Vorhersage von Grenzen der Miniaturisierung des Stirnplandrehens von C45E mit Hilfe der Finite-Element-Simulation

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer; Professor Dr. Peter Gumbsch; Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 31620277

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Das vorliegende Projekt zur Untersuchung von Größeneinflüssen bei der Spanbildung mit geometrisch bestimmter Schneide von normalisiertem C45E wurde in enger Kooperation der beteiligten Institute iwk I, izbs und wbk an der Universität Karlsruhe (TH) erfolgreich bearbeitet. Die erforderlichen Arbeiten umfassten neben der Durchführung von Zerspanexperimenten die Randschicht- und Spancharakterisierung, die Simulation der Spanbildung sowie die Ermittlung von Eingangsgrößen. Für die Zerspanexperimente stand eine Kugler Micro- Master 2 Hochpräzisionsmaschine zur Verfügung die es ermöglichte, die wichtigsten Zerspanparameter beim Prozess Stirnplandrehen zu variieren. Es wurden Schnittkräfte erfasst und die Eigenschaften der entstandenen Oberfläche charakterisiert. Zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften wurden metallographische Untersuchungen durchgeführt, Mikrohärtetiefenverläufe unterhalb und Integralbreitentiefenverläufe auf den zerspanten Oberflächen ermittelt und eine Spancharakterisierung anhand von Schliffbildern vorgenommen. Für die Simulation mit ABAQUS standen zwei- und dreidimensionale Zerspanmodelle zur Verfügung, mit denen in systematischen Variationsrechnungen Größeneinflüsse aufgrund der gewählten Modellansätze und nicht skalierbarer Material- bzw. Prozessparameter herausgearbeitet wurden. Die Materialroutine wurde um ein empirisch abgeleitetes duktiles Versagensmodell erweitert. Es konnten Größeneffekte bei der Skalierung des Zerspanprozesses identifiziert und ihre Ursachen aufgezeigt werden. Der Einfluss des Ploughing-Prozesses auf die Ergebnisgrößen wurde systematisch untersucht und bewertet. Die umfangreichen gesammelten Erkenntnisse und Ergebnisse stellen eine Basis für die wissensbasierte, rechnergestützte Planung von Mikrozerspanprozessen dar.

Publications

• Ductile failure model for the description of AISI 1045 behavior under different loading conditions, Mechanics of Time-Dependent Materials, 13, 2008, S.215-231
  H. Autenrieth, N. Herzig, V. Schulze, L. W. Meyer
  
• Influence of friction and process parameters on the specific cutting force and surface characteristics in micro cutting, Machining Science and Technology, Oct-Dec2008, Vol. 12 Issue 4, pp. 474-497
  M. Weber, H. Autenrieth, J. Kotschenreuther, P. Gumbsch, V. Schulze, D. Löhe, J. Fleischer
  
• Influence of process parameters on the specific active and passive forces, subsurface hardening and residual stresses in micro-cutting, 2nd International Conference on Distortion Engineering, Bremen, 17 - 19 September 2008, Bremen, 17.-19.9.2008, S. 153 - 160
  H. Autenrieth, M.Weber, M. Deuchert, V. Schulze, D. Löhe, P. Gumbsch, J. Fleischer
  
• Influence of process parameters on the specific reaction forces and surface characteristics in orthogonal micro-cutting, 3rd CIRP International Conference High Performance Cutting 12-13th June, 2008, S. 675-685
  M. Deuchert, M. Weber, H. Autenrieth, J. Fleischer, V. Schulze, D. Löhe
  
• Experimentelle und numerische Untersuchung von Größeneffekten bei der Skalierung des Mikrozerspanprozesses, Abschlussband SPP1138, 2009, S. 415-467
  H. Autenrieth, L. Delonnoy, M. Weber, T. Hochrainer, M. Deuchert, J. Kotschenreuther, V. Schulze, P. Gumbsch