Numerische Untersuchung der Eigenspannungsentwicklung für sequenzielle Zerspanungsprozesse

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Bauteile mit Verzahnungen werden durch hochproduktive spanende Fertigungsverfahren und vielschneidige Werkzeuge in mehrstufigen Prozessketten hergestellt. Der Eigenspannungszustand ist entscheidend für das Einsatzverhalten des Bauteils. Um das Potenzial der gezielten Einstellung der Randschichteigenschaften zu nutzen, ist es wichtig, die Eigenspannungsentwicklung in sequenziellen Zerspanungsprozessen zu verstehen. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen Prozessmodells für das Räumverfahren, das die Eigenspannungsentwicklung in der Randschicht vorhersagt. Dabei werden die Abhängigkeiten von mehrfacher sequenzieller Zerspanung, variablen Prozessstellgrößen und den Einflüssen der Prozesskette berücksichtigt. Das Räumverfahren wurde in einem 2D FE-Zerspanungsmodell abgebildet und in eine Simulationssequenz integriert, wobei der Randschichtzustand auf ein neues Werkstückmodell übertragen wird. Das Modell wurde durch experimentelle Räumversuche validiert. In einer univariaten Analyse der Einflüsse auf die Eigenspannungsentwicklung wurde der Verlauf der Eigenspannungstiefe durch fünf charakteristische Merkmale beschrieben. Es zeigte sich, dass der Eigenspannungszustand in der Bauteilrandschicht bei wiederholter Zerspanung weitgehend stabil bleibt, wobei die Merkmale dieses quasi-stationären Zustands signifikant von den Prozessstellgrößen beeinflusst werden und sich von den Ergebnissen einer singulären Zerspanung untersc