Entwicklung und experimentelle Verifikation eines Simulationstools für die Prognose und Beeinflussung der dynamischen und thermischen Wechselwirkungsprozesse beim Zerspanen

用于预测和影响加工过程中动态和热相互作用过程的仿真工具的开发和实验验证

• 批准号: 5448885
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Peter Eberhard
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Priority Programmes
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2004-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5448885?language=en
• 关键词: Entwicklung; und; experimentelle; Verifikation; eines

Die Herstellung von Produkten mit Hilfe von Zerspanprozessen stellt einen maßgeblichen Teil der modernen Fertigungsindustrie dar. Trotz einer großen Anzahl von Untersuchungen spanender Fertigungsverfahren existiert bis heute noch kein allgemein gültiges Prozessmodel des Zerspanens sowie seiner Wechselwirkungen mit den Maschinenstrukturen und Werkstücken. Das Ziel des gesamten Forschungsvorhabens ist die Identifikation und mathematische Beschreibung der dynamischen und thermischen Wechselwirkungen zwischen dem Zerspanprozess, der beteiligten Maschinenstruktur und dem Werkstück. Am Ende des mit einer Laufzeit von 6 Jahren geplanten Projekts soll ein Simulationswerkzeug für die Prognose und gezielte Beeinflussung der dynamischen und thermischen Wechselwirkungen zwischen Zerspanprozess, Maschinenstruktur und Werkstück beim Zerspanen metallischer Werkstoffe zur Verfügung stehen. Das zu entwickelnde Simulationswerkzeug setzt sich aus drei gekoppelten Modulen zusammen: ein Modul zur Simulation des dreidimensionalen Zerspanprozesses auf Basis der Diskrete Elemente Methode (DEM), sowie jeweils ein Modul zur Simulation des dynamischen und thermischen Verhaltens der mechanischen Struktur von Werkzeugmaschinen. Letztendlich werden die Module zu einer einheitlichen Simulationsumgebung gekoppelt. Die einzelnen Module sowie das gesamte Simulationswerkzeug werden kontinuierlich in ihren jeweiligen Entwicklungsstufen experimentell verifiziert. In der ersten Projektphase wurden ein auf den Methoden der Diskrete Elemente Methode (Molekulardynamik) basierendes Modell des orthogonalen Zerspanprozesses und ein analytisch- experimentelles 2-dimensionales Zerspanmodell entwickelt und durch experimentelle Untersuchungen und FE-Vergleichsrechnungen validiert. Das Zerspanmodell ist kinetisch und kinematisch an ein elastisches dynamisches Mehrkörpersimulationsmodell der Maschinenstruktur gekoppelt worden. In der zweiten Projektphase wurden das DEM-Zerspanmodell sowie das als Referenz herangezogene FEM-Zerspanmodell um die thermischen Prozesse erweitert. Ein besonderer Schwerpunkt war die Verbesserung der Numerik des DEM-Modells. Parallel hierzu wurden experimentelle Untersuchungen der Temperaturverteilung in der Zerspanzone sowie in der Maschinenstruktur durchgeführt und für die Verifikation der entwickelten Modelle eingesetzt. Abschließend wurde das Zerspanmodell mit einem Mehrkörpermodell gekoppelt, um dynamisch- thermische Wechselwirkungen beim Zerspanen zu simulieren. In der beantragten dritten Phase des Forschungsvorhabens ist vorgesehen, den Zerspanprozess vom bisher betrachteten orthogonalen Zerspanprozess auf dreidimensionale Prozesse zu erweitern. Als Basis hierfür dient ein Drehprozess. Die bisher erarbeiteten Zerspanmodelle sollen dementsprechend erweitert werden, wobei dann auch thermische Aspekte berücksichtigt werden. Zur Verifikation der Modelle werden experimentelle Untersuchungen der Zerspankräfte und der Temperaturverteilung in den Zerspanzonen durchgeführt. Das DEM-Modell wird dann mit einem Modell der Maschine kinematisch und kinetisch gekoppelt. Die Co-Simulation wird durch die experimentelle Betriebsschwingungsanalyse verifiziert und validiert. Somit entsteht ein gekoppeltes dreidimensionales Simulationsmodell für den gesamten Bearbeitungsprozess, welches die kinetischen, kinematischen und thermischen Wechselwirkungen zwischen Zerspannprozess und Maschinenstruktur abbildet und somit die Prognose und gezielte Beeinflussung des gesamten dynamischen Maschinenverhaltens ermöglicht.

这是一项现代化的工业生产计划。Trotz einer groçen Anzahl von Untersuhugen Spander Fertiwarggsverfahren existiert bis height noch kein allgemin gültiges ProzessModel des Zerspanens Sowie seiner Wechselwirkungen MIT den Maschinenstrukturen and Werkstücken.Das ziel des gesamten Forschungsvorhabens ist Dififikation and数学Beschreibung der Dynamischen and thermischen Wechselwirkungen zwichen Dem Zerspanprozess，der deeiligten Maschinenstrukut and Dem Werkstück.Am Ende des MIT einer Laufzeit von 6 Jahren Gaufzeen Projekts soll ein Simulationswerkzeug für die projekts and gezielte beeflumusung der Dynamischen and thermischen Wechselwirkungen zwichen Zerspanprozess，Maschinenstrukut and Werkstück bem Zerspanen metischer Werkstoffe zur Verfügung stehen.Das zu entwickelnde Simulationswerkzeug setzt sich Aus drei gekoppelten modulen zusamman：Ein Modul zur Simulation des dreiDimsionalen Zerspanprozses auf base der Diskrete Elemente Methode(DEM)，Sowie Jeweils ein Modul zur Simulation des Dynamisischen and thermischen Verhalchen der Machisischen Von Werkzeugmaschinen.我们把模组放在一起，模拟了一种新的模式。在这一过程中，所有的模块都被用来进行实验验证。在更大的工程阶段中，我们在方法和Diskrete Elemente方法(MolekularDynamik)的基础上提出了正交化的模型和分析实验中的二维实验方法。作为Zerspanmodell的运动学和运动学是一种弹性动力系统，它模拟了Maschinenstrukut gekoppelt Worden的模型。在DER Zweiten Projekt阶段，Wurden das DEM-Zerspanmodell Sowie das Als Referenz Herangezogene FEM-Zerspanmodell um die thermischen Prozesse erweitert.在战争中，施韦尔朋克的战争是一场战争。在零点区域内进行的平行实验中，温度与温度之间的关系是相互联系的，而不是相互联系的。这句话的意思是：如果你不想再做任何事情，你就不能再做任何事情了。在过去的一段时间里，我们的生活经历了两个不同的阶段：一个Zerspanprozess和一个Zerspanprozess；这是一种很好的学习方法。他说：“我不知道该怎么做，但我不能这么做。”Zur Verifikation der Modelle是在Zerspanzonen DurchgefüHRT的Zerspanzonen DurchgefüHRT中进行的实验。Das DEM-MODELL将与机器的运动和运动模型一起工作。模具联合仿真将持续进行模具实验，分析验证和有效性。它包含了一个模型和模型，其中包括运动、运动和其他运动，以及它们的未来和未来。