Simulation thermomechanisch bedingter Bauteildeformationen für die NC-Fräsbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Schröder; Professor Dr.-Ing. Andreas Zabel
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179318402

Bei der Schruppbearbeitung des NC-gesteuerten Fräsens werden durch die Umsetzung von Energie während des Spanbildungsprozesses signifikante Mengen an Wärme in das Werkstück eingebracht, die zu thermomechanischen Werkstückdeformationen des Bauteils führen. Der globale, wärmebedingte Verzug des Bauteils ist beim dem Schruppen nachgeschalteten Schlichten noch vorhanden, so dass die Oberfläche, die im warmen Zustand des Bauteils gemäß der NC-programmierten Sollform erzeugt wurde, bei der Abkühlung die gestellten Toleranzenvorgaben überschreiten kann. Ziel des Projekts ist, den Prozess des Wärmeeintrags bei der Fräsbearbeitung von geometrisch komplexen Formen und die damit verbundenen thermomechanisch bedingten Deformationen zu simulieren, um Vorhersagen über Abweichungen von der Sollform der gefertigten Oberflächen bereits im Vorfeld der realen NC-Fräsbearbeitung zu ermöglichen. Dieses Ziel soll durch die Entwicklung eines hybriden Simulationssystems erreicht werden, das aus einem effizienten Finite-Elemente-System zur Berechnung der thermomechanischen Werkstückdeformationen und aus einem System zur Simulation von Fräsprozessen besteht. Die Kopplung zwischen Fräs- und FE-System soll hierbei über eine prozesszustandsabhängige Vernetzung des Werkstücks durchgeführt werden, die die Simulation des Material- und Wärmeabtrags sowie den Wärmeeintrag durch eine sich ständig ändernde Kontaktsituation zwischen Werkzeug und Werkstück erlaubt. Auch die Rückkopplung der Werkstückdeformation auf die Kontaktsituation und damit auf die Zerspankraftberechnung soll berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1480: Modellierung, Simulation und Kompensation von thermischen Bearbeitungseinflüssen für komplexe Zerspanprozesse
• Internationaler Bezug: Österreich
• Beteiligte Person: Professorin Dr.-Ing. Petra Wiederkehr