Simulation and optimization of the in-service behavior of coated inserts for turning and milling

Titel in Übersetzung: Simulation und Optimierung des Betriebsverhaltens von beschichteten Schneidplatten beim Drehen und Fräsen

Ivan Krajinovic

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Diese Arbeit behandelt Finite Elemente Modellierungen eines Fräsprozesses, um die Werkzeugbelastungen zu bestimmen. Die Arbeit untersucht vor allem die Belastung eines beschichteten Hartmetallwerkzeugs, dessen Substrat aus feinkörnigem zementiertem Wolframkarbid mit 8% Kobalt Anteil besteht. Eine „Arbitrary Lagrangian-Eulerian“ (ALE) Formulierung wurde für die kontinuumsmechanische Modellierung des zweidimensionalen Schneid- und Fräsmodells verwendet. Der gesamte Fräsprozess wurde auch dreidimensional modelliert. Dabei wurden mehrere Zyklen untersucht, wobei ein Zyklus aus dem Schneid- und einem Abkühlungsprozess besteht. Für die Materialparameter der Beschichtung als auch des Substrates wurden sowohl gemessene als auch Literaturwerte verwendet. Das orthogonale Schneidmodell wurde für mehrere Schneidgeschwindigkeiten und Schneidtiefen validiert. Es konnte gezeigt werden, dass eine Schneidsimulation mit ALE Formulierung die Werkzeugbelastung gut widerspiegelt. Das zweidimensionale Fräsmodell wurde als Simulationssystem entwickelt, das über parametrische Studien Richtlinien für das Design von Werkzeugen liefert. Die Simulationen zeigen die Bedeutung der Beschichtungen als thermische Schilder auf. Durch diesen thermischen Schutz erfolgt eine geringere Plastizierung im Hartmetall. Die Werkzeugbelastung kann für unterschiedliche thermo-mechanische Materialparameter ermittelt werden. Auch der Einfluss unterschiedlicher Reibwerte zwischen Werkstück und Beschichtung auf die Temperatur- und damit Schädigungsentwicklung wurde untersucht. Das dreidimensionale Fräsprozessmodell erlaubt die Berechnung von Spannungs- und Dehnungsfeldern in Abhängigkeit vom Prozessverlauf, d.h. Aufheiz- und Abkühlprozesse während mehrerer Fräsvorgänge. Durch die dreidimensionale Modellierung können die Spannungen in der dritten Raumrichtung erfasst werden, welche während des Abkühlvorganges entstehen. Diese Spannungen sind für die Entstehung von Kammrissen verantwortlich, welche sehr oft die Lebenszeit des Werkzeuges beenden. Das Modell berechnet die höchsten Spannungen an den Stellen des Werkzeuges, an denen auch die Bildung von Kammrissen festgestellt wird. Das Modell beschreibt auch die plastische Verformung im Inneren des Substrats während der ersten Fräszyklen. Diese Verformungen entstehen bei sehr hohen Vergleichsspannungen bei gleichzeitig niederen Temperaturen.
Titel in ÜbersetzungSimulation und Optimierung des Betriebsverhaltens von beschichteten Schneidplatten beim Drehen und Fräsen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Daves, Werner, Betreuer (intern)
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
  • Mitterer, Christian, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

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