wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 48
INSTITUT
FORSCHUNG
K O O P E R AT I O N E N
Dissertationen
Entwicklung eines multimodalen Prozessmodells zur
Oberflächenkonditionierung beim Außenlängsdrehen
von 42CrMo4
Ziel des Vorhabens
Autor:
Dr.-Ing. Benedict Stampfer
Das Ziel der Arbeit ist es, analytische Prozessmodelle zur Vorhersage und Anpassung von
Oberflächenzuständen zu identifizieren, um das
kontrollierte Drehen von 42CrMo4 Stahl zu ermöglichen. Die angestrebten Oberflächenzustände
sind eine geringe Oberflächenrauheit, mechanisch
induzierte nanokristalline weiße Schichten und
kompressive Eigenspannungen.
bestätigt die Trends der empirisch-analytischen
Eigenspannungsmodelle. Dadurch werden robuste Modellabhängigkeiten identifiziert, die den Weg
für die Anpassung und Steuerung des Drehprozesses ebnen.
Ergebnisse
Es wurde festgestellt, dass bei der Außendrehbearbeitung von 42CrMo4 in der Regel keine durch
Thermomechanische Lasten hervorgerufenen Phasenveränderungen auftreten, die mit plötzlichen
Vorgehenweise
Härte- und Eigenspannungssteigerungen assoziiert
sind. Anstelle dessen entwickeln sich mechanisch
Die betrachteten Prozessparameter und somit
verursachte nanokristalline Randschichten, die in
Modellinputs sind die Schnittgeschwindigkeit,
Richtung der bearbeiteten Fläche einen Härteder Vorschub, die Schnitttiefe, die Trocken- und
anstieg zeigen. Die modellierten Zielparameter
Emulsionszerspanung, der Anlasszustand des
waren die Rautiefe Rz, die Steigerung der OberfläWerkstücks, der Eckradius des Werkzeugs und der
chenhärte und markante Werte der tangentialen
Werkzeugverschleiß. Die Oberflächentopographie
und axialen Eigenspannungsverläufe. Unter Anwird durch die Rauheit Rz quantifiziert, während
wendung linearer Regression, Auswahl von Variadie Oberflächenverfestigung und der mikrostrukblen und Methoden der Kreuzvalidierung wurden
turelle Zustand durch den Anstieg der Vickersanalytische und somit in Echtzeit nutzbare ModelHärte quantifiziert werden. Des Weiteren werden
le für die Prozesskräfte und die genannten Randdie axialen und tangentialen Normalbestandteile
zonen-Parameter ermittelt. Zur vertieften Analyse
des Werkstückspannungssensors analysiert. Die
der Ursachen von Eigenspannungen wurde ein
hohen Messkosten und die komplexen EntsteFE-Modell erstellt, bei dem Werkzeugeingriff durch
hungsmechanismen motivieren die Simulation von
thermomechanische Lasten am Werkstück simuliert
Werkstück-Eigenspannungen mittels der Finitewurde. Mit Hilfe der 3D-EigenspannungssimulatioElemente-Methode, die ebenfalls vorgestellt wird.
nen konnten auch Muster erkannt werden, die aus
Die FE-Simulation ermöglicht das Verständnis und
der Gesamtbetrachtung des Bauteils und
der Prozessbewegung
resultieren. So kann
beispielsweise die Verringerung der axialen
Oberflächenspannung
durch einen geringeren Vorschub mit der
Überlagerung mehrerer Werkzeugeingriffe
begründet werden. Die
so identifizierten, stabilen Modellzusammenhänge können zur Planung und Kontrolle von
Oberflächenzuständen
bei Außendreharbeiten
genutzt werden.
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Prozessregelkreis des DFG Projekts „Prozessintegrierte Softsensorik zur Oberflächenkonditionierung beim Außenlängsdrehen von 42CrMo4“
(Abbildung: wbk)
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Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
