Mathematische Modellierung des Wärmeeintrags beim Fräsen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 55949200

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die experimentelle Ermittlung und mathematische Modellierung des Wärmeeintrags in das Werkstück bei der trockenen Fräsbearbeitung als Eingangsgröße für die Simulation von thermisch bedingten Bauteilverzügen. Im ersten Abschnitt lag der Schwerpunkt auf der Erfassung und Bewertung der Einflussgrößen auf den Wärmeeintrag sowie auf der Modellierung des Wärmeeintrags in Abhängigkeit dieser Einflussgrößen. Zur mathematischen Formulierung wurde ein Potenzansatz verwendet. Obwohl die ermittelten Modelle gut mit den Experimenten übereinstimmen, müssen alternative Ansätze zur mathematischen Formulierung untersucht werden und das aktuelle Modell der Wärmestromdichte, wie im Erstantrag vorgesehen, weiter entwickelt werden. Dies ist vor allem bei der Erweiterung des Modells um weitere Werkstoffe, Fräs - und Zerspanverfahren notwendig. Die Erweiterung führt zum Ziel des Fortsetzungsantrags, der Fertigstellung und Validierung eines funktionsfähigen mathematischen Modells zur Berechnung der Wärmestromdichte bei beliebigen Fräsprozessen und der Übertragung des Modells auf weitere Zerspanverfahren zur Beherrschung des bearbeitungsbedingten Verzugs mittels FEM-Simulation. Dabei sollen alle für den Wärmeeintrag relevanten Parameter mit größtmöglicher Genauigkeit berücksichtigt sein. Zur Verifikation des mathematischen Modells soll mit den modellierten Wärmestromdichten ein Realbauteil mit Hilfe der FEM-Simulation thermo-mechanisch simuliert und im Zerspanlabor gefertigt werden. Hierdurch wird einerseits die Güte des mathematischen Modells bestimmt, andererseits wird die praktische Anwendbarkeit der Forschungsarbeit gezeigt. Mit Hilfe der Ergebnisse des Forschungsvorhabens können Anwender beliebige Zerspanaufgaben hinsichtlich auftretender Temperaturen und Bauteilverzüge optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen