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B-Bereich: Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss des Wärmeeintrags bei der Zerspanung auf die Bauteileigenschaften Geometrie und Werkstoffgefüge

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jürgen Michna ; Dipl.-Ing. Patrik Bollig

Motivation und Ziele:
Bei spanenden Fertigungsprozessen werden Oberflächenzustände und damit die Funktionalität von Werkstücken in großem Maße von Prozess- und Werkzeugparametern beeinflusst. In Abhängigkeit von diesen variablen Größen definieren unterschiedliche chemische, mechanische und thermische Belastungen demnach die späteren Eigenschaften von Bauteilen. In Folge der Bearbeitung kann es beispielsweise zu undefinierten Bauteilverzügen und Phasenumwandlungen in der Randzone von Werkstücken kommen.
Ziel des Projekts sind deshalb die Untersuchung, Analyse, Modellierung und Beherrschung von bearbeitungsinduzierten Phasenumwandlungen und Bauteilverzügen.

Untersuchungen Ergebnisse
  • 2D-FE-Spanbildungssimulation mit detaillierter Modellierung von Reibung, Wärmeübergang und Phasenumwandlungen für den Stahlwerkstoff 42CrMo4 (AISI4140)
  • Dreh- und Bohrversuche und Erfassung von Temperaturen und Kräften – Übertragung Drehen auf Bohren
  • Abstraktion des Bohrprozesses zu 3D-FE-Modell
  • Simulation von Phasenumwandlungen und Bauteilverzügen
  • Ableitung von Kompensationsstrategien

 Thermografieaufnahme Bohrversuch

  • Das 2D-FE-Modell zeigt eine gute Übereinstimmung von berechneten Temperaturen und Kräften mit den im Drehversuch gemessenen Werten.
  • Die Austenitisierung wird in der Spanbildungssimulation abgebildet.
  • Der Reibkoeffizient sinkt mit steigender Relativgeschwindigkeit und nähert sich mit zunehmenden Temperaturen einem Maximum an.