Simulative Vorhersage und Analyse der Oberflächenrauheit beim Formelementfräsen von dünnwandigen ultrafeinkörnigen (UFG) Spaltprofilen

Von:

Emrah Turan

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Im Zuge der zunehmenden Bedeutung der Leichtbauweise nehmen verzweigte Spaltprofilierbauteile aufgrund ihrer hohen Geometrievielfalt im Rahmen der Herstellung von profilartigen Bauteilen in Integralbauweise eine besondere Stellung ein. Die dabei erzeugten Spaltprofilflansche weisen prozessspezifische Gefüge- und Eigenschaftsgradienten, von konventionell kaltverfestigten bis hin zu ultrafeinkörnigen (UFG) Gefügen, auf. Der Einsatz der spanenden Bearbeitung ermöglicht dabei die Fertigung multifunktionaler Module, bestehend aus spaltprofilierten Bauteilen, sowie innovativer Modulverbindungen, indem durch Materialabträge diskontinuierliche Form- und Funktionselemente in die Flansche, wie z.B. Bohrung oder Nut, integriert werden. Das Kernziel der vorliegenden Arbeit ist daher unter Berücksichtigung der Kraft- und Schwingungsverhältnisse die experimentelle Analyse und Simulation der Oberflächenqualität beim Formelementfräsen von UFG Spaltprofilen. Zur Zielerreichung wird ein ganzheitliches Prozessmodell, bestehend aus dem mechanistischen Zerspankraftmodell, dem analytischen Werkzeugmodell, dem FE-basierten Werkstückmodell sowie dem Materialabtragsmodell, zur simulativen Abbildung des dynamischen Formelementfräsprozesses aufgebaut. Die hierbei durchzuführenden experimentellen Untersuchungen dienen dabei im Wesentlichen zur Identifikation von Modellparametern sowie Kalibrierung und Verifizierung der Teilmodelle. Die genaue Approximation der Oberflächenstruktur der Formelemente erfolgt durch die Kopplung des Kraft-, Werkzeug- und Werkstückmodells basierend auf berechneten zeitvarianten und positionsabhängigen Prozessgrößen. Dabei wird das Ziel verfolgt, durch die Auswahl geeigneter Technologie- und Werkzeugparameter eine Verbesserung der Oberflächengüte herbeizuführen.