Numerische Analyse der Mikrozerspanung am Beispiel von normalisiertem C45E

Für einen erfolgreichen industriellen Einsatz der Mikrotechnologie ist eine wirtschaftliche Fertigung entscheidend. Die Mikrozerspanung stellt für geringe Stückzahlen ein alternatives Herstellungsverfahren zur Lithographie dar und bietet darüber hinaus eine größere Freiheit die Bauteile zu gestalten. Gegenwärtig wird die spanende Mikrobearbeitung noch nicht ausreichend beherrscht, unter anderem da die für die konventionelle Zerspanung gesammelten Erkenntnisse nicht ohne weiteres auf die Mikroebene übertragbar sind. Dies ist auf sogenannte Größeneffekte, die durch die Miniaturisierung des Prozesses eingebracht werden, und den Einfluss der Verrundungen der eingesetzten Werkzeuge zurückzuführen. Es liegen derzeit nur wenige systematisch bewertete Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und den Ergebnisgrößen für die Mikrozerspanung vor. Insbesondere müssen daher umfassende Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses der Skalierung des Prozesses auf die Randschichteigenschaften gesammelt und deren Ursachen identifiziert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist zum einen die experimentelle Bewertung der Randschichtcharakteristik hinsichtlich der Randschichtverfestigung und der Eigenspannungen beim Mikrozerspanen von C45E im normalisierten Zustand im Orthogonalschnitt. Zum anderen wird die Mikrozerspanung mit der Finite-Elemente- Methode mit ABAQUS/Standard simuliert, wobei die Spanbildung mittels Neuvernetzungen des Werkstücks in regelmäßigen Intervallen realisiert wird. Es kommt hierbei ein mikrostrukturell begründetes Materialmodell zur Beschreibung des Werkstückverhaltens zum Einsatz, in dem, neben der Materialverfestigung bei einer Erhöhung des Umformgrades, die Dehnraten- und Temperaturabhängigkeit der Fließspannung berücksichtigt wird. Die Simulation bietet hierbei die Möglichkeit, Verformungs-, Temperatur- und Spannungsfelder abhängig von den jeweils eingestellten Prozessparametern zu bewerten und so die Ursachen des Skalierungsverhaltens der Ergebnisgrößen zu identifizieren. Für die Interpretation des Skalierungsverhaltens der Ergebnisgrößen wird des weiteren die Ähnlichkeitsmechanik eingesetzt.