Vorhersage von Spanbruch bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide mit Hilfe schädigungsmechanischer Ansätze

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Ein wesentlicher Aspekt bei der Auslegung von Zerspanwerkzeugen ist die Sicherstellung günstiger Spanformen, was oft zeit- und kostenintensive Vorversuche erfordert. Eine präzise Vorhersage von Spanbruch unter verschiedenen Prozessbedingungen kann den Aufwand für die Werkzeugauslegung erheblich reduzieren. Ziel der Arbeit war es, Spanbruch beim Außenlängsdrehen von C45E+N basierend auf mechanischen und thermischen Belastungen im Span vorherzusagen. Empirische Untersuchungen identifizierten die wichtigsten Einflussfaktoren auf Spanbruch. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglichten die Analyse von Werkstoffversagen im Span. Die Modellbildung konzentrierte sich auf die Berechnung der Belastungen an der Spanbruchstelle. Ein analytisches Modell zur Vorhersage der Spanbruchgrenzen in Abhängigkeit von maximalen Zugspannungen zeigte gute Übereinstimmung mit realen Werten. Mit der Finite Elemente Methode (FEM) wurde die Spanbildung dreidimensional modelliert, wodurch die Belastungen in der Spanbruchzone ermittelt werden konnten. Bestehende Kriterien zur Vorhersage duktilen Werkstoffversagens erwiesen sich als unzureichend. Ein neu entwickeltes Schadenskriterium basierend auf Johnson und Cook ermöglichte die Berechnung des verbleibenden Formänderungsvermögens des Werkstoffs. Die Implementierung dieses Kriteriums in das FEM-Modell erlaubte eine realistische Simulation des Spanbruchs, die mit den Zerspanversuchen gut übereinstimmte.