In-situ-Charakterisierung und Regelung der Randzoneneigenschaften beim Zerspanen von Wälzlagerstählen mittels magnetinduktiver Prüftechnik

Die Eigenschaften der Bauteilrandzone bestimmen maßgeblich das mechanische und tribologische Verhalten sowie die Korrosionsbeständigkeit metallischer Bauteile und damit deren Leistungsfähigkeit. Ein großes Potenzial zur gezielten Beeinflussung von Randzoneneigenschaften in der Zerspanung bieten Werkstoffe mit hohem Restaustenitgehalt wie Wälzlagerstähle oder austenitische Chrom-Nickel-Stähle. Durch lokale mechanische Belastung kann der in dieser Werkstoffklasse vorliegende metastabile Austenit in Martensit umgewandelt werden. Dieser Mechanismus soll während der spanenden Bearbeitung gezielt genutzt werden, um die Randzone definiert einzustellen und so Bauteile mit zähem Kern und gleichzeitig harter Randschicht zu realisieren. Eine prozesssichere, reproduzierbare Ausprägung dieser Eigenschaften erfordert eine werkstückspezifische Regelung der Prozessparameter. Hierfür wird eine prozessbegleitende Softsensorik auf Basis einer elektromagnetischen Prüftechnik entwickelt, die das Bauteil während der Fertigung kontinuierlich überwacht und charakterisiert. Die kontinuierliche Überwachung der Randzonenmodifikation während des Zerspanungsprozesses ermöglicht das frühzeitige Erkennen von Abweichungen in der Randzone und deren unmittelbare Nutzung zur Regelung der Prozessparameter. Durch die sensorbasierte Regelung ist es sowohl möglich die Randzoneneigenschaften präzise und homogen über ein gesamtes Bauteil einzustellen als auch gezielt Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen. Gleichzeitig trägt die in-situ Charakterisierung zu einer lückenlosen Qualitätssicherung sowie zu einer Erhöhung der Prozessstabilität bei und stellt damit einen Schritt hin zu selbstoptimierenden Fertigungssystemen dar.