Untersuchungen zur numerischen Simulation des Schleifhärteprozesses zur Berechnung von Temperaturverteilung, Gefügeumwandlung und Bauteilverzug

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Ein neuartiger Ansatz zur Nutzung der beim Schleifen entstehenden Prozesswärme zur fertigungsintegrierten Randschichthärtung von Stahlbauteilen ist das Schleifhärten. Das Härtungsergebnis kann beim Schleifhärten durch die Stellgrößen des Schleifhärteprozesses gesteuert werden. Aus eigenen wissenschaftlichen Arbeiten und einer Reihe von Untersuchungen zur Industrietauglichkeit des Schleifhärtens in Kooperation mit deutschen Firmen der Antriebstechnik ergibt sich zur Zeit folgender Wissensstand: Aufgrund der Vielzahl von Einflussgrößen auf das Härtungsergebnis sind für eine Prozessauslegung bisher experimentelle Untersuchungen sowie eine aufwändige werkstoffkundliche Analyse der schleifgehärteten Versuchswerkstücke unverzichtbar. Zudem wird der Eigenspannungszustand des Werkstückes aufgrund der hohen Energieeinbringung und Gefügeumwandlungen wesentlich verändert, wodurch sich Verzüge ergeben, die insbesondere bei komplexen Werkstückgeometrien nicht vorhersehbar sind. Ein weiterer Aspekt, der eine breite industrielle Einführung der Schleifhärtetechnologie gegenwärtig noch verzögert, ist der so genannte Härteschlupf. Vor diesem Hintergrund ist es die Zielsetzung des geplanten Forschungsvorhabens, ein Simulationsmodell zu entwickeln, mit dem der Schleifhärteprozess für Bauteile mit komplexen Geometrien durch numerische Berechnungen mit Hilfe der Finite- Elemente-Methode ausgelegt, der entstehende Bauteilverzug berechnet sowie die Entstehung des Härteschlupfes bei der Rundbearbeitung vermieden oder minimiert werden kann. Es soll somit ein auf der Finite-Elemente-Methode basierendes methodisches Vorgehen erarbeitet werden, das rechnergestützte Fallstudien für Bauteile komplexer Geometrie ermöglicht, anhand derer die praktische Einsetzbarkeit des Schleifhärteverfahrens für spezifische Anwendungsfälle untersucht sowie die Prozessführung und geeignete Bearbeitungsbedingungen rechnergestützt ermittelt werden können. Es wird erwartet, dass ein erfolgreicher Vorhabensabschluss die Voraussetzungen für eine breite industrielle Anwendung des viel versprechenden Schleifhärteprozesses liefern wird.