Numerische Entwicklung von Strategien zur Kompensation thermisch bedingter Verzüge beim Bohren von 42CrMo4

Im Bereich der spanenden Bearbeitung von metallischen Bauteilen werden zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit immer höhere Anforderungen an die Fertigungsprozesse gestellt. Diese müssen in gleichen Maßen wirtschaftlichen sowie technologischen Aspekten genügen. Dennoch kommt es immer noch vermehrt zu hohen und unerwünschten Produktionskosten durch auftretende Maß- und Formfehler.
Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der numerischen Entwicklung von Strategien zur Kompensation bzw. Reduktion von thermisch bedingten Bauteilverzügen beim Bohren von 42CrMo4. Zur Erreichung der Zielstellung wird hierfür ein 3D-FEM-Bohrsimulationsmodell mit beispielhaft sieben Bohrungen aufgebaut. Mithilfe dies Modells werden drei aufeinander aufbauende Methoden hinsichtlich ihrer Eignung zur Senkung des Wärmeeintrags bzw. Reduktion des Spannungszustands untersucht und optimiert.
Ausgehend von der Trockenbearbeitung beschäftigt sich die erste Methode mit der Reduktion des Gesamtwärmehaushalts durch geeignete Wahl der Prozessparameter in Kombination mit einer angepassten Bearbeitungsfolge. Auf Basis dieser Ergebnisse modelliert die zweite Methode den Einfluss von verschiedenen Kühlfluiden zur gezielten Steuerung der Abkühlvorgänge. Die Kühlfluide unterscheiden sich dabei im Wesentlichen anhand der Fluidtemperatur und des Wärmeübergangskoeffizienten. Die dritte Methode nutzt die Freiheitsgrade des elliptischen Fräsens zur gezielten Fertigung von unrunden Bohrungen. Die notwendige Werkzeugbahn wird über eine Auswertung der Verzugsvektoren im Simulationsmodell anhand eines iterativen Verfahrens ermittelt.
Abschließend werden die aus den drei Methoden ermittelten Erkenntnisse gekoppelt und unter dem Gesichtspunkt der praktischen Anwendbarkeit in experimentellen Zerspanungsversuchen validiert.