstofftechnik (WAW), leitet den Arbeitskreis „Bauteilverhalten bei thermomechanischen Ermüdungsbeanspruchungen“ im Deutschen Verband für Materialforschung und –prüfung (DVM) und ist Fachgutachter der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in den Programmen Einzelförderung, Großgeräte und Sonderforschungsbereiche.

Prof. Dr.-Ing. Jörg Seewig, geb. 1965, studierte Elektrotechnik mit der Vertiefung Nachrichtentechnik an der Universität Hannover. Von 1994 bis 2008 war er mit Unterbrechungen am Institut für Mess- und Regelungstechnik, Universität Hannover beschäftigt, unter anderem als Leiter des Forschungsbereichs Fertigungsmess- und Prüftechnik. Seit 2008 ist er Leiter des Lehrstuhls für Messtechnik und Sensorik der Technischen Universität Kaiserslautern. Er ist unter anderem Deutscher Delegierter des ISO TC 213 Geometrische Produkt Spezifikation, WG 15 „Filtration“, WG 16 „Surface Characterisation“ und Obmann des Normenausschusses Technische Grundlagen NA 152 – 03 – 03 AA Oberflächenmesstechnik, Deutsches Institut für Normung (DIN).

Prof. Dr.-Ing. Jan C. Aurich leitet seit 2002 den Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation an der TU Kaiserslautern. Seine Forschungsinteressen liegen in den Bereichen Fertigungstechnologie, Mikrobearbeitung, Cyber-physische Produktionssysteme, Life Cycle Engineering, Produkt-Service Systeme und nachhaltige Produktion. Professor Aurich ist Fellow der International Academy for Production Engineering (CIRP), Mitglied der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP) und Mitglied der Deutschen Akademie für Technikwissenschaften (acatech).

Literatur

1. Tönshoff, H. K.; Arendt, C.; Ben Amor, R.: Cutting of Hardened Steel. CIRP Annals – Manufacturing Technology49 (2000) 2, S. 547–56610.1016/S0007-8506(07)63455-6Suche in Google Scholar

2. Pawar, K.; Selokar, G. R.; Deshmukh, A.: Turning of Hard Material (62–64 HRC): Research Overview. International Journal of Research in Advent Technology (IJRAT), Special Issue 2017 to National Conference “MOMENTUM-17”, 14th & 15thFebruary 2017Suche in Google Scholar

3. Jawahir, I. S.; Brinksmeier, E.; M'Saoubi, R.: Surface Integrity in Material Removal Processes: Recent Advances. CIRP Annals – Manufacturing Technology60 (2011) 2, S. 603–626Suche in Google Scholar

4. Barry, J.; Byrne, G.: TEM Study on the Surface White Layer in two Turned Hardened Steels. Materials Science and Engineering325 (2002), S. 356–36410.1016/S0921-5093(01)01447-2Suche in Google Scholar

5. Müller, C.: Prozessgrößen und Randzoneneigenschaften beim Drehen gehärteter Stähle. Dissertation, Universität Hannover, 2008Suche in Google Scholar

6. Bicek, M.; Dumont, F.; Courbon, C.; Pusavec, F.; Rech, J.; Kopac, J.: Cryogenic Machining as an Alternative Turning Process of Normalized and Hardened AISI 52100 Bearing Steel. Journal of Materials Processing Technology212 (2012), S. 2609–261810.1016/j.jmatprotec.2012.07.022Suche in Google Scholar

7. Ghosh, R.; Zurecki, Z.; Frey, J.H.: Cryogenic Machining with Brittle Tools and Effects on Tool Life. In: Proceedings of IMECE'03, Washington, D.C., November 16–21, 2003, S. 16–2110.1115/IMECE2003-42232Suche in Google Scholar

8. Jawahir, I. S.; Attia, H.; Biermann, D.; Duflou, J.; Klocke, F.; Meyer, D.; Newman, S. T.; Pusavec, F.; Putz, M.; Rech, J.; Schulze, V.; Umbrello, D.: Cryogenic Manufacturing Processes. CIRP Annals – Manufacturing Technology65 (2016), S. 713–73610.1016/j.cirp.2016.06.007Suche in Google Scholar

9. Rotella, G.; Umbrello, D.; DillonJr., O. W.; Jawahir, I. S.: Evaluation of Process Performance for Sustain-able Hard Machining. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing6 (2012) 6, S. 989–998Suche in Google Scholar

10. Umbrello, D.; Pu, Z.; Outeiro, J. C.; Jayal, A. D.; DillonJr., O. W.; Jawahir, I. S.: The Effects of Cryogenic Cooling on Surface Integrity in Hard Machining. Procedia Engineering19 (2011), S. 371–37610.1016/j.proeng.2011.11.127Suche in Google Scholar

11. Delijaicov, S.; Salazar, C.E.V.; Bordinassi, É.C.; Padovese, L.R.: Analysis of Surface Integrity for DIN 100Cr6 Steel Conical Bearing Rings after Hard Turning. Advanced Materials Research223 (2011), S. 473–48210.4028/www.scientific.net/AMR.223.473Suche in Google Scholar

12. Özel, T.; Ulutan, D.: Prediction of Machining Induced Residual Stresses in Turning of Titanium and Nickel Based Alloys with Experiments and Finite Element Simulations. CIRP Annals – Manufacturing Technology61 (2012), S. 547–550Suche in Google Scholar

13. Kadlec, P.; Bogdan, G.; Strandt, S.: Data-driven Soft Sensors in the Process Industry. Computers & Chemical Engineering33.4 (2009), S. 795–81410.1016/j.compchemeng.2008.12.012Suche in Google Scholar

14. Schäfer, P.; Eifler, M.; Seewig, J.; Volk, R.: Pneumatische Abstandsmessung, Funktionen und potentielle Einsatzgebiete. VDI Fachtagung Form- und Konturmesstechnik, Leonberg, 04.–05. Juni 2013, S. 51–63Suche in Google Scholar

15. Kramer, H.S.; Starke, P.; Klein, M.; Eifler, D.: Cyclic hardness test PHYBAL CHT–Short-time Procedure to Evaluate Fatigue Properties of Metallic Materials. Internat. Journal Fatigue63 (2014), S. 78–84/10.1016/j.ijfatigue.2014.01.009Suche in Google Scholar

16. Blinn, B.; Klein, M.; Gläßner, C.; Smaga, M.; Aurich, J.C.; Beck, T.: An Investigation of the Microstructure and Fatigue Behavior of Additively Manufactured AISI 316L Stainless Steel with Regard to the Influence of Heat Treatment. Metals8 (2018) 4 10.3390/met8040220Suche in Google Scholar

17. Becker, S.; Hotz, H.; Kirsch, B.; Aurich, J.C.; v. Harbou, E.; Müller, R.: Estimation of Heat Transfer Properties for the FE Simulation of Cryogenic Turning. PAMM Proc. Appl. Math. Mech. 17 (2017), S. 401–402Suche in Google Scholar

Online erschienen: 2018-08-29
Erschienen im Druck: 2018-08-20

© 2018, Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Editorial
  2. Rekordauftragsniveau wird gehalten
  3. Inhalt/Contents
  4. Inhalt
  5. Werkzeugmaschinen
  6. Elektromagnetische Linearführung für die hochpräzise Zerspanung
  7. Ein Beitrag zur Modellierung des thermischen Umgebungseinflusses an Werkzeugmaschinen
  8. Werkzeugentwicklung
  9. Kurzpulslaserbearbeitung unterschiedlicher Hartmetallsorten
  10. Fertigungstechnologien
  11. Trochoide Fräsbearbeitung mit Industrierobotern
  12. Konzept zur Oberflächenkonditionierung beim kryogenen Hartdrehen
  13. Kostenoptimierte Herstellung sicherheitskritischer Bauteile
  14. Kühlkanalaustrittsbedingungen bei Bohrern
  15. Die Zukunft des Karosseriebaus: maximal flexibel
  16. 3D-Vorkonturierung mittels Wasserabrasivstrahl
  17. Produktionsanlauf
  18. Erfolgreiche Anlaufgestaltung mittels selbstlernender automatisierter Montagesysteme
  19. Materialeffizienz
  20. Material einsparen, EBIT steigern
  21. Lebenszykluskosten
  22. Lebenszykluskostenmodell intralogistischer Systeme
  23. Instandhaltung
  24. Konfiguration der Planung und Steuerung von Instandhaltungsaufträgen
  25. Regionale Standortplanung
  26. Betriebliche Standortplanung und -entwicklung in Metropolregionen
  27. After-Sales-Dienstleistungen
  28. Effizientes Service-Release-Management für KMU
  29. Studie
  30. Schneller auf dem Markt
  31. Digitalisierung
  32. Digitale Transformation eines Produktionssystems
  33. Produktionsoptimierung
  34. Datengetriebene Produktionsoptimierung in der Montage
  35. Shopfloor Management
  36. Status quo Shopfloor Management
  37. Vorschau/Preview
  38. Vorschau
https://doi.org/10.3139/104.111951

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  11. Trochoide Fräsbearbeitung mit Industrierobotern
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  13. Kostenoptimierte Herstellung sicherheitskritischer Bauteile
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  26. Betriebliche Standortplanung und -entwicklung in Metropolregionen
  27. After-Sales-Dienstleistungen
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  29. Studie
  30. Schneller auf dem Markt
  31. Digitalisierung
  32. Digitale Transformation eines Produktionssystems
  33. Produktionsoptimierung
  34. Datengetriebene Produktionsoptimierung in der Montage
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Heruntergeladen am 9.9.2025 von https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/104.111951/html
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