Modellierung des Werkzeugverschleißes beim Hartdrehen mit polykristallinem cBN (cubic Boron Nitride)

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Der Werkzeugverschleiß ist ein entscheidendes Kriterium zur Beurteilung der Zerspanbarkeit, insbesondere in der Hartbearbeitung, da er sowohl die Bauteilrandzone als auch die Oberflächenqualität beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Simulationswerkzeugs zur Vorhersage des Verschleißes von cBN-Schneidwerkzeugen. Zunächst wurden durch systematische experimentelle Analysen die relevanten Einflussgrößen auf den Werkzeugverschleiß beim Hartdrehen des Einsatzstahls 16MnCr5 identifiziert. Die Modellierung des tribologischen Beanspruchungskollektivs beim Orthogonaldrehen (2D) und Außenlängsdrehen (3D) erfolgte mittels der Finite-Elemente-Methode. Anschließend wurde ein geeignetes Verschleißraten-Modell ausgewählt, an die Anforderungen der Hartbearbeitung angepasst und in die User-Subroutine der verwendeten Software implementiert. Mit dem neuen Ansatz zur Simulation des Freiflächenverschleißes konnte ein gleichmäßiger Materialabtrag im dreidimensionalen Werkzeugmodell berechnet werden. Im relevanten Schnittgeschwindigkeitsbereich stimmten die prognostizierten und experimentell ermittelten Werkzeugstandzeiten gut überein, während bei höheren Geschwindigkeiten größere Abweichungen auftraten. Die Erweiterung des Modells um diffusionsbedingten Verschleiß erhöhte die Genauigkeit der Simulation. Zudem wurde eine Methodik entwickelt, um die Vorhersage von hartgedrehten Oberflächen unter Berücksichtigung des Verschleißzusta