Grundlagen der materialspezifischen Prozessdämpfung an verrundeten und verschlissenen Schneidkanten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493837624

Selbsterregte Schwingungen, sogenannte Ratterschwingungen, sind häufig ein limitierender Faktor, wenn die Produktivität von Zerspanungsprozessen gesteigert werden soll. Durch einen erhöhten Kontakt der Freifläche mit dem Werkstoff können Ratterschwingungen jedoch unterdrückt werden, da Schwingungsbewegungen in den Werkstoff durch die Rückfederung des Materials gedämpft werden. Dieser Effekt wird Prozessdämpfung genannt. Eine weitere Methode zur Vermeidung von Ratterschwingungen ist die simulative Vorhersage geeigneter Prozessstellgrößen, bei denen Ratterschwingungen vermieden werden. Eine Berücksichtigung des Prozessdämpfungseffekts innerhalb simulativer Berechnungsmodelle ist jedoch mit hohen Ungenauigkeiten verbunden. Dies liegt darin begründet, dass die vorhandenen Prozessdämpfungsmodelle die hochkomplexen elastisch-plastischen Verformungsvorgänge unterhalb der Freifläche nur unzureichend wiedergeben. Die an der Freifläche wirkende Dämpfungskraft wird häufig als Produkt aus einem konstanten Prozessdämpfungskoeffizienten und dem unter der Freifläche eingedrücktem Volumen modelliert. Eigene Vorarbeiten zeigen, dass der Prozessdämpfungskoeffizient abhängig von der Schneidkantenverrundung und dem Freiwinkel ist. Dies kann auf thermische Effekte und die Vernachlässigung plastischer Verformungen innerhalb des Modells zurückgeführt werden. Die genauen Zusammenhänge zwischen Werkzeuggeometrie, dem elastisch-plastischen Werkstoffverhalten unterhalb der Freifläche und der Prozessdämpfungskraft sind jedoch unbekannt. Das Ziel des Vorhabens lautet daher, ein grundlegendes Verständnis der material- und geometrieabhängigen Prozessdämpfung auf Basis des elastisch-plastischen Werkstoffverhaltens während des Freiflächenkontakts zu erhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die Kontaktbedingungen an der Schneidkante für unterschiedliche Schneidkantenverrundungen und Verschleißzustände zunächst im orthogonalen Schnitt durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Kraftmessungen analysiert werden. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen soll ein neues Prozessdämpfungsmodell erstellt werden, welches im Anschluss in eine Materialabtragsimulation des Fräsprozesses zur Vorhersage des dynamischen Werkzeugverhaltens implementiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen