Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Analyse von Zerspanprozessen

Zur Ermittlung optimierter Fertigungsstrategien und technologischer Stellgrößen sind Kenntnisse der im Zerspanprozess auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen des Werkzeugs sowie der Auswirkung des Prozesses auf die Randzoneneigenschaften des Bauteils erforderlich. Insbesondere bei hochbeanspruchten Bauteilen wie z. B. Triebwerkskomponenten in der Luftfahrt ist der durch die spanende Bearbeitung hervorgerufene Randzonenzustand von besonderer Bedeutung, da er die zu erwartende Lebensdauer und das Versagensverhalten des Bauteils beeinflusst. Für die Entwicklung optimierter Zerspanwerkzeuge ist eine Analyse des Zerspanprozesses zwingend erforderlich.

Die Charakterisierung des Gefügezustands und der chemischen Zusammensetzung des Werkstückes vor und nach der Bearbeitung erfolgt mittels der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) und durch Messungen der Mikrohärte. Zusätzlich zur experimentellen Untersuchung des Zerspanprozesses wird die numerische Simulation eingesetzt, um ein noch detaillierteres Bild der in der Wirkzone ablaufenden Vorgänge zu gewinnen. Die aus den Ergebnissen der Simulation mit geometrisch bestimmter Schneide errechneten mechanischen und thermischen Beanspruchungen des Werkzeugs lassen Rückschlüsse auf Verschleiß und Standzeitverhalten zu und können somit einen wesentlichen Beitrag zur Werkzeug- und Prozessauslegung leisten. Aufgrund der kurzen Vorlaufzeiten in der Simulation lassen sich somit die Einflüsse der verschiedenen Einstellgrößen und unterschiedlicher Werkzeuggeometrien auf den Zerspanprozess effizient bestimmen.

Unser Angebot

  • Durchführung und Analyse von realen Zerspanversuchen
  • Auslegung von Fertigungsprozessen und Werkzeugen
  • Erstellung und zielgerichtete Analyse von zwei- und dreidimensionalen FEM Simulationen

Anwendungen

  • Messung von Zerspankräften
  • Ermittlung der Prozesstemperaturen und der Kinematik des Zerspanvorgangs

Technische Ausstattung

  • 4-Achs-CNC-Messmaschine, Helicheck Plus der Firma Walter
  • Werkzeugeinstellgerät Smartcheck 450 der Firma Zoller
  • Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX)
  • Infrarot-Thermografiesystem
  • Hochgeschwindigkeitsvideo- und -fotografiesysteme
  • Simulationssysteme DEFORM™ und ABAQUS™