Entwicklung eines EFM-Modells zur Simulation des Aufprallverhaltens in Abhängigkeit der werkstoffspezifischen Parameter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 41120240

Durch den steigenden Anspruch an Qualität und Produktivität ist es nötig, neue Werkstoffe, Fertigungsverfahren und Maschinenkonzepte zu entwickeln. Aktuelle High- Speed-Verfahren erreichen Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 12.000 m/min und Vorschubgeschwindigkeiten von 40 m/min [1]. Neben den technologischen Vorteilen, wie z. B. Steigerung der Produktivität durch die Reduktion von Hauptzeiten, deutliche Standzeitverbesserung der Werkzeuge und die Erhöhung der Lebensdauer der Werkzeugmaschine, ergeben sich aus sicherheitstechnischer Sicht völlig neue Gefährdungspotentiale [2]. Aus dieser Motivation heraus werden von der Industrie Stähle mit hoher Rückhaltefähigkeit im Schadensfall bei gleichzeitiger Reduzierung der Masse gefordert. Untersuchungen am IWF der TU Berlin haben das hohe Potenzial von austenitischen Chrom- Nickel-Stählen sowie Aluminiumlegierungen aufgezeigt. Aufgrund der, im Vergleich zu Baustahl, höheren Kosten dieser Materialien wird versucht, die untere Leistungsgrenze, der aus sicherheitstechnischen Gründen notwendigen Materialdicke, empirisch abzuschätzen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Rückhaltefähigkeit von austenitischen Edelstahlen und Aluminiumlegierungen nicht nur von der Legierungszusammensetzung, sondern auch von der Art der Wärmebehandlung bzw. Kaltverfestigung abhängig ist. Die aus diesen Vorgängen resultierende Chargenabhängigkeit der Versuchsergebnisse lässt eine definierte Rückhaltefähigkeit, wie sie in den Normen DIN EN 12415 (Sicherheit von Werkzeugmaschinen - Kleine numerisch gesteuerte Drehmaschinen und Drehzentren) [20] und DIN EN 12417 (Sicherheit von Werkzeugmaschinen - Bearbeitungszentren) [21] gefordert ist, nicht zu. Nur die exakte Kenntnis der benötigten Werkstoff- und Herstellparameter, zur Gewährleistung der normativ geforderten Sicherheiten, macht es dem Konstrukteur möglich, eine Maschinenumhausung zu konstruieren, die den Menschen im Schadensfall zuverlässig vor freigesetzten Werkstück- oder Werkzeugbruchstücken schützt. Aus diesen Gründen ist es dringend erforderlich die Zusammenhänge zwischen der Legierungszusammensetzung, dem Herstellverfahren und dem Durchdringungswiderstand zu untersuchen. Zur Einschränkung der zahlreichen und kostenintensiven Aufpralluntersuchungen soll ein Finite-Elemente-Modell zur Simulation des Impactverhaltens austenitischer Edelstahle und Aluminiumlegierungen entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen