Entwicklung eines Modells zur Berechnung und Kompensation thermo-elastischer Form- und Maßfehler bei der Trockenbearbeitung

  Thermographiebilder Spanabtrag Urheberrecht: WSA Thermographiebilder des orthogonalen Schnitts auf einer Räummaschine zu aufeinander folgenden Zeitpunkten.

Die Trockenbearbeitung zählt zu den bedeutendsten Entwicklungen innerhalb der Fertigungstechnik. Ein zentrales Problem ist die gegenüber der Nasszerspanung wesentlich stärkere Bauteilerwärmung, aus der Form- und Maßfehler resultieren. Es ist bis heute nicht möglich, ausgehend von der Rohteilkontur und in Abhängigkeit von Bearbeitungsfolge und Schnittbedingungen die bei einer Trockenbearbeitung zu erwartenden Form- und Maßfehler durchgängig zu berechnen. Bei den bisher veröffentlichten Modellen muss der Wärmeeintrag in das Bauteil experimentell bestimmt werden. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines durchgängigen Berechnungsmodells zur Vorherbestimmung der bei einer Trockenbearbeitung von Bauteilen zu erwartenden thermisch bedingten Verformung und deren Kompensation. Der innovative Ansatz des Vorhabens besteht darin, mit Hilfe der FEM-Simulation des Spanbildungsvorganges den Wärmeeintrag (Wärmequellterm) in das Bauteil in Abhängigkeit von den Bearbeitungsparametern zu berechnen. Mit dem ermittelten Wärmequellterm erfolgt die FEM-Berechnung der thermisch bedingten Bauteilverformung. Das Berechnungsmodell bietet damit die Möglichkeit, für ein rotationssymmetrisches Bauteil, ausgehend von der Rohteilkontur und in Abhängigkeit von den Bearbeitungsparametern die Bauteilverformung zu berechnen und diese durch eine gezielte Variation der Schnittparametern und Schnittaufteilung zu minimieren, ohne den Wärmeeintrag in das Bauteil vorab experimentell ermitteln zu müssen.

 

Projektdetails

Mitarbeiter

Projektlaufzeit

09/2010 – 08/2016

Gefördert durch

DFG

Kooperationspartner

  • Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Werkzeugmaschinenlabor, RWTH Aachen

Infrastruktur

  • Zwei-Farben-Pyrometer (Fire 2.0)
  • Hochgeschwindigkeit-IR-Kamera (Infratec, ImageIR 5325, MWIR), 50mm-Objektiv und Mikroskopoptik: 30μm/Pixel
  • Hochgeschwindigkeits-IR-Kamera (Flir/Cedip, JadeIII, LWIR), 50mm-Objektiv und Mikroskopoptik: 13μm/Pixel
  • Schwarzer-Flächenstrahler (Kalibrierung von IR-Kameras im Temperaturbereich: 20-125 °C)
  • Hohlkörperstrahler (Kalibrierung von Pyrometern im Temperaturbereich bis 1200 °C)
  • Servohydraulische Prüfmaschine mit pneumatisch verfahrbarer Heizeinrichtung

Durch den Kooperationspartner bereitgestellt                                                         :

  • Drehmaschine, Weisser Frontor M, Monforts RNC 400plus

Räummaschine Forst RASX 8x2200x600 M / CNC