Mehrskalenmodellierung der thermomechanischen Werkzeugbelastung beim Trockenwälzfräsen

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Numerisch und empirisch validierte Modelle zur Beschreibung der Schneidkantenbelastung werden mit einer geometrischen Durchdringungsrechnung zu einem Mehrskalenmodell für das Wälzfräsen verknüpft. Dies ermöglicht eine effiziente Ermittlung des thermomechanischen Belastungskollektivs des Werkzeugs. Die Temperaturverteilung auf der Spanfläche kann für alle Schnitte des gesamten Prozesses schnell berechnet und thermisch bedingter Verschleiß prognostiziert werden. In dieser Arbeit wurde ein Mehrskalenmodell entwickelt, das Spanungs- und Prozesskenngrößen mit thermomechanischen Belastungs- und Zustandsgrößen auf Basis numerischer FE-Berechnungen verknüpft. Die thermomechanische Belastung auf der Mikroskala wurde im Linear-Orthogonalschnitt mittels 2D-FE-Simulationen analysiert, wobei Schnittgeschwindigkeit, Spanungsdicke, Wirk-Spanwinkel und Schneidkantenradius variiert wurden. Analytische Modelle zur Approximation der Zerspankraftkomponenten und Temperaturkenngrößen wurden abgeleitet und parametriert. Diese Gleichungen wurden auf den Wälzfräsprozess skaliert, wobei die zeitlich und lokal aufgelösten Spanungs- und Prozesskenngrößen als Eingangsgrößen dienten. Die Validierung des Modells erfolgte durch Drehmomentmessungen und den Abgleich der Spanflächentemperatur mit 3D-FE-Simulationen. Das Modell unterstützt die Bewertung des Werkzeugverschleißes und die Verschleißprognose, indem experimentell erfasste Verschleißkurven rechnerisch