B-Bereich: Numerische Analyse der Werkzeugverschleißentwicklung und der entstehenden Randschichtzustände bei der Segmentspanbildung am Beispiel von Ti-6Al-4V

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Frederik Zanger

Motivation und Ziele:
Bei der Zerspanung von Metallen kommt es zu hohen mechanischen und thermischen Belastungen der Werkzeuge und des Werkstückmaterials, deren Größe neben dem zerspanten Werkstoff im Wesentlichen von den verwendeten Prozessparametern (Schnittgeschwindigkeit, Spanungsdicke) und Geometrieparametern (Spanwinkel, Freiwinkel, Schneidkantenverrundung) abhängen. Diese Belastungen führen auf Seite der Werkstücke zu einer Beeinflussung der resultierenden Oberflächenzustände nach der Zerspanung und auf der Seite der Werkzeuge zu kontinuierlich voranschreitenden Verschleißerscheinungen, welche in einer Veränderung der Schneidenfeingeometrie resultieren. Diese veränderte Schneidenfeingeometrie führt wiederum zu anderen mechanischen und thermischen Belastungen der bearbeiteten Werkstücke, sodass zu erwarten ist, dass sich dadurch die resultierenden Oberflächenzustände ändern.

Untersuchungen

Ergebnisse

Entwicklung eines ganzheitlichen FEM-Simulationsmodells zur Abschätzung der Bauteilqualität verursacht durch Werkzeugverschleiß:

Simulationsgestützte und experimentelle Untersuchung der Segmentspanbildung bei der Zerspanung von Ti-6Al-4V
Analyse des Verschleißverhaltens der Werkzeuge
Analytische und numerische Verschleißmodellierung
Charakterisierung der Randschichtzustände nach der Zerspanung

Die thermischen und mechanischen Belastungen bei der Zerspanung werden von dem Spanbildungssimulationsmodell zuverlässig berechnet.
Die Simulation des Werkzeugverschleißes zeigt gute Übereinstimmungen mit den experimentell ermittelten Standzeiten.