NSF/DFG Zusammenarbeit: Analyse der Verzug bestimmenden Faktoren beim Fräsen von Aluminium-Werkstücken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351381681

Dünnwandige monolithische Werkstücke aus Aluminium unterliegen während der Zerspanung einem eigenspannungsbedingten Verzug. Dieser Verzug verringert die Fertigungsgenauigkeit und kann in Abhängigkeit von der Höhe des Verzugs unerwünschte kostenintensive Nachbearbeitungen am Werkstück erforderlich machen oder gar zum Ausschuss führen. In diesem Vorhaben wird deshalb erforscht, wie der eigenspannungsbedingte Verzug beim Fräsen dünnwandiger monolithischer Werkstücke beherrscht werden kann. Hierzu werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und ein Finite Elemente Modell entwickelt, welches es ermöglicht, den Verzug des Werkstücks infolge des Fräsens vorherzusagen. Die im Trockenschnitt durchgeführten Experimente dienen dazu, Grundlagenwissen über die Auswirkung unterschiedlicher Einflussgrößen auf den Verzug zu erforschen. Solche Einflussgrößen sind z.B. die zum Fräsen gewählten Prozessparameter, die Werkstückgeometrie, die Einspannung oder die Höhe und Verteilung der im Grundwerkstoff vorliegenden Eigenspannungen. Darüber hinaus stellen die Versuchsergebnisse die Datenbasis für das Finite Elemente Modell dar. So können erforderliche Randbedingungen für das Finite Elemente Modell festgelegt und ein kontinuierlicher Abgleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen durchgeführt werden. Zur Bestimmung der Eigenspannungen im Werkstück werden die Röntgendiffraktometrie und die Contour Method eingesetzt. Vergleiche zwischen den mit beiden Verfahren erzielten Ergebnissen werden genutzt, um die Eignung der Verfahren für spezifische Messungen zu bewerten, wodurch beide Verfahren etabliert bzw. weiter verbessert werden können. Der Werkstückverzug entsteht aus der zerspanungsbedingten Beeinflussung im Grundwerkstoff vorliegender Eigenspannungen und den durch die Zerspanung in die Werkstückrandzone eingebrachten Eigenspannungen. Beide Anteile werden in dem Finiten Elemente Modell abgebildet. Dadurch wird es in Verbindung mit den Experimenten möglich sein, die Signifikanz der beiden genannten Anteile für den Verzug in Abhängigkeit von den weiteren Einflussgrößen zu bestimmen und mögliche Verknüpfungen zwischen den ursprünglich lokal im Werkstoff vorliegenden Eigenspannungen und der Signifikanz des jeweiligen Anteils abzuleiten. Aufbauend auf simulationsgestützt ermittelten Frässtrategien wird experimentell untersucht, ob der aus den Eigenspannungen im Grundwerkstoff resultierende Verzug des Werkstücks durch eine entsprechend ausgelegte Frässtrategie beherrscht bzw. durch zerspanungsbedingt eingetragene Eigenspannungen kompensiert werden kann. Ergebnis des Forschungsvorhabens wird eine deutlich verbesserte Fertigungsgenauigkeit beim Fräsen dünnwandiger monolithischer Werkstücke sein, welche sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Nachhaltigkeit bei der spanenden Bearbeitung solcher Werkstücke verbessert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Michael R. Hill; Professorin Dr.-Ing. Barbara Sabine Linke