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Fakultät Maschinenbau

Grund­lagen­unter­suchungen zur Modellierung und Simulation des Materialabtrags bei der Schneidkantenpräparation durch abrasives Nassstrahlspanen

Die Leistungsfähigkeit von Zerspanungswerkzeugen lässt sich durch eine zielgerichtete Schneidkantenpräparation erheblich steigern. Bezogen auf den Materialabtrag durch die Präparation wird die Mikrogestalt an der Schneidkante häufig mithilfe der mittleren Schneidkantenverrundung zur Quantifizierung der Verrundungsgröße und des Formfaktors als Indikator für die Orientierung der Verrundung beschrieben. Die Einstellung beider Kenngrößen ermöglicht eine gezielte und anwendungsbezogene Auslegung der Schneidkantenmikrogestalt von Zerspanungswerkzeugen. Das abrasive Nassstrahlspanen bietet in diesen Zusammenhang eine flexible Einstellbarkeit dieser Kenngrößen. Bezogen auf die Prozesssteuerung ist das Verfahren jedoch äußert komplex, da es durch eine Vielzahl an Prozesseinstellgrößen gekennzeichnet ist. Ausreichende Er­kenntnisse über deren Wechselwirkung liegen bisweilen nicht vor, sodass häufig ein hoher Einrichtungsaufwand für den Nassstrahlspanprozess erfor­derlich ist, um das gewünschte Präparationsergebnis zu erzielen.

Das wissenschaftliche Ziel im hier beschriebenen Projekt mit dem Kurztitel „StrahlSim“ ist die Entwicklung einer leistungsfähigen Modellierung für die Simulation des Materialabtrags beim abrasiven Nassstrahlspanen zur Schneidkantenpräparation. Hierzu werden grundlegende Erkenntnisse über die Wirkzusammenhänge zwischen dem Abrasivstrahl und dem resultierenden Materialabtrag erarbeitet und in der Modellierung berücksichtigt. Insbesondere die Wechselwirkungen der Prozesseinstellgrößen liegen für die Prognose der Schneidkantenmikrogestalt mithilfe der Simulation im Fokus der Untersu­chungen.

Zur Entwicklung eines effizienten Modellierungsansatzes und auf Basis bisheriger Voruntersuchungen am Institut für Spanende Fertigung wird die Materialabtragssimulation im Rahmen dieses Projektes unter Verwendung von Dexel-Modellen umgesetzt. Der Strahlprozess ist dabei als Abtragsprozess zu verstehen, welcher in zeitlich diskreten Schritten einen Materialabtrag am räumlich diskret aufgelösten Werkstück verursacht. Die Entwicklung und Vali­dierung des Modells erfolgt in drei Schritten, wobei zunächst die charakteris­tische Abbildung des wirkenden Nassabrasivstrahls durch die Erzeugung eines parametrierbaren Materialabtragsmodells stattfindet. Der zweite Schritt umfasst die Weiterentwicklung und Validierung des Materialabtrags in der Simulation zur Anwendung der Schneidkantenpräparation an idealisiert aufgebauten Schnei­den.

Abschließend liegt der Fokus auf der Anwendung und Optimierung der Simula­tion für die Schneidkantenpräparation an komplexen Zerspanungswerkzeugen. Nach erfolgreichem Abschluss des Vorhabens ist die Wechselwirkung der Prozesseinstellgrößen beim abrasiven Nassstrahlspanen zur Präparation von Schneidkanten verstanden. Zudem steht eine Modellierung zur Verfügung, mit der die Schneidkantenmikrogestalt simulativ vorhergesagt werden kann.

© ISF
Untersuchungsaspekte und Entwicklungsstufen im Projekt „StrahlSim“