Numerische Untersuchung der Mikrozerspanung zur Analyse der Ursachen des Skalierungsverhaltens der spezifischen Schnittkraft

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Die Steigerung der Funktionsdichte erfolgt meist durch die kontinuierliche Verringerung der Bauteilgröße. Mikromechanische Bauteile mit komplexen Substrukturen werden häufig durch Mikrozerspanung hergestellt. Obwohl dieses Verfahren in der Industrie etabliert ist und der Zerspanprozess umfassend untersucht wurde, bleibt der Mikrozerspanvorgang unvollständig erforscht. Mit einem spezifischen Werkstoffmodell werden in Abaqus/Explicit die kontinuumsmechanischen Ursachen des Größeneffekts der spezifischen Schnittkraft analysiert. Zudem werden die Auswirkungen hoher Reibbeiwerte und verrundeter Kontaktgeometrien auf die Verschiebungsfelder untersucht, wobei eine externe Neuvernetzung erforderlich ist. Eine neu entwickelte Methode zur Übertragung der Feldgrößen zeichnet sich durch geringe numerische Diffusion aus. Die Ergebnisse zeigen, dass der Größeneffekt mit der Scherebenenlänge und der mittleren von-Mises-Spannung skaliert. Der qualitative Zusammenhang wird analytisch formuliert und quantitativ bestätigt. Zudem hat der Einfluss hoher Reibung und verrundeter Schneidengeometrien auf die Verschiebungsfelder signifikante Auswirkungen, weshalb die Beschreibung der Reibung sorgfältig erfolgen muss. Die Analyse umfasst auch die Aufbauschneidenbildung und die experimentell nachgewiesene Mikrostrukturänderung spanend bearbeiteter Randschichten. Der zeitliche Verlauf der plastischen Dehnungen, der von-Mises-Spannung und der Temperaturen