Experimentelle und simulative Analyse der spanenden Bearbeitung inhomogener Werkstücke
Forschungsstelle
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Teilprojektleiter
Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Dipl.-Inform. Andreas Zabel
Ansprechpartner
Dipl.-Wirt.-Ing. Franziska Höhne
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Baroper Straße 301
44227 Dortmund
Tel.: (0231) 755-4860
E-Mail: hoehne(at)isf.de
Dipl.-Phys. Benedikt Sieben
Institut für Spanende Fertigung (ISF)
Technische Universität Dortmund
Baroper Straße 301
44227 Dortmund
Tel.: 0231/755-4859
E-mail: sieben(at)isf.de
Wissenschaftliche Zielsetzung
Ziel des Teilprojektes A3 ist die Ermittlung einer geeigneten Prozessführung und Werkzeugauswahl für die prozesssichere und wirtschaftliche Zerspannung funktional gradierter Werkstoffe mit lokal unterschiedlichen Materialeigenschaften. Dazu werden unter anderem Zerspanversuche am Technologieträger Flanschwelle aus TP A1 durchgeführt. Dabei stehen Zerspankraft- und Temperaturmessungen an der Werkzeugschneide im Fokus. Darüber hinaus werden Verschleißmessungen an den eingesetzten Werkzeugen vorgenommen. Das Bauteil wird hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften und der sich einstellenden Randzonenbeeinflussung untersucht. Ebenfalls werden Experimente zur Zerspanung von eigenverstärkten thermoplastischen Gradientenwerkstoffen und gradierter Aluminiumstrangpressprofile durchgeführt. Neben experimentellen Untersuchungen wird eine FEM-basierte Prozesssimulation eingesetzt, um die Bauteilbeeinflussung der Flanschwellen durch die Zerspanung zu analysieren und daraus Verbesserungen für die reale Prozessführung abzuleiten. Weiterhin werden Spanbildungssimulationen mit angepassten Materialmodellen durchgeführt, um die Belastung des Werkzeugs infolge des Zerspanprozesses zu analysieren und zu bewerten.
Bild A3-1 zeigt das Halbzeug vor und nach dem Zerspanprozess. Die lokal unterschiedlichen Materialeigenschaften der Welle führen zu wechselnden Eingriffsbedingungen. Durch eine angepasste Prozessführung und eine geeignete Werkzeugwahl soll eine stabile und sichere Bearbeitung sichergestellt werden.
Bild A3-2 verdeutlicht die Vorgehensweise in dem Teilprojekt A3. Die Eingangsgrößen für die Simulation werden in experimentellen Untersuchungen ermittelt. Die durchgeführten FEM-Simulationen sollen nach der Validierung zu Verbesserungen in der realen Prozessführung genutzt werden. Ziel ist es, die eingebrachten, gewünschten Funktionseigenschaften durch die Zerspanung nicht zu reduzieren und im günstigsten Fall zu verbessern.




