Modellbasierte Vorhersage der Randzone nach der funkenerosiven Bearbeitung von Stählen - MoVoRa

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560539728

Die Funkenerosion gewinnt aufgrund des kontaktlosen Arbeitsprinzips besonders für die Fertigung von Bauteilen mit hohen Aspektverhältnissen, komplexen Geometrien und hohen Härten stetig an Relevanz. Bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an die verwendeten Materialien (höhere Festigkeiten und Lebensdauern) aber auch einer erforderlichen Reduktion der Kosten sind neue Ansätze erforderlich, welche eine funktionsorientierte Prozessführung ermöglichen. Dazu ist die modellbasierte Vorhersage der resultierenden Oberflächenintegrität und ihrer Eigenschaften auf Basis der Mikrostruktur in Abhängigkeit von der zugrundeliegenden Technologie ein unerlässlicher Schritt. Dazu sollen im Rahmen dieses Forschungsprojekts Simulationsmodelle aufgebaut und validiert werden, welche die Mikrostruktur sowohl in der wiedererstarrten Schicht als auch in der wärmebeeinflussten Zone vorhersagen können. Da bis heute verhältnismäßig wenig über die wiedererstarrte Schicht bekannt ist, muss diese im ersten Schritt vollständig charakterisiert werden, damit ein besseres Verständnis über die Bildungsmechanismen und Beeinflussung der weißen Schicht gewonnen werden kann. Außerdem bilden diese experimentellen Untersuchungen zum einen die notwendige Basis zur Modellierung der Phasen innerhalb der Simulationsmodelle und zum anderen die Grundlage zur abschließenden Validierung der Simulationen. Anschließend soll mittels FEM-Simulation das entstehende Temperaturfeld für den kontinuierlichen Funkenerosionsprozess bestimmt werden. Die dadurch ermittelte thermische Beanspruchung während der Funkenerosion bildet die grundlegende Rahmenbedingung für die Mikrostruktursimulationsmodelle, welche im letzten Schritt des Forschungsvorhabens aufgebaut werden sollen. Hierbei wird zum einen die flüssig-fest Phasenumwandlung der wiedererstarrten Schicht simuliert und zum anderen die fest-fest Phasenumwandlung innerhalb der wärmebeeinflussten Zone. Nach erfolgreicher Durchführung des Forschungsvorhabens ist es möglich, das Temperaturfeld und die resultierende Mikrostruktur (Korngröße, Phasenverteilung, etc.) im Werkstückwerkstoff nach der funkenerosiven Bearbeitung vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen