InSituMat

Der klassische Ansatz zur Auslegung von Präzisionswerkzeugen basiert überwiegend auf Zerspanversuchen, die mit hohem Energie-, Material- und Zeitaufwand verbunden sind. Dies ist vor allem bei der Auslegung der Schneidkeilgeometrie oder bei der Gestaltung von Spanleitstufen aufgrund der großen Anzahl an Variationsmöglichkeiten mit hohen Aufwänden verbunden. Finite-Elemente-Berechnungen bieten hier einen geeigneten Ansatz, um die hohen Versuchsaufwände zu reduzieren.

Um die Simulationen zielgerichtet einsetzen zu können und realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten, ist vor allem die Beschreibung des Materialverhaltens als Eingangsgröße der Simulation von entscheidender Bedeutung. Gerade vor dem Hintergrund der enormen Bandbreite metallischer Werkstoffe und sich rasant weiterentwickelnder Materialien bieten die Simulationssysteme oft keine ausreichenden Modelle bzw. Modellparameter an. Zudem ist die Validität der hinterlegten Werte oft nicht nachprüfbar.

Abbildung3FEM-basierteWerkzeug-undProzessauslegung_thumbnail.jpg

FEM-basierte Werkzeug- und Prozessauslegung

Vor allem Zerspanprozesse stellen besondere Anforderungen an die Beschreibung des Materialverhaltens, da die elasto-plastischen Umformvorgänge unter vergleichsweise großen Verformungen, Verformungsgeschwindigkeiten und Temperaturen stattfinden. Um das Materialverhalten bei diesen extremen Bedingungen möglichst realitätsnah beschreiben und für Finite-Elemente-Systeme nutzbar machen zu können, sind Kennwerte erforderlich, mit deren Hilfe sich das Verhalten im Lastkollektiv der Zerspanung beschreiben lässt. Diese werden materialspezifisch in konstitutive Gleichungen eingesetzt, um die Werte der Fließspannung in Abhängigkeit des jeweiligen Lastzustands zu berechnen. Der Forschungsansatz liegt in der Entwicklung einer Methode zur Bestimmung von Materialkennwerten für die konstitutive Modellierung metallischer Materialien. Es existieren bereits unterschiedliche Ansätze, die allerdings in der Regel nicht alle relevanten Einflussgrößen aus dem Belastungskollektiv des Prozesses bestimmen und zudem meist sehr aufwendig sind. Aus verschiedenen Vergleichsuntersuchungen zwischen simulierten Prozessen und Zerspanversuchen geht hervor, dass die Abbildungsgüte von Materialmodellen, die mit aktuellen Methoden ermittelt wurden, in vielen Fällen nicht ausreicht.

Diesen Problemen soll durch ein neues Messkonzept begegnet werden. Ausgehend von einem inversen Ansatz, also der Bestimmung der Materialparameter direkt aus dem Prozess, wird dazu ein neuartiger Orthogonal-Prüfstand entwickelt und gebaut. Dabei wird die Idee verfolgt, die notwendigen Daten unter realitätsnahen thermomechanischen Bedingungen der Zerspanung zu bestimmen sowie Werkstoffphänomene auf Basis von Mikrostrukturanalysen zu untersuchen und modellhaft abzubilden.

Infoflyer InSituMat

 

Auf der Suche nach spannenden Herausforderungen in aktuellen und innovativen Forschungsfeldern? Themen für interessante Projekt- und Abschlussarbeiten finden Sie bei uns.

Hier klicken