3D-Finite-Elemente-Mikrobohrsimulation mehrphasiger Werkstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 175020554

Der Nutzen der FE-Simulation zur Analyse, Auslegung und Optimierung von zerspanenden Fertigungsverfahren ist insbesondere bei der Entwicklung von kosten- und zeitintensiven Werkzeugkonzepten unbestritten und wird zunehmend nicht nur in der Grundlagenforschung sondern auch von mittelständischen Unternehmen zur Effizienzsteigerung der Produktentwicklung eingesetzt. Für die Makrozerspanung sind geeignete FE-Methoden bereits entwickelt worden, um Zerspankräfte, -temperaturen, Spanbildung und Verschleiß mit realistischer Genauigkeit zu berechnen. Die meisten für diese Lösungen verwendeten Materialmodelle basieren auf rein isotropen und homogenen Materialannahmen, d.h. den Gauß-Integrationspunkten eines jeden Elements des FE-Modells werden die gleichen Materialeigenschaften zugeordnet. Bei der Mikrozerspansimulation, bei der die Spanungsdicke in der gleichen Größenordnung wie die Korngröße des Werkstückwerkstoffs liegt, sind diese Werkstoffannahmen nicht mehr angemessen, denn die zahlreichen Größen-und Skalierungseffekte, die auf die Zerspanprozessreaktion und somit auf die Bauteilgenauigkeit einen erheblichen Einfluss haben, werden nur unzureichend bzw. überhaupt nicht erfasst. Die Erweiterung der Verfahrensgrenzen der spanenden Fertigungsverfahren in den Mikrobereich macht die Entwicklung und Verifizierung von Materialmodellen für die FEM-Mikrozerspansimulation heterogener Werkstoffe notwendig. Ziel des Projekts ist die Entwicklung, Validierung und Bereitstellung eines 3D FE-Berechnungsmodells für die Mikrozerspansimulation zweiphasiger Stahlwerkstoffe am Beispiel des ferritisch-perlitischen Vergütungsstahls C45E für zwei Gefügezustände. Das Fertigungsverfahren Mikrobohren mit Vollhartmetall-Wendelbohrern soll zur Verifizierung des entwickelten 3D FE-Berechnungsmodells herangezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen