Simulation des Wärmeeintrags verbessert Toleranztreue bei der Trockenbearbeitung

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

Durch den eingestellten Vorschub werden diese Bereiche abgetrennt, bevor die eingebrachte Wärme durch konduktive Wärmeleitvorgänge in die Endkontur des Werkstücks gelangen kann. Im Gegensatz dazu wird die Endkontur beim Gleichlauffräsen mit der maximal erhitzten Schneide bearbeitet, das heißt bei minimaler Spanungsdicke.

Thermoelemente zeigen Wärmestromdichte auf

Die Auswertung der thermischen Belastungen zeigt, dass die induzierte Wärmestromdichte durch das Einbringen von Thermoelementen in ein Werkstück experimentell bestimmt werden kann. Neben den eingestellten Prozessparametern wie Vorschub oder Schnitttiefe spielt auch die Form der Werkzeugschneide eine entscheidende Rolle.

So wurde exemplarisch gezeigt, dass mit zunehmendem Schneideckenradius rε die thermische Belastung der Probenkörper kontinuierlich zunimmt. Das in einem vorangegangenen Projekt ermittelte Modell konnte weiterentwickelt und um den Parameter Schneideckenradius erweitert werden.

Prozessstrategie beim Fräsen hat klaren Einfluss auf den Wärmeeintrag

Außerdem wurde festgestellt, dass die Prozessstrategie (Gleich-, Gegenlauf- oder Querlauffräsen) einen klaren Einfluss auf den Wärmeeintrag in das Bauteil hat. Es wird deutlich, dass für die Integration der Wärmestromdichte als Eingangsgröße für Simulationsprogramme das thermomechanische Verhalten der untersuchten Werkstoffe herangezogen werden kann.

Dieser Schritt ermöglicht vorab eine Beurteilung einzelner Fertigungsschritte im Hinblick auf die Einhaltung geforderter Fertigungstoleranzen. Im Blickpunkt weiterer Untersuchungen steht der Einfluss unterschiedlich beschichteter Wendeschneidplatten auf den Wärmeeintrag bei der trockenen Fräsbearbeitung.

Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze ist Bereichsleiter des Zentrums für Materialbearbeitung sowie Sprecher der Institutsleitung am Institut für Produktionstechnik (WBK) der Universität Karlsruhe (TH). Dr.-Ing. Rüdiger Pabst ist Oberingenieur der Gruppe Fertigungstechnologie im Zentrum für Materialbearbeitung am WBK. Dipl.-Ing. Jürgen Michna ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am WBK mit dem Forschungsschwerpunkt Trockenbearbeitung. Cand. mach. Thomas Hauer schreibt am WBK seine Diplomarbeit zum Thema „Experimentelle Untersuchung der Eingriffsbreite auf den Wärmeeintrag beim Fräsen“.

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