Optimierung von Zerspanungsprozessen zur prozesssicheren Fertigung nanokristalliner Randschichten am Beispiel von 42CrMo4

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Das Verschleißverhalten und die Ermüdungslebensdauer hochbelasteter Konstruktionsbauteile erfordern aufgrund der zunehmenden Bedeutung von Ressourcen- und Energieeffizienz hohe Anforderungen. Diese Bauteile werden häufig einer mechanischen Oberflächenbehandlung unterzogen, um ihre Topografie und Randzonenzustände an die Werkstückbeanspruchung anzupassen. Besonders vorteilhaft ist die Bildung einer nanokristallinen Randzone, die tribologisch optimierte Randschichten und ein verbessertes Ermüdungsverhalten fördert. Der Zerspanungsprozess beeinflusst die Bauteilzustände und -eigenschaften erheblich, wobei die Prozessparameter und Werkzeuggeometrie entscheidend sind. Erkenntnisse über den Einfluss der Schnittparameter auf die Bildung nanokristalliner Randschichten ermöglichen eine Optimierung der Prozessbedingungen und der Bauteilqualität. Bisher wurden die wesentlichen Schnittparameter sowie die thermischen und mechanischen Wechselwirkungen während des Fertigungsprozesses jedoch unzureichend untersucht. In dieser Arbeit wird ein Simulationsansatz vorgestellt, der eine umfassende Prozessoptimierung ermöglicht. Ein Finite-Elemente-Modell wird verwendet, um zerspanungstechnologische Untersuchungen und Analysen der Randzonenzustände durchzuführen. Die Validierung der Simulation erfolgt parallel zur Prozesscharakterisierung. Die abschließende Prozessoptimierung zeigt, dass durch gezielte Wahl von Schnittparametern und Werkzeuggeometri