Simulation der Zerspanung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode

Innerhalb der Großserienfertigung von Fahrwerkskomponenten im Werk Kassel von DaimlerChrysler tritt beim Formdrehen eines rotationssymmetrischen, geschmiedeten Bauteils ein Bruch der Schneidenspitze während des Erhöhens der Schnitttiefe um 165 % auf. Als Lösungsansatz ist der Einsatz einer anderen Schneidplatte mit zäheren Materialeigenschaften vorgesehen. Der Unterschied beider Platten besteht in der Spanleitgeometrie und dem Kobaltgehalt des Hartmetallverbundwerkstoffs. Unter Verwendung der FE- Spanbildungssimulation soll geklärt werden, ob die Zähigkeit als einziges Kriterium für die Beurteilung der Festigkeit ausreichend ist. Bei der Spanbildungssimulation besteht das Werkstück aus einem Ausschnitt der Welle. Dem Werkstück werden die Materialeigenschaften von Cf53 zugewiesen. Als Werkzeug wurde die Wendeschneidplatte direkt als CAD-Datensatz eingefügt und zunächst als Starrkörper modelliert. Sie erhält lediglich die Schnittgeschwindigkeit als Randbedingung aufgeprägt. In der 2. Simulation wird das Werkstück gelöscht. Am Werkzeug wird die Randbedingung der Schnittgeschwindigkeit durch die Randbedingung der Kontaktpunkte mit dem Werkzeughalter ersetzt und die Starrkörpereigenschaften durch die Materialeigenschaften des jeweiligen Substrats ausgetauscht. Dabei zeigt sich, dass die unterschiedlichen E- Moduln keinen Einfluss auf die berechneten Maximalspannungen haben. Anschließend werden die Spannungen nach der Normalspannungshypothese bestimmt. Als Simulationssoftware kommt das Programm >Deform-3D< von Scientific Forming Technologies Corporation zum Einsatz. Die Berechnung dauert zwischen 10 h und 15 h. Die Zeit zur Berechnung der Simulation der Normalspannungen beträgt < 5 min. Es ist zu erkennen, dass ab einer Schnitttiefenerhöhung um 80 % bei der originalen Auflagefläche die Biegefestigkeiten beider Substrate weit überschritten werden. Somit ist ein Bruch nicht mehr auszuschließen. Eine nur einseitig verwendbare Schneidplatte hält auch einer Schnitttiefenerhöhung um bis zu 165 % stand. Dies führt zu dem Schluss, dass die 2. Wendeschneidplatte wegen des geometrischen Querschnitts höhere Normalspannungen an der Oberfläche aufweist, obwohl sie aufgrund ihres größeren Kobaltgehalts eine höhere Zähigkeit besitzt. Der Einfluss des höheren Kobaltgehalts bei der Wendeschneidplatte 2 auf eine Verringerung der Bruchanfälligkeit sollte deshalb nicht als einziges Kriterium Berücksichtigung finden