Gezieltes Erzeugen von Randzoneneigenschaften beim BTA-Tiefbohren
Das Projekt verfolgt das Ziel, wissenschaftliche Grundlagen und technologische Lösungen für ein gezieltes Einbringen von Eigenspannungen beim BTA-Tiefbohren mit prozessintegrierter Randzonenbeeinflussung zu erarbeiten, um die Oberfläche und die Bauteileigenschaften gezielt zu beeinflussen und zu verbessern. Zur Erweiterung des Prozessverständnisses soll während des Bohrprozesses das thermomechanische Belastungskollektiv an den Wirkelementen des Werkzeugs ermittelt und analysiert werden.
Ein weiteres Ziel ist es, die Mechanismen der Eigenspannungsentstehung und Mikrostrukturänderung beim BTA-Tiefbohren und die Randzonenbeeinflussung von austenitischen Stählen auf mikrostruktureller Ebene zu verstehen, die Stabilität der Eigenspannungen und ihre Auswirkung auf die Bauteileigenschaften zu untersuchen und das quasistatische und zyklische Verformungsverhalten in Abhängigkeit von den induzierten Eigenspannungen zu charakterisieren. Zudem sollen etablierte Methoden der Eigenspannungsmessung auf Basis mikromagnetischer Sensorik (weiter-) entwickelt und experimentell validiert werden.
Das gewonnene Prozessverständnis sowie die aufgenommenen und analysierten Messdaten bilden die Grundlage für eine FEM-Simulation zur Vorhersage der resultierenden Bohrungsrandzone in Abhängigkeit des Schneiden- und Führungsleisteneingriffs. Die Simulation soll die in der zweiten Phase geplante vollständige Realisierung der prozessintegierten Randzonenbeeinflussung mit simluativ bestimmten Prozessparametern unterstützen.
Antragsteller:
Projektbearbeiter:
Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Tel.: +49 231 755-2782
E-Mail: biermann@isf.de
Robert Schmidt
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Tel.: +49 231 755-5822
E-Mail: robert.schmidt@isf.de
Prof. Dr.-Ing. Frank Walther
Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT)
Technische Universität Dortmund
Tel.: +49 231 755-8028
E-Mail: frank.walther@tu-dortmund.de
Simon Strodick
Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT)
Technische Universität Dortmund
Tel.: +49 231 755-90161
E-Mail: simon.strodick@tu-dortmund.de
PD Dr.-Ing. Andreas Zabel
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Tel.: +49 231 755-2708
E-Mail: zabel@isf.de
Publikationen
Baak, N.; Donnerbauer, K.; Kalenborn, A.; Kanagarajah, H.; Lucker, L.; Lingnau, LA; Otto, JL; Rozo Vasquez, J.; Strodick, S.; Walther, F.: Scale-bridging fatigue assessment of steels – from production to performance. Fatigue 2024 – Proceedings of the 9th Engineering Integrity Society International Conference on Durability & Fatigue, Ed.: ER Cawte, HL Cockings, S Stekovic, JR Yates (2024) 205-216. https://doi.org/10.5281/zenodo.12705276
Strodick, S.; Schmidt, R.; Donnerbauer, K.; Rozo Vasquez, J.; Zabel, A.; Macias Barrientos, M.; Biermann, D.; Walther, F.: Subsurface conditioning in BTA deep hole drilling for improved component performance. Production Engineering 18, 2 (2024) 299–317. https://doi.org/10.1007/s11740-023-01252-0
Baak, N.; Donnerbauer, K.; Rozo Vasquez, J.; Sarafraz, Y.; Strodick, S.; Walther, F.: Mikromagnetische Überwachung von Fertigungsprozessen und Bewertung von Ermüdungsschädigung. Werkstoffprüfung 2023 – Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand, Hrsg.: M. Wächter, J. B. Langer, ISSN: 1861-8154 (2023) 262-267. https://doi.org/10.48447/WP-2023-252
Strodick, S.; Steffens, D.; Schmidt, R.; Zabel, A.; Biermann, D.; Walther, F.: Towards reliable micromagnetic detection of white etching layers in deep drilled quenched and tempered steels. 5. Symposium Materialtechnik, (2023) 1-14. https://doi.org/10.21268/20230711-9
Schmidt, R.; Strodick, S.; Walther, F.; Biermann, D.; Zabel, A.: Investigation of BTA analogy experiments to determine the influence of different cutting edge designs on the surface integrity. Procedia CIRP 118, (2023) 549-554. https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.06.094
