Bestimmung der Bauteilrandschichtzustände nach Hochgeschwindigkeitsräsen mit Hilfe der Finite-Elemente-Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2005
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5366260

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, am Beispiel von normalisiertem Ck45 durch Finite-Elemente-Simulation das Prozeßverständnis für den HSC-Fräsprozeß zu vertiefen und eine Prozeßoptimierung zu ermöglichen. Dazu sollen einerseits experimentell nicht zugängliche Vorgänge in der Prozeßzone analysiert, andererseits Prozeßparameter variiert und die so erzeugten Topographien und Eigenspannungszustände bestimmt und bewertet werden. Hierfür ist es erforderlich, die komplex verkoppelten Vorgänge während der HSC-Zerspanung gemeinsam in ein Modell zu integrieren. Dies sind insbesondere das von Temperatur, Verformungsgeschwindigkeit und Spannungsmehrachsigkeit abhängige Verformungs- und Versagensverhalten, die reibungs- und verformungsbedingte Wärmeentwicklung und die dadurch hervorgerufenen Phasenumwandlungen, insbesondere im Bereich der Spanfläche, sowie die durch die thermische Entfestigung bei höchsten Verformungsgeschwindigkeiten auftretende Lokalisierung des Verformungsverhaltens, die zur Scherspanbildung führen kann. Zudem sollen die Simulationsergebnisse hinsichtlich ihrer Verläßlichkeit bewertet werden. Dies macht die Erarbeitung von Zuverlässigkeitskriterien betreffend die Netzkonfiguration und die Anzahl beim Stirnplanfräsen zu betrachtender Fräszyklen sowie eine Sensitivitätsanalyse zur Bestimmung wesentlicher Eingabegrößen erforderlich. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse werden unter Variation maßgeblicher Prozeßparameter während des Prozesses zerspantechnologische Größen experimentell ermittelt und nach dem Prozeß die entstandenen Randschichten bezüglich ihrer Topographie und ihres Eigenspannungszustands sowie die Späne bezüglich ihrer makro- und mikroskopischen Geometrie bwz. ihres Gefüges analysiert. Damit kann abschließend durch Variation der Prozeßparameter in der Finite-Elemente-Simulation das Prozeßverständnis vertieft und eine Prozeßoptimierung vorgenommen werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1057: Spanen metallischer Werkstoffe mit hohen Geschwindigkeiten
• Beteiligte Person: Professor Dr. Otmar Vöhringer