Pulsierende Kühlschmierstoffzufuhr beim Schlichtdrehen von Inconel 718

Splettstößer, Antonia Maren; Bergs, Thomas; Klocke, Fritz

doi:44984

Pulsierende Kühlschmierstoffzufuhr beim Schlichtdrehen von Inconel 718 = Pulsating cutting fluid supply in finish turning of Inconel 718

Splettstößer, Antonia Maren^RWTH*

2025 & 2026

VerantwortlichkeitsangabeAntonia Splettstößer

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ReiheInnovations in manufacturing technology ; 2025,12

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Druckausgabe: 2025. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Bergs, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Klocke, Fritz (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-07-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-00660
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1025299/files/1025299.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
KSS (frei) ; ZSPNTF100 (frei) ; cutting fluid supply (frei) ; finish turning (frei) ; high-pressure coolant supply (frei) ; inconel 718 (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Beim Schlichtdrehen sicherheitskritischer Komponenten der Luftfahrtbranche ist die bei der Schruppbearbeitung etablierte Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr (HD-KSS-Zufuhr) nur stark eingeschränkt anwendbar. Die durch den KSS-Strahl kurzgebrochenen und beschleunigten Späne kollidieren mit Werkstückoberflächen und erzeugen unzulässige Oberflächenanomalien. Einen Lösungsansatz bietet die bisher nicht angewendete pulsierende Zufuhr des KSS (P-KSS-Zufuhr). Kern der Technologie ist die gezielte Beeinflussung der Spanlänge und folgend die Eliminierung von Oberflächenanomalien durch Spankollision. Die Zusammenhänge zwischen den KSS-Zufuhrparametern, den Bedingungen des Zerspanprozesses, dem Spanbruch und der Entstehung von Oberflächenanomalien waren für die P-KSS-Zufuhr bisher nicht bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die fehlenden Erkenntnisse zur Anwendung der P-KSS-Zufuhr beim Schlichtdrehen von Nickelbasislegierungen systematisch zu erforschen, die Ergebnisse in einem regelbasierten anwendungsbezogenen Gestaltungsmodell darzustellen und daraus Anwendungshinweise abzuleiten. In Zerspanuntersuchungen wurde durch die P-KSS-Zufuhr eine signifikante Steigerung der Häufigkeit von bestimmten Spanlängen erzielt. Weiterhin gelang die Minimierung der Anomalien der Werkstückstirnfläche aufgrund von Spankollision gegenüber der HD-KSS-Zufuhr. Zur Zusammenführung der gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der Ursache-Wirkungszusammenhänge und Wirkmechanismen zwischen den Stell-, Einfluss-, und Zielgrößen der P-KSS-Zufuhr wurde ein Gestaltungsmodell entwickelt. Es beinhaltet die Wirkbeziehungen der Elemente des Systems P-KSS-Zufuhr sowie wissensbasierte Gestaltungsrichtlinien in Verbindung mit Aktivitätsdiagrammen zur Auslegung und Anwendung der P-KSS-Zufuhr. Diese ermöglichen eine Übertragung der wissensbasierten Auslegung der P-KSS-Zufuhrparameter in die Praxis und somit die Anwendung der Technologie anhand der vorliegenden Dissertation. Abschließend erfolgte eine Bewertung technologischer, ökonomischer und ökologischer Aspekte der P-KSS-Zufuhr gegenüber konventionellen KSS-Zufuhrstrategien. Durch Anwendung der P-KSS-Zufuhr wird die Schädigung der Oberfläche minimiert, während die Vorzüge der HD-KSS-Zufuhr gegenüber der konventionellen Überflutungskühlung weitestgehend erhalten bleiben. Die P-KSS-Zufuhr stellt daher eine technologisch, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Lösung für die Schlichtdrehbearbeitung rotationssymmetrischer Komponenten der Luftfahrtbranche dar.

Although the high-pressure cutting fluid supply (HP CF supply) is well established in roughing, it is only applicable to a very limited extent when finish turning safety-critical components for the aerospace industry. The short-broken chips are accelerated by the CF jet and may collide with workpiece surfaces, creating unacceptable surface anomalies. Pulsating CF (P CF) supply, which has not been used before, offers a solution. This technology aims to control chip length and thus eliminate surface anomalies caused by chip collision. However, the cause-and-effect relationships between CF supply parameters, cutting conditions, chip breakage and surface anomaly formation were not known for P CF supply. The aim of this work was therefore to systematically investigate the knowledge gap in the application of P CF supply for finish turning of nickel-based alloys, to present the results in a rule-based, application-related design model and to derive design guidelines for industrial applications. In cutting experiments, a significant increase in the quantity of certain chip lengths was achieved when using the P CF supply. Furthermore, it was possible to minimize the surface anomalies of the workpiece due to chip collision compared to the HP CF supply. A design model was developed to summarize the findings regarding the cause-and-effect relationships and mechanisms of action between the control, influence and target variables of the P CF supply. It contains the interactions between the elements of the P CF supply system and knowledge-based design guidelines in conjunction with activity diagrams for the design and application of the P CF supply. These enable a transfer of the knowledge-based design of the P CF supply parameters into practice and thus the application of the technology based on this dissertation. Finally, an integrated assessment was carried out to compare the technological, economic and environmental aspects of P CF supply with those of conventional CF supply strategies. The P CF supply minimizes surface anomalies, while retaining the advantages of the HP CF supply over the flood cooling. The P CF supply therefore represents a technologically, economically and ecologically meaningful solution for the finishing of rotationally symmetric components in the aerospace industry.

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