Schmidt, R.; Strodick, S.; Walther, F.; Zabel, A.; Biermann, D.: Tool design for the integration of piezoelectric and micro magnetic sensors to realize in-process measurements in BTA deep hole drilling. Procedia CIRP 119, (2023) 408-413. https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.06.196
Strodick, S.; Hühn, F. R.; Schmidt, R.; Biermann, D.; Zabel, A.; Walther, F.: Evolution of the residual stress state in BTA deep drilled components under quasi-static and cyclic loading. ICRS 11, Proceedings of the 11th International Conference on Residual Stresses, (2023) 1-8; https://hal.science/hal-04022501
Strodick, S.; Schmidt, R.; Brause, L.; Zabel, A.; Biermann, D.; Walther, F.: Mikromagnetische Charakterisierung der Bohrungsintegrität. wt Werkstattstechnik online 112, 11/12 (2022) 757-761. https://doi.org/10.37544/1436-4980-2022-11-12-31
Strodick, S.; Schmidt, R.; Biermann, D.; Zabel, A.; Walther, F.: Influence of the cutting edge on the surface integrity in BTA deep hole drilling – part 2: Residual stress, microstructure and microhardness. Procedia CIRP 108 (2022) 276-281. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.03.047
Schmidt, R.; Strodick, S.; Walther, F.; Biermann, D.; Zabel, A.: Influence of the cutting edge on the surface integrity in BTA deep hole drilling – part 1: Design of experiments, roughness and forces. Procedia CIRP 108 (2022) 329-334. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.03.055
Schmidt, R.; Brause, L.; Strodick, S.; Walther, F.; Biermann, D.; Zabel, A.: Measurement and analysis of the thermal load in the bore subsurface zone during BTA deep hole drilling. Procedia CIRP 107 (2022) 375-380. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.061
Strodick, S.; Schmidt, R.; Gerdes, L.; Zabel, A.; Biermann, D.; Walther, F.: Impact of cutting parameters on the mechanical properties of BTA deep drilled components under quasi-static compression. Procedia CIRP 103 (2021) 207-212. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.10.033
Huang, X.; Schmidt, R.; Strodick, S.; Walther, F.; Biermann, D.; Zabel, A.: Simulation and modeling of the residual stress state in the sub-surface zone of BTA deep-hole drilled specimens with eigenstrain theory. Procedia CIRP 102 (2021) 150-155. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.09.026.
Baak, N.; Hajavifard, R.; Lücker, L.; Rozo Vasquez, J.; Strodick, S.; Teschke, M.; Walther, F.: Micromagnetic approaches for microstructure analysis and capability assessment.Materials Characterization 178, 111189 (2021) 1-14. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111189
R. Schmidt, S. Strodick, F. Walther, D. Biermann, A. Zabel. „Analysis of the functional properties in the bore sub-surface zone during BTA deep-hole drilling“ Procedia CIRP 88 (2020): 318–323. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.05.055
S. Strodick, K. Berteld, R. Schmidt, D. Biermann, A. Zabel, F. Walther. „Influence of cutting parameters on the formation of white etching layers in BTA deep hole drilling“ tm – Technisches Messen 87 (11) (2020): 674–682. https://doi.org/10.1515/teme-2020-0046
R. Schmidt, S. Strodick, F. Walther, D. Biermann, A. Zabel. „Influence of the process parameters and forces on the bore sub-surface zone in BTA deep-hole drilling of AISI 4140 and AISI 304 L“ Procedia CIRP 87 (2020): 41–46. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.010
S. Strodick, F. Walther, R. Schmidt, A. Zabel, D. Biermann. „Analyse des Eigenspannungszustands in der Bohrungsrandzone tiefgebohrter Probekörper aus 42CrMo4+QT und X5CrNi18-10“ Werkstoffprüfung 2019 – Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis (2019): 287-292.
S. Strodick, R. Schmidt, A. Zabel, D. Biermann, F. Walther. „Evaluation of surface integrity after BTA deep-hole drilling of AISI 4140 by means of Barkhausen noise analysis“ ICBM 13, Proceedings of the 13th International Conference on Barkhausen Noise and Micromagnetic Testing (2019): 1-7.