ARGONAUT – Effiziente und ressourcenschonende Fertigung von Luftfahrtgetrieben

In diesem vom BMWK geförderten Forschungsprojekt untersucht das IFW im ersten Teilprojekt den bedarfsgerechten Einsatz von Kühlschmierstoff. Dieser bietet in der Zerspanung ein großes Potential zur Steigerung der Ressourceneffizienz, da viele Prozesse mit dem maximal zur Verfügung stehenden Kühlmitteldruck durchgeführt werden, obwohl dies aufgrund der jeweiligen Eingriffsbedingungen nicht notwendig wäre. Besonders da die benötigte Kühlmittelpumpe einer der Hauptverbraucher der Werkzeugmaschine ist, ergeben sich durch eine angepasste Regelung des Kühlmitteldrucks erhebliche Einsparpotentiale. Entsprechend werden im Rahmen des Forschungsvorhabens Kenntnisse über die angepassten Kühlschmierstrategien erarbeitet. Zudem soll eine von CAD/CAM-gesteuerten NC-Code-Planung zur Anpassung des KSS-Drucks an die jeweiligen Eingriffsbedingungen entwickelt werden.

Neben der geometrisch bestimmten Zerspanung bieten neue Entwicklungen im Bereich der geometrisch unbestimmten Zerspanung ebenfalls Potential zur Steigerung der Leistungsfähigkeit in Wechselwirkung mit dem Kühlschmierstoffeinsatz. Aufgrund der großen Kontaktflächen und der geometrischen Abmessungen gelten Innenschleifprozesse als Herausforderung in Hinblick auf Prozessstabilität und das Risiko zur Schädigung der Oberfläche durch Schleifbrand. Eine Möglichkeit, die schwer zugängliche Kontaktzone besser mit Kühlschmierstoff zu versorgen, ist der Einsatz additiv hergestellter Schleifscheiben. Hier bieten zum einen die Mikrostrukturierung der Oberfläche das Potential einen kühleren Schliff zu erzeugen. Außerdem können durch die Additiv-Technologie auch Schleifscheiben mit innenliegenden Kühlkanälen hergestellt werden, wodurch der Kühlschmierstoff direkt in die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug gelangen kann.

Im zweiten Teilprojekt sollen am IFW Kenntnisse zur Prozessoptimierung und –automatisierung durch einen verbesserten Spanbruch und den Einsatz neuartiger, innovativer Drehprozesse erarbeitet werden. Das hohe Potential der Spanbruchkontrolle mittels prozessangepasster Spanleitgeometrien soll in der Fertigung von Getriebekomponenten Anwendung finden. Üblicherweise handelt es sich bei den Materialien der Luft- und Raumfahrttechnik um langspanende Werkstoffe. Lange Band- oder Wirrspäne verursachen Schädigungen an der Werkstückoberfläche, reduzieren die Werkzeugstandzeit und behindern automatisierte Prozesse. Daher ist es Ziel des dreijährigen Forschungsvorhabens eine Steigerung der Prozesssicherheit durch Verbesserung des Spanbruchverhaltens zu erreichen und so die Voraussetzung für die Automatisierung komplexer Drehprozesse zu schaffen. Zunächst werden am Markt verfügbare Wendeschneidplatten mit Spanleitgeometrie untersucht. Anschließend werden mit Hilfe simulativer Methoden neue Spanleitstufen entwickelt und mittels Laserablation auf Wendeschneidplatten aufgebracht. Weiterhin werden komplexe Drehprozesse mit zusätzlichen Achsbewegungen untersucht, um die Produktivität und Prozesssicherheit in der Bearbeitung von Luftfahrtbauteilen zu erhöhen. Aufgrund der zeitlich variablen Spanungsform ist bei diesen Prozessen die Analyse des Spanbruchverhaltens besonders herausfordernd. Mittels Materialabtragsimulation sollen detaillierte Untersuchungen zum Einfluss der Spanungsform auf das Spanbruchverhalten durchgeführt werden. Ziel ist es durch die angepasste Prozessführung eine günstige Spanform bei den komplexen Drehprozessen zu erzielen.

Abschließend sollen die erarbeiteten Kenntnisse sowohl zur angepassten Kühlschmierstrategie als auch zum gesteigerten Spanbruchverhalten im realen Produktionsumfeld des Unternehmens Liebherr integriert werden.