Entwicklung und Validierung eines generischen Temperaturmodells für Fräswerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 494849240

Hauptziel des Vorhabens ist der Aufbau und die Validierung eines Temperaturmodells für industriell eingesetzte Fräswerkzeugeometrien im trockenen 3-achsigen Bearbeitungsprozess von Stahl der Sorte C45E. Dazu soll eine geometrische Eingriffssimulation inkl. Kraftmodell, welche auf einem Mehrskalenansatz basieren, um ein Temperaturmodell auf Basis von GREEN’s Funktionen erweitert werden. Eingangsgröße des Modells werden, neben spezifischen Zerspankraftkoeffizienten, prozessparameterabhängige spezifische Wärmestromanteile ins Werkzeug sein. Diese Größen werden einerseits im Rahmen von experimentellen Orthogonalschnitten und numerischen, zweidimensionalen FEM-Zerspansimulationen ermittelt. Teilziel ist es aus den experimentellen und numerischen Versuchen eine Materialdatenbank aufzubauen, deren Ein- und Ausgangsgrößen schließlich über eine Regression modellhaft zusammengefasst werden. Dieses Regressionsmodell wird dann in das Gesamtmodell integriert und wird mit der Datenbasis auf einem aktuellen Stand gehalten.Das Gesamtmodell. bestehend aus geometrischer Eingriffssimulation, Kraftmodell, Temperaturmodell und Regressionsmodell für spezifische Kenngrößen soll so in der Lage sein, neben den lokalen, zeitveränderlichen Kräften an der Schneidkante ebenso auch zeitveränderliche Temperaturfelder entlang der Schneidkante und innerhalb des Werkzeugkeils zu simulieren. Hauptziel ist letztlich die zeitveränderlichen Kraft- und Temperaturverläufe entlang der Schneidkante in einem Experiment unter realen Prozessbedingungen, jedoch ohne Einsatz von Kühlschmierstoff, zu validiert. Dabei sollen Fräswerkzeuge mit signifikant unterschiedlichen Geometrieformen (z.B. Schaftfräser, Kugelkopffräser, unterschiedliche Durchmesser, Schneidenanzahl) sowie Prozessparameter untersucht werden. Das Vorhaben stellt folgende Arbeitshypothese auf: Es ist im Zuge eines Mehrskalenansatzes möglich, zeitveränderliche Temperaturverläufe für industriell eingesetzte Fräswerkzeuggeometrien und Prozessparameter analytisch, durch eine Eingriffssimulation und ein gekoppeltes Temperaturmodell, zu prädizieren.Das Arbeitsprogramm wird insgesamt aus fünf Arbeitspaketen bestehen. In AP 1 soll ein analytisch-physikalisches Simulationsmodell für parametrierbare Werkzeuge und beliebige Eingriffsbedingungen im 3-achsigen Fräsprozess aufgebaut werden. Eingangsgrößen in dieses Modell sind spezifische thermische und mechanische Kenngrößen, welche aus empirischen (AP 2) und numerisch-virtuellen (AP 3) Experimenten induktiv ermittelt werden. Aus den Kenngrößen wird in AP 4 eine Datenbank sowie ein Regressionsmodell (AP 4) abgeleitet. Die Zusammenführung der Einzelentwicklungen findet schließlich in AP 5 im Rahmen eines deduktiven Validierungsschrittes für den realen, trockenen Fräsprozess und das Gesamtmodell statt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen