Statistische Prozessmodellierung bei der Bearbeitung inhomogener mineralischer Untergründe (SFB 823 TP B4)

Die spanende Bearbeitung von Beton mit Diamantwerkzeugen zeichnet sich sowohl durch ein stark heterogenes Gefüge des Werkstücks als auch des Werkzeuges aus. Daraus ergeben sich komplexe Eingriffsbedingungen, die nur noch mit statistischen Methoden erfassbar sind. Eine gezielte Optimierung dieses Zerspanprozesses findet aufgrund mangelnder Kenntnisse bzgl. der komplexen Wechselwirkungen zurzeit kaum statt.

Abb.: Setzmuster von Diamanten und Beispiele für Segmentmakrogeometrien

Im Rahmen des SFB 823 werden in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Statistik mit Anwendungen im Bereich der Ingenieurwissenschaften und dem Lehrstuhl für Werkstofftechnologie (LWT) am Institut für Spanende Fertigung die abbauphysikalischen Vorgänge bei der Bearbeitung des mehrphasigen, inhomogenen, mineralischen Materials Stahlbeton mit Diamantwerkzeugen untersucht. Hierbei werden Simulationen des Prozessverhaltens unter Zuhilfenahme statistischer Methoden entwickelt, um die Vielzahl der Einflussgrößen auf ein überschaubares Maß zu reduzieren.

Neben Kreis-, Ketten- und Seilsägen kommen bei der Betonverarbeitung Kernbohrer zum Einsatz. Kernbohrer verfügen über mehrere diamantimpräg-nierte Schneidsegmente. Diese bestehen aus einer metallischen Bindung und Schneidkörnern aus Diamant. Eine Optimierung dieser Werkzeuge hinsichtlich der erzielbaren Vorschubgeschwindigkeiten und des sich einstellenden notwendigen Werkzeugverschleißverhaltens setzt ein umfangreiches und detailliertes Prozesswissen voraus.

Die dritte Forschungsphase dieses im Rahmen des SFB 823 geförderten Projektes ist der Verallgemeinerung der in den ersten Antragsphasen ent-wickelten Modelle von Einkornritz- und Segmentexperimenten auf vollständige Bohrkronen gewidmet. Hierbei werden sowohl Werkzeuge mit zufällig verteilten sowie mustergesteuerten Anordnungen der Diamanten analysiert. Mittels neuer statistischer Methoden für Lebenszeitmodelle wird dabei der Einfluss der Prozesskräfte auf den Werkzeugverschleiß erfasst und dabei insbesondere die Lastumverteilung durch das Herausbrechen von einzelnen Diamantkörnern modelliert. Durch neue Verfahren zur Strukturbrucherkennung werden dabei die Zeitpunkte des Herausbrechens der Körner erfasst. Das Ziel ist dabei, die Grundlagen für die Entwicklung des Prozesses und des Werkzeuges zu erforschen, sodass für den im Projekt gewählten Anwendungsfall des Diamantkernbohrens eine Bohrkrone entwickelt wird, die ein Optimum hinsichtlich des auftretenden Verschleißes, der Energieeffizienz und der erzielbaren Vorschubgeschwindigkeit zeigt.

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