Entwicklung von Fräswerkzeugen durch geometrische Simulationen

Zusammenfassung

Die Auslegung der Werkzeuggestalt ist ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung von Fräswerkzeugen. Insbesondere Formfräser oder Kombinationswerkzeuge, die gezielt auf eine bestimmte Bearbeitungsaufgabe angepasst sind, weisen eine komplizierte Werkzeugmakrogeometrie auf, durch die eine parallele Bearbeitung mehrerer Funktionsflächen ermöglicht wird. Es resultiert jedoch ein hoher Entwicklungsaufwand mit einem iterativen Vorgehen bestehend aus der Konstruktion von Prototypen und anschließenden Einsatzuntersuchungen. Zur Reduktion der notwendigen Iterationsschleifen und zur Unterstützung des Konstruktionsprozesses wurde im Rahmen dieser Arbeit eine geometrische Materialabtragssimulation in den Entwicklungsprozess von Fräswerkzeugen integriert. Dazu wurde ein neues Kontaktzonenmodell entwickelt, das die Eingriffsberechnung der Span- und Freifläche einzelner Schneiden in Echtzeit ermöglicht. Weiterhin wurde ein Optimierungsalgorithmus qualifiziert, der auf Basis der Simulationsergebnisse und der Randbedingungen einer gültigen Werkzeuggeometrie die Werkzeuge gezielt optimiert. Das Potential der Simulation wurde in einem ersten Anwendungsfall anhand eines neuartigen Walzenstirnfräsers mit runden anstatt rechteckigen Wendeschneidplatten gezeigt, indem die Radialkraft als prozesslimitierende Größe gegenüber konventionellen Werkzeugen um 22% reduziert wurde. In einem zweiten Anwendungsfall wurde ein Formfräser zur Herstellung von Statoren hydraulischer Verdrängermotoren entwickelt, wobei das maximale Schnittmoment als wesentliche Prozessgrenze um 35% gesenkt wurde.

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Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2021
ISBN-Online: 978-3-95900-541-8
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem IFW
Band: 01/2021
Sprache: Deutsch
Seiten: 141
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

1. Vorwort Kein Zugriff
2. Kurzfassung Kein Zugriff
3. Abstract Kein Zugriff
4. Inhaltsverzeichnis Kein Zugriff
5. Formelzeichen und Abkürzungen Kein Zugriff
1 Einleitung Kein Zugriff Seiten 1 - 2
1. 2.1 Sonderwerkzeuge in der Fräsbearbeitung Kein Zugriff
2. 2.2 Entwicklung von Werkzeugen für die Fräsbearbeitung Kein Zugriff
3. 2.3 Modellierung und Simulation von Zerspanprozessen Kein Zugriff
4. 1. 2.4.1 Konstitutive Beziehungen Kein Zugriff
  2. 2.4.2 Randbedingungen Kein Zugriff
  3. 2.4.3 Materialtrennung Kein Zugriff
  4. 2.4.4 FEM in der Werkzeugentwicklung Kein Zugriff
5. 1. 2.5.1 Materialabtragsmodelle Kein Zugriff
  2. 2.5.2 Kontaktzonenmodelle Kein Zugriff
  3. 2.5.3 Kontaktmodellierung der Freifläche Kein Zugriff
  4. 2.5.4 Technologische Modelle Kein Zugriff
  5. 2.5.5 Technologische Simulation in der Werkzeugentwicklung Kein Zugriff
6. 2.6 Fazit zum Stand des Wissens Kein Zugriff
3 Zielsetzung und Vorgehensweise Kein Zugriff Seiten 33 - 34
1. 1. 4.1.1 Versuchsmaschine Kein Zugriff
  2. 4.1.2 Werkzeuge Kein Zugriff
  3. 4.1.3 Versuchsaufbau Kein Zugriff
2. 1. 4.2.1 Kraftmessung Kein Zugriff
  2. 4.2.2 Leistungsmessung Kein Zugriff
3. 4.3 Versuchswerkstoff Ti-6Al-4V Kein Zugriff
4. 4.4 Versuchswerkstoff 42CrMo4 Kein Zugriff
5. 4.5 Empirische Bestimmung der Kraftkoeffizienten Kein Zugriff
6. 4.6 Berücksichtigung von Abweichungen des Werkzeugsystems Kein Zugriff
1. 5.1 Anforderungen an die technologische Simulation Kein Zugriff
2. 5.2 Diskretisierung des Werkzeugs und der Werkzeugbewegung Kein Zugriff
3. 5.3 Berechnung der Eingriffsbedingungen Kein Zugriff
4. 5.4 Orientierte Abtastung des Spurvolumens Kein Zugriff
5. 5.5 Kraftmodellierung Kein Zugriff
6. 5.6 Erstellung und Parametrierung der Werkzeuggeometrie Kein Zugriff
7. 1. 5.7.1 Verifizierung der Eingriffsberechnung der Spanfläche Kein Zugriff
  2. 5.7.2 Verifizierung der Eingriffsberechnung der Freifläche Kein Zugriff
8. 1. 5.8.1 Validierung der Kraftberechnung Kein Zugriff
  2. 5.8.2 Validierung der Drehmomentberechnung Kein Zugriff
9. 1. 5.9.1 Bewertung der Simulationsgeschwindigkeit Kein Zugriff
  2. 5.9.2 Erfüllung der Anforderungen Kein Zugriff
1. 1. 6.1.1 Zulässigkeit der Werkzeuggeometrie Kein Zugriff
  2. 6.1.2 Vollständigkeit der schneidenden Kontur Kein Zugriff
  3. 6.1.3 Zulässigkeit der Eingriffsbedingungen Kein Zugriff
2. 1. 6.2.1 Auswahl des Optimierungsverfahrens Kein Zugriff
  2. 6.2.2 Wahl der Startwerte und des Konvergenzkriteriums Kein Zugriff
  3. 6.2.3 Einbringung der Nebenbedingungen Kein Zugriff
1. 7.1 Vorgehensweise zur Simulation und Optimierung der Werkzeugmakrogeometrie Kein Zugriff
2. 1. 7.2.1 Referenzprozess Kein Zugriff
  2. 7.2.2 Festlegung der Eingangsgrößen Kein Zugriff
  3. 7.2.3 Optimierung der Makrogeometrie Kein Zugriff
  4. 7.2.4 Konstruktion des Grundkörpers Kein Zugriff
  5. 7.2.5 Validierung durch experimentelle Untersuchungen Kein Zugriff
  6. 7.2.6 Festlegung der Eingangsgrößen der zweiten Iteration Kein Zugriff
  7. 7.2.7 Optimierung der Makrogeometrie der zweiten Iteration Kein Zugriff
  8. 7.2.8 Konstruktion des Grundkörpers der zweiten Iteration Kein Zugriff
  9. 7.2.9 Experimentelle Untersuchung der zweiten Iteration Kein Zugriff
3. 1. 7.3.1 Referenzprozess Kein Zugriff
  2. 7.3.2 Festlegung der Eingangsgrößen Kein Zugriff
  3. 7.3.3 Optimierungsschleife Kein Zugriff
  4. 7.3.4 Validierung durch experimentelle Untersuchungen Kein Zugriff
4. 7.4 Bewertung der Werkzeugentwicklung mit geometrischen Simulationen Kein Zugriff
8 Folgerungen für die Praxis Kein Zugriff Seiten 124 - 125
9 Zusammenfassung und Ausblick Kein Zugriff Seiten 126 - 128
Literaturverzeichnis Kein Zugriff Seiten 129 - 139
Lebenslauf Kein Zugriff Seiten 140 - 141