FEM-Analyse der Bauteilbeeinflussung durch spanende Bearbeitung

Kersting, M.^{1, a}; Grünert, S.^{1, b}; Weinert, K.^{1, c}

1)

Institut für Spanende Fertigung, Universität Dortmund, Baroper Str. 301, 44227 Dortmund

a) kersting@isf.de; b) gruenert@isf.de; c) weinert@isf.de

Kurzfassung

Die spanende Bearbeitung von Bauteilen dient der Formgebung unter der Voraussetzung des Erreichens einer vorgegebenen Oberflächenqualität. Die während der Zerspanung eingebrachte Leistung führt zu einer thermomechanischen Belastung des Werkstücks und kann unerwünschte Werkstückdeformationen und damit Form- und Maßabweichungen zur Folge haben. Des Weiteren können Gefügeveränderungen und Randzonenschädigungen eine Belastungsfolge sein, welche das spätere Einsatzverhalten der Bauteile einschränken.

Ziel dieses Untersuchungsvorhabens war die Ermittlung von Verbesserungen in der Prozessführung zur Reduzierung der thermomechanischen Belastungen und der daraus resultierenden negativen Werkstückeigenschaften. Dazu ist die simulative Analyse der Beeinflussung durch die spanende Bearbeitung erforderlich.

Im Rahmen dieses Teilprojektes wurde eine Zerspansimulation auf makroskopischer Ebene modelliert. Aufbauend auf einer sehr detaillierten Modellierung der Eingriffssituation des Bohrers wurden Idealisierungen ermittelt, die eine alternative Lastaufbringung ermöglichten und den Modellierungsaufwand reduzierten. Darauf basierend wurde eine Simulation des vollständigen Bohrprozesses durchgeführt.

Neben der Simulation des Bohrprozesses wurde das Zirkularfräsen auf der Basis der entwickelten Idealisierungen modelliert. Die komplexe Kinematik erforderte ein erweitertes Modell zur Lastaufbringung im Vergleich zum Bohren. Die Modellierung beider Fertigungsverfahren und deren Ergebnisse hinsichtlich der thermischen und mechanischen Bauteilbelastung werden in diesem Artikel vorgestellt.

Schlüsselwörter

Finite-Elemente-Methode, Bohren, Zirkularfräsen

Veröffentlichung

In: Integration von Umformen, Trennen und Fügen für die flexible Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen. Fortschrittsberichte VDI, VDI-Verlag, Düsseldorf, 2007, ISBN 978-3-18-366102-2, S. 299-320