Untersuchung zum Einfluss des thermomechanischen Belastungskollektivs auf die Oberflächenkonditionierung beim BTA-Tiefbohrprozess

Abstract

Die moderne Produktionstechnik strebt ökonomische Effizienz und Nachhaltigkeit an, ohne die Qualität der gefertigten Bauteile zu beeinträchtigen. Die Auswahl und Anpassung von Fertigungsprozessen und die damit einhergehende Erzeugung relevanter Randschichteigenschaften ist entscheidend. Der BTA-Tiefbohrprozess ist ein produktives Verfahren zur Fertigung tiefer Bohrungen mit großen Durchmessern. Das BTA-Tiefbohren ist ein wichtiger Bearbeitungsschritt für die Fertigung hochbelasteter und sicherheitsrelevanter Bauteile wie z.B. Flugzeuglandebeine, Kurbelwellen und Schwerstangen in der Offshore-Industrie. Nach dem Bohrprozess kommt es häufig zu einer Nachbearbeitung der Bohrungsoberfläche, ohne dass der initiale Randschichtzustand bekannt ist. Eine optimierte Bohrprozessauslegung kann die Produktionskette an dieser Stelle verkürzen. In dieser Arbeit wird die Oberflächenkonditionierung durch den BTA-Tiefbohrprozess in einem Vergütungsstahl und einer nichtrostenden austenitischen Stahllegierung untersucht. Zur Separierung der Konditionierungsmechanismen an den Wirkelementen des BTA-Werkzeugs wurde ein Analogieversuch entwickelt. Während der BTA-Experimente wurden sowohl werkzeug- als auch werkstückseitige Messmethoden eingesetzt, um das thermomechanische Belastungskollektiv zu erfassen. In Verbindung mit zerstörenden und nicht zerstörenden Messungen der Bohrungsrandzonen wurde die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung beschrieben. Ein analytisches Modell zur Berechnung der resultierenden Oberflächenkonditionierung wurde entwickelt, basierend auf der 3D Schneiden- und Führungsleisteneingriffsmodellierung in Verbindung mit der Eigendehnungstheorie. Zudem wurden charakteristische Prozessschwingungen analysiert und in Verbindung mit den entstehenden Oberflächenmarken gebracht, wodurch ein bestehendes Dynamikmodell erweitert werden konnte.