Grundlagen der Verschleißmechanismen und Verschleißmodellierung für instationäre Drehprozesse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Vorhabens wurde die instationäre Prozessführung beim Drehen von Vergütungsstahl untersucht. Eine modulierte Prozessführung variiert kontinuierlich die Stellgrößen und beeinflusst dadurch Werkzeugbelastung und -verschleiß. Stationäre und instationäre Prozesse sind so ausgelegt, dass sie bei gleichen mittleren Stellgrößen identische Zeitspanvolumina und somit gleiche Produktivität erzielen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Verschleißrate der beschichteten Werkzeuge primär von der Schnittgeschwindigkeit abhängt. Diese verursacht kontinuierliche Abrasion an der Freifläche der Beschichtung und bestimmt somit das Versagenskriterium. Modulationen der Stellgrößen bieten Potenziale zur Reduktion dieses Freiflächenverschleißes, insbesondere bei niedrigem Niveau der mittleren Schnittgeschwindigkeit. Kombinierte Modulationen von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub bei konstantem Zeitspanvolumen erhöhen hingegen den Verschleiß signifikant. Zur Analyse wurde ein FEM-basiertes Simulationsmodell der Spanbildung aufgebaut. Die Kopplung experimenteller Daten mit Simulationskenntnissen zeigt, dass die Prozessführung über die temperaturabhängige Stellgröße wirkt. Darauf aufbauend entstand eine Verschleißsimulation, die Temperaturen für verschiedene Stellgrößenkombinationen a priori berechnet. Diese dienen als Eingangsgrößen für ein vereinfachtes Verschleißmodell nach Usui. So entsteht ein validiertes Verständnis der Wirkmechanismen und des Verschleißverhaltens instationärer Prozesse. Die Simulation stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen überein und wurde genutzt, um verschleißreduzierende instationäre Prozesse zu entwickeln. Bei reduzierter mittlerer und kontinuierlich abnehmender Schnittgeschwindigkeit zeigte sich experimentell eine niedrigere Werkzeugtemperatur und ein reduzierter Verschleißfortschritt gegenüber stationären Prozessen.
