Chapter 9. Simulation des Spanbildungsprozesses beim Hochgeschwindigkeitsfräsen

  1. em. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. mult. H. K. Tönshoff and
  2. Dr.-Ing. C. Hollmann
  1. F. Biesinger,
  2. J. Söhner,
  3. L. Delonnoy,
  4. C. Schmidt,
  5. V. Schulze,
  6. J. Schmidt,
  7. O. Vöhringer and
  8. H. Weule

Published Online: 30 SEP 2005

DOI: 10.1002/3527605142.ch9

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

How to Cite

Biesinger, F., Söhner, J., Delonnoy, L., Schmidt, C., Schulze, V., Schmidt, J., Vöhringer, O. and Weule, H. (2004) Simulation des Spanbildungsprozesses beim Hochgeschwindigkeitsfräsen, in Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe (eds H. K. Tönshoff and C. Hollmann), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG. doi: 10.1002/3527605142.ch9

Editor Information

  1. Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Universität Hannover, Schönebecker Allee 2, 30823 Garbsen, Germany

Publication History

  1. Published Online: 30 SEP 2005
  2. Published Print: 14 DEC 2004

ISBN Information

Print ISBN: 9783527312566

Online ISBN: 9783527605149

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Keywords:

  • Hochgeschwindigkeitsspanen;
  • Hochgeschwindigkeitsfräsen;
  • Simulation des Spanbildungsprozesses

Summary

Ziel dieses Verbundvorhabens war es, einerseits die Zerspankinetik beim Hochgeschwindigkeitsfräsen und andererseits das dabei relevante Werkstoffverhalten zu analysieren und in Form eines Spanbildungsmodells so aufzubereiten, dass mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente die Simulation der Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung erfolgen kann. Hierzu waren zunächst in fertigungstechnischen Untersuchungen die Zerspankinetik und die auftretenden Temperaturverteilungen zu bestimmen, um Klarheit über die relevanten Beanspruchungsparameter zu erhalten. Anschließend waren die sich ausbildenden Oberflächen und Randschichten von Werkstück und Span zu charakterisieren, um damit Verifikationen der Simulationsrechnungen vornehmen zu können. Zudem waren das mechanische Werkstoffverhalten bei den relevanten Verformungsgeschwindigkeiten und Temperaturen sowie das Umwandlungsverhalten in Form von ZTA-Diagrammen experimentell zu ermitteln. Die experimentellen Befunde und die daraus abgeleiteten Modellansätze sollten dann zu einem gemeinsamen Simulationsprogramm zusammengeführt werden und die mit diesem erhaltenen Ergebnisse abschließend durch Vergleich mit den experimentellen Beobachtungen verifiziert werden.

Ein wichtiges Resultat ist ein Simulationsmodell, das die Spanbildung, die entstehende Randzone, die entstehenden Späne und die wirkenden Prozessgrößen abbildet. Das Modell soll damit die Zerspanprozessoptimierung erlauben und eine bessere Prozessbeherrschung ermöglichen.

Objective of this project was to analyse the cutting kinetics of high speed milling on the one hand and the relevant material behaviour on the other hand to prepare a chip formation model usable to simulate the high speed milling process applying the finite element method. Therefore the cutting forces and temperature distributions were determined to get an idea about the relevant load parameters. Subsequently the microstructure of the surface layers of the workpiece and of the chip were characterised to verify the simulation procedure. Furthermore the mechanical material behaviour for the relevant strain rate and temperature as well as the phase transformation behaviour during short-time heating were identified. The experimental results and the model formulations are consolidated to a simulation program. The results obtained from the simulation program are finally verified by comparing with experimental observation.

An important result is a simulation model which represents the chip formation, the surface layers, the produced chips and the acting process characteristics. The model will be used to optimize the cutting process and to allow a better control of the cutting process.