Methoden zur effizienten und genauen Berechnung der statischen Nachgiebigkeit und der Eigenpaare eines dünnwandigen Werkstücks

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518689593

Aufgrund der variierenden statischen und dynamischen Eigenschaften während des Bearbeitungsprozesses ist die CAM-Planung eines dünnwandigen Werkstücks eine kosten- und zeitintensive Aufgabe. Traditionell sind viele Bearbeitungsversuche zur iterativen Optimierung der Prozessparameter notwendig. Durch den Einsatz von vorhandenen Simulationsmethoden können die statischen und dynamischen Eigenschaften des dünnwandigen Werkstücks vorhergesagt werden. Diese vorhergesagten Eigenschaften können bei der CAM-Planung berücksichtigt werden, um die Anzahl der notwendigen Bearbeitungsversuche zur Optimierung der Prozessparameter zu reduzieren und den damit verbundenen Material- und Zeitaufwand einzusparen. Die Besonderheit der FE-Simulation eines dünnwandigen Werkstücks ist, dass die physikalischen Eigenschaften des dünnwandigen Werkstücks aufgrund des Materialabtrags nicht konstant sind. Daher sind viele Simulationen der Zwischenzustände nötig, um die Variation der physikalischen Eigenschaften genau zu ermitteln. Der damit verbundene große Rechenaufwand hat den Einsatz der vorhandenen Simulationsmethoden sehr stark begrenzt. Deshalb liegt der Fokus dieses Forschungsvorhabens auf der Entwicklung eines Frameworks, das die folgenden Forschungsfragen behandelt: 1. Wie können die zu berechnenden Zwischenzustände des dünnwandigen Werkstücks systematisch und wissenschaftlich ausgewählt werden, um den gesamten Rechenzeitbedarf zu reduzieren und die Genauigkeit der Vorhersage zu garantieren? 2. Wie können die FE-Systeme der zu berechnenden Zwischenzustände des dünnwandigen Werkstücks effizient und automatisch erstellt werden? 3. Wie können die erstellten FE-Systeme der zu berechnenden Zwischenzustände des dünnwandigen Werkstücks effizient und genau gelöst werden, um die variierenden statischen und dynamischen Eigenschaften des Werkstücks vorherzusagen? Zunächst wird eine Schnittstelle zwischen der virtuellen Fertigung und der FE-Simulation eines dünnwandigen Werkstücks entwickelt. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Methoden zur effizienten und genauen FE-Simulation aufgegriffen. Anschließend werden die Mechanismen zur Auswahl der zu berechnenden Zwischenzustände des dünnwandigen Werkstücks erforscht. Alle entwickelten Methoden werden in ein Softwareframework als separate Softwaremodule integriert. Zur Bewertung der entwickelten Methoden bzw. des Softwareframeworks werden umfangreiche Bearbeitungsversuche und Messungen durchgeführt. Es ist zu erwarten, dass die Effizienz und die Genauigkeit der FE-Simulation eines dünnwandigen Werkstücks durch die im Rahmen des Projektes entwickelten Methoden deutlich verbessert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Marcel Fey