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Fakultät Maschinenbau

Abteilung Simulations- und Prozessentwicklung

Der Forschungsschwerpunkt der Abteilung Simulations- und Prozessent­wicklung liegt in der simulationsbasierten Analyse und Optimierung von NC-Bearbeitungsprozessen mit geometrisch bestimmter und unbestimmter Schneide (Abb.).

© ISF

Grund­lagen­unter­suchungen zu Bearbeitungsprozessen, beispielsweise dem Mikrofräsen von gehärtetem Schnellarbeitsstahl, gehören ebenso wie die simulationsgestützte Entwicklung innovativer Prozesse und Werkzeuge zur gezielten Einbringung von Oberflächenstrukturen auf Freiformflächen mittels Fräsen oder Schleifen sowie die Betrachtung der additiven und subtraktiven Prozesskette zu den Forschungsaktivitäten dieser Arbeitsgruppe.

Einen wesentlichen Schwerpunkt stellt gemeinsam mit dem Lehrstuhl XIV – Virtual Machining die Entwicklung von Prozesssimulationen zur Analyse und Optimierung von Fertigungsverfahren dar. Zur Analyse der simultan mehrachsigen Mikro- und Makrofräsbearbeitung komplexer Bauteilstrukturen, wie sie beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau oder in der Luftfahrttechnik gefordert werden, wird ein Simulationssystem ständig weiterentwickelt. Mit diesem können die wechselnden Eingriffsbedingungen während der NC-Bearbeitung komplexer Freiformflächen und die daraus resultierenden Werkzeugbelastungen, Temperatureinflüsse sowie der auftretende Werkzeugverschleiß untersucht werden. Dabei stellen die Modellierung und Analyse regenerativer Schwingungseffekte resultierend aus der Interaktion zwischen Materialabtrag und dem dynamischen Verhalten des Werkzeug-Werkstück-Maschine-Systems ein zentrales Forschungsthema dar. Neben der Frässimulation werden ebenfalls Simulationsmodelle für Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide – wie Schleifen und Honen – zur Vorhersage der resultierenden Oberflächentopographien entwickelt.

Das Einsatzgebiet dieser Simulationssysteme besteht nicht nur in der Analyse von Fertigungsprozessen und gegebenenfalls der Anpassung von Prozesspa­rameterwerten. Das Ziel der Entwicklungen besteht auch darin, die Simulation der Fertigungsprozesse bereits vor der eigentlichen Bearbeitung zur Prozess­auslegung sowie zur Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Spannvor­richtungen zu nutzen. Auch die Kopplung von Prozessmodellen mit Sensorik zur Prozessüberwachung und die Qualifizierung der Simulation für den Fabrik­planungsprozess stellen gerade im Zeitalter von Industrie 4.0 ein aktuelles Forschungsthema dar. Damit werden die Einsatzmöglichkeiten von Prozess­simulationen – von der detaillierten Analyse an der Werkzeugschneide über die Auslegung von Aufspanneinrichtungen und Maschinenkonzepten bis hin zur Fabrikplanung – in verschiedenen Grundlagenforschungsprojekten und industrienahen Kooperationen wesentlich erweitert.

 

Projekte

Komplexes Bauteil mit Werkzeug im Eingriff als Teaser © Breuckmann Frästechnik GmbH

Entwicklung eines prozesskettenverkürzenden Herstellungsverfahrens für die Fertigung von Druckgussformeinsätzen auf Basis einer simulationsgestützten Methodik und ressourceneffizienten Recyclingansätzen

© ISF

Grundlagenuntersuchung zum Einfluss einer Funktions­flächen­strukturierung von Fräswerkzeugen auf die Prozessstabilität

© ISF

Wirkmechanismen und Wechselwirkungen zur Grenzflächen- und Schneidkanten-konditionierung in der Mikrohartbearbeitung

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Prozessparameterkorrelierte Charak­teri­sierung des Kor­rosions­ermüdungs­verhaltens nachbehandelter licht­bogen­ge­spritzter ZnAl-Schichtsysteme

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Modellierung der achsstellungsabhängigen Prozessdynamik zur simulationsgestützten Optimierung der NC-Fräsbearbeitung von Freiformflächen

© ISF

Funktionalisierung von Werkzeug- topografien zur Material­fluss­steuerung und Stand­zeit­optimierung (SFB/TRR 73 Transferprojekt T07)

© ISF

Simulationsbasierte Auslegung von Hochleistungs-Innenrundschleifprozessen

Abgebildete mirkoskopische Oberfläche als TEaserbild © ISF

Grundlagenuntersuchung zu prozessstabilisierenden Dämp-fungseffekten beim Fräsen durch den Einsatz funktionell strukturierter Umfangsschneiden

© ISF

Biologisierte Spanntechnik (BioSpann)

Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von WC-Partikeln in Metallmatrix / Mikrostrukturierung der Schicht durch Mikrofräsen © ISF ​/​ LWT

CoatingStruc – Innovativer, hybrider Herstellungsprozess texturierter, thermisch¬gespritzter Oberflächensysteme zur Verbesserung von Reibungskoeffizienten um bis zu 10%

© ISF

Grundlagenuntersuchung zur Vermeidung des Regenerativeffekts in Fräsprozessen durch gezielte Auslegung von Werkzeugen mit asymmetrischen dynamischen Eigenschaften

Mikrofräser mit Zoom auf die die Hartmetallspäne als Teaser © ISF

Prozess- und Werkzeugentwicklung zur mikro­fräs­technischen Bearbeitung von Hartmetallen

© ISF

Lernbasiertes Clustering gestreamter Daten zur effizienten Modellierung und Vorhersage von Prozesscharakteristiken der Fräsbear-beitung durch Integration von Domänen-wissen – ClusterSim

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