Entwicklung und Verifizierung eines konstitutiven Ansatzes zur Ermittlung von Hochgeschwindigkeits-fließkurven mittels des Zerspanprozesses

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 365204822

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. Um reale Zerspanprozesse mit FE-Rechencodes simulieren zu können, ist ein zuverlässiges konstitutives Materialgesetz erforderlich. Dies muss in der Lage sein, das thermomechanische Werkstofffließverhalten bei extrem hohen Verformungen (1-5), Dehnraten (10^-3 - 10^6 1/s) und Temperaturen (Thomologe=0,16-0,90) genau zu beschreiben. Zur Bestimmung von Hochgeschwindigkeitsfließkurven, die für die Entwicklung konstitutiver Materialgesetze unentbehrlich sind, werden in der Regel spezielle Materialprüfverfahren eingesetzt. Hierzu gehört zum Beispiel die Verwendung der Split-Hopkinson-Bar-Technique (SHBT). Dieser speziell für die Hochgeschwindigkeitsverformung entwickelte Prüfstand basiert auf der elastischen Wellentheorie und kann maximal Dehnraten bis zu 10^4 1/s erreichen. Die mit dem SHBT erreichten Dehnraten sind um zwei Zehnerpotenzen kleiner als die im Zerspanprozess. Für die FE-Berechnung des Zerspanprozesses muss deswegen das Materialgesetz auf höhere Dehnraten extrapoliert werden, wobei das Zerspanmaterialverhalten nicht adäquat abgebildet werden kann. Darüber hinaus ist die SHBT-Technik sehr kompliziert, kosten- und Zeitintensiv. Ziel dieser Forschungsarbeit ist basierend auf dem analytischen Oxley-Scherzonenmodell, der FE-Zerspansimulation und der inversen Modellierung die Entwicklung, Validierung und Bereitstellung eines konstitutiven Ansatzes, der eine einfache und wirtschaftliche Ermittlung von Hochgeschwindigkeitsfließkurven (>10^4 1/s) direkt aus dem Zerspanprozess ermöglicht. Zur Verifizierung der zu entwickelnden Methodik sollen unterschiedliche Werkstoffe herangezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke, bis 6/2019