Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von tiefen nicht kreisförmigen Bohrungen
Loading...
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In einigen hochtechnischen industriellen Bereichen wie z.B. in der Luftfahrt und der
Erdölexploration finden zunehmend Bauteile mit innenkonturierten tiefen Bohrungen
Anwendung wie z.B. Flugzeuglandebeine, Bohrgestänge, Turbinenwellen etc.. Stand
der Technik ist es, solche rotationssysmmetrischen Innenkonturen mit Auskammerverfahren
herzustellen. Für spezielle Bauteile, die beispielsweise in der erdölgewinnenden
und -erarbeitenden Industrie eingesetzt werden, ist eine rotationssymmetrische Innenkonturierung
allerdings nicht ausreichend.
Solche Bauteile wie z.B. Motorstatoren in Bohrgestängen oder strömungsleitende
Rohre für die Verfahrenstechnik können bei kleineren Durchmessern bis ca. 80 mm
bisher in einem größeren Länge- zu Durchmesserverhältnis nicht wirtschaftlich bzw.
nur mit technologischen Einschränkungen gefertigt werden. Die Querschnitte solcher
z.T. meterlangen Werkstücke haben eine nicht kreisförmige Innenkontur, die sich in
axialer Richtung mit einer definierten Steigung fortsetzen kann.
Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wird ein zur Herstellung dieser Teile geeignetes
neues spanendes Verfahren vorgestellt, das das gängige Auskammerverfahren
um eine weitere Dimension erweitert. Umgesetzt wird dies durch ein Werkzeugsystem,
bei dem die Schneide pro Umdrehung in Abhängigkeit der zu erzeugenden Profilkontur
periodisch radial aus- und einfährt. Ziel der Arbeit ist es, mit dieser Technologie das
Potential der genannten Anwendungen zu erschöpfen und zudem für den allgemeinen
Maschinenbau innovative Bauteile zu ermöglichen, die das Spektrum von zukünftigen
Konstruktionen bereichern.
Grundlage der Verfahrensrealisierung ist die Entwicklung eines neuartigen Werkzeugantriebs.
Das im Prozess zu erwartende hochdynamische Belastungskollektiv wird dafür
zunächst rechnerisch abgeschätzt. Nach der Konstruktion sowie der Fertigung der
Antriebskomponenten wird das Werkzeugsystem bestehend aus Bohrkopf, Sonderbohrgestänge
und Werkzeugantrieb an der am ISF der TU-Dortmund befindlichen Tiefbohrmaschine
appliziert und in Betrieb genommen.
Anhand eines zusätzlich entwickelten Aufbaus für einen Versuchstand für Orthogonalschnitte
werden die auftretenden Zerspankraftkomponenten bei den vorliegenden komplexen
Eingriffsbedingungen ermittelt. Weitere Grundlagenuntersuchungen bestehend
aus einer Analyse der Kinematik und Kinetik des Werkzeugsystems sowie einer Spanbildungssimulation
werde zur Förderung des Prozessverständnisses durchgeführt.
In experimentellen Untersuchungen mit dem neuartigen Verfahren werden Statoren für
Moineau Motoren (Bohrmotoren für Erdölbohrgestänge) als Testwerkstücke hergestellt.
Dabei werden die Zerspanungsbedingungen in relevanten Größen variiert. Neben
einer Variation der Ausstellkinematik des Wirkelements werden auch Versuchsreihen
zum Einfluss der Schneidengestalt durchgeführt. In weiteren Untersuchungen wird betrachtet,
inwiefern der Werkstoff, die Querschnittskontur und die Prozessparameter die
Umsetzung des Verfahrens beeinflussen. Abschließend wird eine Strategie zum Wendeschneidplattenwechsel
entwickelt, durch die nicht kreisrunde Innenkonturen in realen
Bauteillängen eingebracht werden konnten. Die Funktionstüchtigkeit des neuen AKUR-
Verfahrens (Auskammern – Unrund) wurde durch die Bearbeitung von Statoren
aus Aluminium und 42CrMo4+QT in Längen bis zu 𝑙𝑓 = 2600 mm nachgewiesen.
Description
Table of contents
Keywords
Zerspanung, Tiefbohren, Auskammern