Bearbeitet durch die Fertigungstechnik des IWT

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 570 „Distortion Engineering“ wird im Teilprojekt A4 der Einfluss der spanenden Bearbeitung auf den Bautzeilverzug analysiert. Neben der Werkstückeinspannung wurde bisher insbesondere die Entstehung von Zerspan­eigen­span­nun­gen betrachtet, die im Bauteil gespeichert an die Wärmebehandlung weitergegeben werden und zu weiteren Formabweichungen führen können. Ziel der Arbeiten ist es, ein grundlegendes, in sich geschlossenes Verständnis über die Entstehung von Verzügen und Verzugspotenzialen infolge spanender Bearbeitung zu erlangen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Herstellung von Wälzlagerringen der spanenden Bearbeitung eine Schlüsselposition hinsichtlich der Verzugsentstehung zukommt: Die Einspannung führt zu elastischen Werkstück­ver­for­mungen, die einen unterschiedlichen Materialabtrag während der Drehbearbeitung zur Folge haben, woraus polygonförmige Rundheitsabweichungen entstehen (Bild 1). Zusätzlich werden Eigenspannungen eingebracht, die diese Rundheitsabweichungen verringern. Beim Härten werden die Eigenspannungen abgebaut, so dass der Rundheitsfehler wieder größer wird.

Bild 1: Simulierte elastische Werkstückverformung für unterschiedliche Spannfutter (nicht maßstabsgetreu)

Neben experimentellen Arbeiten werden im Teilprojekt A4 vor allem Simulationsrechnungen zur Werkstückverformung durch das Einspannen und zur Entstehung von Zerspan­eigen­span­nungen und den daraus resultierenden Formabweichungen mittels der Finite-Elemente-Methode durchgeführt (Bild 2). Auf diese Weise lassen sich die dem Verzug zugrunde liegenden Entstehungsmechanismen besser untersuchen, da die im Prozess wirkenden thermischen und mechanischen Lasten als Ergebnis der Simulationen ausgegeben werden. Aus den experimentellen und theoretischen Grundlagen­unter­suchungen wurden erste Ansätze für Zerspan- und Spannstrategien entwickelt, mit denen sich der Rundheitsfehler bei der Weichbearbeitung von Wälzlagerringen minimieren lässt. Für eine Analyse von Formänderungen bzw. Verzug durch die Wärmebehandlung werden in enger Kooperation mit Projekten des A-Bereichs teilprojektübergreifende, statistische Versuchspläne erarbeitet und durchgeführt.

Bild 2: Simulierte, eigenspannungsbedingte Werkstückverformung

Im aktuellen Förderzeitraum des SFBs soll der Einfluss des Abtrags von Eigenspannungen bei gleichzeitigem Neueintrag durch den Spanbildungsprozess mit in die Analysen einfließen. Für die Simulation der Werkstückverformung beim Spannen von Werkstücken sollen Aufmaßschwankungen resultierend aus dem Umformprozess ebenfalls berücksichtigt werden. Untersuchungen zur Verzugsbeeinflussung und zur resultierenden Bauteilqualität durch die Hartfeinbearbeitung von mittels Distortion Engineering hergestellten Bauteilen vervollständigen die Arbeiten des Teilprojekts im laufenden Förderzeitraum.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Ekkard Brinksmeier - brinksmeier@iwt-bremen.de Dipl.-Phys. Jens Sölter – soelter@iwt-bremen.de