Parametrische Modellbildung, Prognose und Optimierung von Prozess-Struktur-Wechselwirkungen mit Hilfe von Mehrkörpermodellen und Implicit Filtering

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Ziel des beantragten Vorhabens ist es, zur Verbesserung des physikalischen Verständnisses der mechanischen Wirkzusammenhänge bei Prozess-Struktur-Interaktionen beizutragen und die gewonnenen Erkenntnisse in eine zielorientierte Optimierung der relevanten System- und Prozessparameter einfließen zu lassen. Dazu soll zunächst das vorliegende Mehrkörpermodell, das im Rahmen des ersten Antragszeitraums entwickelt wurde, um die elastische Koppeldynamik des Maschinenbetts erweitert werden. Ergänzend wird ein Modell der Maschinensteuerung in das Gesamtmodell integriert, um die Wechselwirkungen zwischen der mechanischen Struktur und der Antriebs- und Steuerungstechnik realitätsnah berücksichtigen zu können. Zur Optimierung des entwickelten Gesamtmodells des Dreh-Fräs-Zentrums werden basierend auf einer Sensitivitätsanalyse Parameter ausgewählt, die das Prozessergebnis entscheidend beeinflussen. Um die Simulationsergebnisse in Bezug auf Produktivität sowie Produktqualität bewerten zu können, sollen Gütekriterien für die typischen Drehprozesse erarbeitet werden. In der folgenden Optimierung gilt es, für den jeweiligen Fertigungsprozess die bestmögliche Parameterkonstellation zu finden und diese im Experiment zu verifizieren. Des Weiteren soll das im ersten Antragszeitraum erarbeitete Zerspankraftmodell des Drehprozesses für gängige Werkstoffpaarungen in der Metallbearbeitung qualifiziert werden. Um ein für weite Bereiche gültiges Prozess-Struktur-Modell umsetzen zu können, soll ein Zusammenhang zwischen den wesentlichen Prozessgrößen und der Mikrostruktur der verwendeten Materialien gefunden werden. Dabei wird ein modularer Aufbau der Zerspankraftmodellierung verfolgt, um die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Maschinenstruktur und Drehprozess hinreichend genau abbilden zu können. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist der Verschleiß, durch den sich die geometrische Form des Werkzeugs verändert. Hierbei soll insbesondere der Einfluss der dynamischen Prozess-Struktur-Interaktion auf die Verschleißentwicklung untersucht und quantifiziert werden.