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Projekt
Entwicklung einer simulationsbasierten Methode zur belastungsabhängigen Optimierung von VHM-Werkzeugen für Nickel-Basis-Legierungen - Variable Mikrogestalt entlang der Schneidkante
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
Fachliche Zuordnung
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313918187
Bei dem vorliegenden Projektantrag handelt es sich um einen Transferprojektantrag zu dem Grundlagenprojekt: Modellierung der thermomechanischen Belastungen und des Verschleißverhaltens zur gezielten Optimierung der Gestalt von VHM-Bohrwerkzeugen. In dem genannten Grundlagenprojekt wurde mithilfe dreidimensionaler FEM-Simulationen der Spanbildung beim Bohren der Einfluss unterschiedlicher Schneidkantenmikrogestalten auf das thermo-mechanische Belastungskollektiv untersucht. Modellimmanente Mängel wie die geringe geometrische Auflösung der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück sowie die sehr langen Rechenzeiten des 3D-Ansatzes stellten dabei eine große Herausforderung dar. Daher wurde ein Ansatz entwickelt, bei dem orthogonale Schnitte durch die primäre Hauptschneide des Bohrwerkzeugs genutzt wurden, um das Problem auf eine Reihe von 2D-Simulationen zu reduzieren. Dieser Ansatz bietet den Vorteil geringer Rechenzeiten bei guter Auflösung im Bereich der Schneidkante und soll in diesem Erkenntnis-Transferprojekt für das Bohren und Fräsen von Nickel-Basis-Legierungen angewendet bzw. erweitert werden. Dabei werden die unterschiedlichen lokal vorherrschenden Prozessbedingungen, wie die radiusabhängige Schnittgeschwindigkeit beim Bohren, durch einen entsprechenden Versuchsplan berücksichtigt. Die Zielgröße Werkzeugverschleiß lässt sich durch ein Modell, beispielsweise von Usui, für jede Simulation berechnen. Mithilfe einer parametrischen Beschreibung der Schneidkante sowie moderner Methoden der Versuchsplanung und der statistischen Modellierung ist es anschließend möglich trotz vieler Einflussparameter die Vorhersage des zu erwartenden Verschleißes effizient für jede Parameterkombination innerhalb des untersuchten Bereiches durchzuführen. Das statistische Modell lässt sich nutzen, um Schneidkantenparameter mit minimaler Verschleißrate in Abhängigkeit der Position am Werkzeug zu ermitteln. Der Ansatz wird in diesem Erkenntnis-Transferprojekt auf die Zerspanung mit unterbrochenem Schnitt erweitert. Dies erfordert die Berücksichtigung einer variablen Spanungsdicke sowie eines Luftschnittes während einer Werkzeugumdrehung. Zur Überprüfung der Schneidkantenpräparation wird eine entsprechende Messmethodik erarbeitet. Abschließend werden die optimierten Werkzeuge in Einsatzversuchen validiert.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen (Transferprojekt)
