Dämpfung von Bauteilschwingungen durch einstellbare Werkstückdirektspannung mit Hydrodehnspanntechnik

Bei der Bearbeitung dünnwandiger Bauteile werden während des Fräsprozesses durch den Zahneingriff Festkörperschwingungen im Werkstück induziert, welche in Form von Biege- und Torsionsschwingungen auftreten. Diese können das Bearbeitungsergebnis hinsichtlich Formgenauigkeit und Oberflächengüte negativ beeinflussen und sind deshalb besonders bei Schlichtprozessen zu reduzieren, um teure und aufwändige Nacharbeiten zu vermeiden.
Die Werkstückspanntechnik bietet aufgrund ihrer Lage im Kraftfluss Potential zur Dämpfung von Bauteilschwingungen. Bisherige Arbeiten fokussieren auf aufwändige aktiv geregelte Systeme oder passiv dämpfende Spanntechnik, welche keine Einstellbarkeit der Dämpfungswirkung erlauben. Die vorliegende Arbeit hingegen untersucht einen semi-passiven Ansatz zur Dämpfung und Beeinflussung von Bauteilschwingungen dünnwandiger Bauteile mittels Werkstückdirektspannung. Durch die Einstellbarkeit der axial auf einen mit dem Werkstück verbundenen Spannbolzen wirkenden Einzugskraft und der radial wirkenden Hydrodehnspannung werden die Schwingungseigenschaften des Bauteils hinsichtlich Eigenfrequenz, Dämpfung sowie dynamische Nachgiebigkeit beeinflusst. Anhand eines Funktionsmusters mit Demonstratorbauteil kann gezeigt werden, dass durch die Hydrodehnspannung eine dreifach höhere Dämpfung der Biegemode erzielt wird. Durch die zusätzliche Optimierung der Fuge zwischen Bauteil und Spannmittel wird ein Dämpfungsgrad von bis zu 6 % erreicht. Anhand eines Vorhersagemodells wird untersucht, inwiefern eine bauteilunabhängige Vorhersage der Dämpfungsgrade in Abhängigkeit der Spannkräfte möglich ist. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden abschließend Gestaltungsrichtlinien für die Umsetzung von Werkstückdirektspannungssystemen mit Hydrodehnspanntechnik abgeleitet.