In der Produktion von Energiewandlungsmaschinen müssen zunehmend konstruktive Merkmale aus hochfesten Schmiedelegierungen gefertigt werden. Die zu fertigenden Kavitäten sind schwer zugänglich und durch ein großes Aspektverhältnis, Tiefe zu Breite, charakterisiert. Das Material muss, aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit, durch den Einsatz schlanker Fräser herausgearbeitet werden, die empfindlich auf die radial eingeleitete Zerspankraft reagieren. Das volle Leistungspotential moderner Werkzeugmaschinen und Schneidstoffe kann schließlich nicht ausgeschöpft werden, da das Werkzeug selbst das Element größter Nachgiebigkeit ist. Unter den fortschrittlichen Frässtrategien ist das Tauchfräsen das einzige Verfahren, das auf einer axialen Vorschubbewegung basiert. Die damit intuitiv erwartete Dominanz der axialen Zerspankraft wird in den wenigen Veröffentlichungen nicht durchgängig bestätigt. Weiterhin ist die nutzbare Länge der Werkzeugschneide gegenüber dem Umfangsfräsen deutlich reduziert. Das thermomechanische Belastungskollektiv konzentriert sich daher auf einen kleinen Bereich und erschwert die Auslegung des Verfahrens in einem wirtschaftlich akzeptablen Prozessfenster.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die systematische Entwicklung einer Prozessauslegung für das Tauchfräsen tiefer Kavitäten. Dazu sind die wesentlichen Kriterien für die optimale Gestaltung der Werkzeugschneide und der Bahnführung zu identifizieren.

Ein Zerspankraftmodell wird entwickelt, dessen Basis ein geometrisches Beschreibungsmodell der Werkzeugschneide ist. Dieses erlaubt die systematische Wahl der geeigneten Geometrie der Werkzeugschneide für das Tauchfräsen tiefer Kavitäten. Darauf aufbauend werden die Bahn-führungsstrategien des konventionellen- und springenden Tauchfräsens hinsichtlich der Kontaktbedingung zwischen Werkzeug und Bauteil analysiert. Gezeigt wird, dass die Kontaktbedingung in der Prozessfolge des konventionellen Tauchfräsens stark variiert, sodass ein heterogenes Belastungsprofil auf das Werkzeug wirkt. Die Varianz der Kontaktbedingung wird durch das springende Tauchfräsen reduziert sowie die Spanungslänge auch bei maximalem Arbeitseingriff gezielt begrenzt. Dadurch kann in der Zerspanung des korrosionsbeständigen Stahls X3CrNiMo13-4 die Standzeit der Werkzeugschneide deutlich erhöht werden. Um diese gewonnen Erkenntnisse auch in geometriekomplexen Kavitäten umsetzen zu können wird abschließend ein technologiebasiertes Prozessgestaltungsmodell entwickelt.