Modellierung der Reibungsverhältnisse entlang verrundeter Schneidkanten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466817376

Die Reibung in Zerspanprozessen ist momentan noch nicht hinreichend verstanden wodurch weiterhin Forschungsbedarf besteht. Es fehlen Kenntnisse über den Einfluss des lokalen thermomechanischen Belastungskollektivs sowie insbesondere des lokalen Werkstoffzustands auf das lokale Reibverhalten in der Kontaktzone. Einer der aktuellen Hauptforschungsbereiche ist daher die exakte Modellierung des Reibverhaltens sowie die Bereitstellung der dafür nötigen Datensätze. Trotz der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Methoden zur Reibwertermittlung und der zahlreichen Arbeiten auf dem Gebiet der Reibmodellierung weisen die daraus abgeleiteten Ergebnisse noch immer Unzulänglichkeiten auf. Hauptursache hierfür ist, dass aktuell keine Analogieversuche existieren, die die Charakteristiken einer Spanbildung sowie die dabei wirkenden thermomechanischen Lasten in vollem Umfang abbilden. Daher werden entlang der Kontaktfläche zumeist gemittelte Werte für Temperatur, Relativgeschwindigkeit und Normalspannung angenommen, wodurch die Modellierung fehlerbehaftet ist. Die daraus abgeleiteten Reibmodelle, die insbesondere in Spanbildungssimulationen verwendet werden, besitzen eine Varianz zwischen den realen und den simulierten Kontaktbedingungen, da die Modelle nicht unter realen Zerspanbedingungen aufgestellt wurden. Dies stellt ein wesentliches Hindernis zur erfolgreichen Weiterentwicklung von Spanbildungssimulationen dar. Eigenen Vorarbeiten zeigen eine Möglichkeit zur Bestimmung der lokalen Spannungen in der Kontaktzone und der Aufnahme des Fließverhaltens des Werkstoffs. Diese Daten können unter hohen Schnittgeschwindigkeiten während der Spanbildung aufgenommen werden und stellen somit die Reibverhältnisse unter realen Zerspanbedingungen dar. Anhand dieser Erkenntnisse sind eine ortsaufgelöste Berechnung des Reibkoeffizienten sowie eine signifikante Reduzierung des Versuchsaufwands möglich. Daher sollen im Rahmen des beantragten Projekts durch die Kombination geeigneter Messmethoden und Auswertealgorithmen valide Datensätze unter realen Bedingungen der Zerspanung erzeugt und darauf aufbauend physikalisch basierte Reibmodelle abgeleitet werden. Das Hauptziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methode zur Ableitung von Reibmodellen für Zerspanprozesse mittels Hochgeschwindigkeitsspanbildungsanalysen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Thermokamera
• Gerätegruppe: 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek)