Innenkonturieren und Walzen tiefgebohrter Grundbohrungen
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Date
2019
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Abstract
Für die Reduzierung von Bauteilgewichten zur Senkung schadhafter Emissionen gewinnen neue
Fertigungstechnologien und -verfahren an Bedeutung. In der Luftfahrtbranche werden bereits
heute Bohrungswände vieler Bauteile spanend bearbeitet, um dem Aspekt des Leichtbaus Rechnung
zu tragen. Eine technische Fertigungsmöglichkeit zur Auskammerung des Bohrungsgrundes
existiert bisher nicht. Darüber hinaus bieten mechanische Nachbearbeitungsverfahren, wie das
Glattwalzen und/oder Festwalzen, durch eine Oberflächenverbesserung, eine Festigkeitssteigerung
und das Einbringen von Druckeigenspannungen eine Möglichkeit zur Steigerung der Belastbarkeit
und Verlängerung der Bauteillebensdauer.
Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wird durch die Entwicklung und Fertigung eines
neuartigen Werkzeugsystems die konsequente Umsetzung des konstruktiven Leichtbaus durch
Auskammerungen sowohl an der Bohrungswand als auch im Bohrungsgrund vorgestellt. Grundlage
hierfür stellt neben der Entwicklung sowie Fertigung des Werkzeugsystems und grundlagenorientierten
experimentellen Untersuchungen zum Drehen und Walzen die Integration des Systems
auf der Tiefbohrmaschine dar. Anhand der Herstellung planer Bohrungsgründe als eine mögliche
Konturgestalt ist die Erzeugung hoher Oberflächengüten herausgearbeitet worden. Auskammerungen
im Bereich des Übergangs von der Bohrungswand zum Bohrungsgrund stellen eine innovative
Konturierungsmöglichkeit mithilfe des neuartigen Systems dar.
Das entwickelte System bietet die Möglichkeit, auch in Bohrtiefen von mehreren Metern nahezu
beliebige Innenkonturen zur Erzeugung hochbelastbarer Bauteile einzubringen. Durch das
Walzen ermöglicht das Auskammerwerkzeugsystem darüber hinaus die mechanische Nachbearbeitung
innenkonturierter Grundbohrungen. Analysen partiell glattgewalzter Bohrungsgründe bestätigen
die aus den grundlagenorientierten Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse zur Oberflächenrauheit
und -topographie. Das spanende Auskammern einer umfassend innenkonturierten
Grundbohrung konnte im Rahmen dieser Arbeit unter Verwendung verschiedener Walzkassetten
vollständig glattgewalzt werden und erweitert somit entscheidend die Auskammertechnologie.
Durch die Bearbeitung amagnetischer, austenitischer Stähle für die Erdöl- und Gasexploration
mittels Walzen lässt sich die Eignung des Systems zur Werkstoffverfestigung, Oberflächeneinebnung
und zum Einbringen von Druckeigenspannungen aufzeigen. Das Festwalzen der durch das
BTA-Vollbohren erzeugten Bohrungswand ermöglicht Verfestigungen auf 700 HV0,025 mit Eindringtiefen
bis 300 μm.
Description
Table of contents
Keywords
Tiefbohren, Innenkonturieren, Walzen