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Projekt
Kopplung von analytischen und numerischen Modellen zur Simulation thermomechanischer Wechselwirkungen während der Fräsbearbeitung komplexer Werkstücke
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
Fachliche Zuordnung
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Förderung
Förderung von 2010 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 178932429
Das Ziel einer Fertigungstechnologie ist es, bereits das erste Teil in kürzester Zeit und mit größtmöglicher Kosteneffizienz herzustellen. Mit der Weiterentwicklung sowohl der Schneidstoffe als auch der Antriebs- und Steuerungssysteme bei Werkzeugmaschinen kann eine stetige Verbesserung der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit spanender Bearbeitungsaufgaben verzeichnet werden. Dabei hat sich auch die Hochgeschwindigkeitszerspanung als ein anerkanntes Verfahren in der Fertigung etabliert. Allerdings treten bei der Bearbeitung komplexer, dünnwandiger Werkstücke thermische Verformungen in den Vordergrund, welche das Fertigungsergebnis stark beeinträchtigen können. Der Prognose thermischer Bearbeitungseinflüsse sind mit heutigen Simulationsmodellen Grenzen gesetzt, da für die thermischen und mechanischen Wirkzusammenhänge während der Zerspanung bislang kein all-gemein gültiger analytischer Zusammenhang aufgestellt werden konnte. Aktuell wird daher meist auf numerische Modelle zurückgegriffen, mit denen jedoch nur sehr kleine Zeitintervalle mit akzeptablen Rechenzeiten abgebildet werden können. Daraus leitet sich das Ziel des hier beantragten Forschungsvorhabens ab, einen auf physikalischen Grundlagen basierenden Ansatz zur Beschreibung der Wärmestromdichte und der Zerspankraft zu entwickeln. Für den Aufbau der analytischen Teilmodelle werden Simulationen auf mikroskopischer Ebene durchgeführt, um die wesentlichen Prozessgrößen zu ermitteln. Eingebunden in ein makroskopisches Modell soll dies die ganzheitliche Simulation komplexer Fertigungsprozesse zeit- und kosteneffizient ermöglichen. Zur experimentellen Verifikation der erstellten Modelle werden im ersten Antragszeitraum zwei Referenzfräsprozesse definiert, wobei in der Gesamtsimulation zunächst noch einfache Werkstückstrukturen betrachtet werden. Aufbauend auf den Ergebnissen des ersten Antragszeitraums sollen die Methoden und Modelle im zweiten Antragszeitraum auf komplexe Bearbeitungsprozesse übertragen werden. Dabei soll auch die bis dato vernachlässigte mechanische Struktur der Einspannung sowie weiterführend das Nachgiebigkeitsverhalten des Werkzeugs und der Werkzeugmaschine im Gesamtmodell berücksichtigt werden. Damit wird die Grundlage geschaffen, um im dritten Antragszeitraum Kompensationsstrategien für thermische Bearbeitungseinflüsse entwickeln zu können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
