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CENIT Simulation Zerspanung IFW Interview Experte | CENIT
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12.07.2019

Finite-Elemente-Methode reduziert Entwicklungsaufwände mit Hilfe industrienaher Forschung

Simulation in der Zerspanung

Um Zerspanprozesse für die industrielle Serienfertigung einzurichten, müssen Unternehmen nicht mehr alleine auf ein iteratives, experimentelles Vorgehen setzen. Wie Sascha Beblein vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover berichtet, haben simulative Methoden das Potential, die Experimente sukzessive zu ersetzen. Wir konnten den Diplom-Ingenieur vom Produktionstechnischen Zentrum Hannover (PZH) am Rande des CENIT Simulation User Day sprechen.

Welche Vorteile bietet in der Zerspantechnologie die Simulation im Vergleich zu einem experimentellen Vorgehen?

Der gezielte Einsatz simulativer Ansätze bietet das Potential, experimentelle Zerspanuntersuchungen sukzessive zu substituieren. Damit reduzieren wir die Entwicklungsaufwände, denn das experimentelle Vorgehen ist in der Regel mit einem hohen Zeit-, Kosten- und Ressourcenaufwand verbunden.

Die angewandte Forschung leistet hierbei eine stetige Erweiterung der Simulationsmodelle, die immer komplexere Zerspanprozesse nachbilden. Besonders interessant sind in diesem Zusammenhang Spanbildungssimulationen, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basieren. Diese ermöglichen dem Anwender Erkenntnisse, die er mit experimentellen Methoden nicht oder nur unter hohen Aufwand gewinnt.

Besonders interessant sind in diesem Zusammenhang Spanbildungssimulationen, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basieren. Diese ermöglichen dem Anwender Erkenntnisse, die er mit experimentellen Methoden nicht oder nur unter hohen Aufwand gewinnt.

Der Anwender wird in der Lage versetzt, Ausgangsgrößen in einer wesentlich höheren örtlichen und zeitlichen Auflösung zu analysieren. Um den Mehrwert anschaulich zu machen: mit einer höheren örtlichen Auflösung lassen sich zum Beispiel die lokalen thermomechanischen Belastungen von Bauteil und Werkzeug genauer analysieren. Die besseren zeitlichen Einsichten verbessern die Analyse hochdynamischer Vorgänge bei der Spanbildung. Dem ließe sich noch vieles hinzuzufügen.

Wie schätzen Sie die Akzeptanz simulierter Ergebnisse in der Industrie ein?

Wir beobachten am IFW, dass die Fragestellung der Simulation in Forschungsprojekten stetig an Bedeutung gewinnt. Das gilt für grundlagenorientierte Forschung ebenso wie für anwendungsnahe Projekte in Kooperation mit der Industrie. Dementsprechend ist in den kommenden Jahren ein zunehmender Einsatz zu erwarten.

Im Fokus stehen dabei simulative Methoden, die mit großer Genauigkeit die realen Bedingungen bei der Zerspanung abbilden. Der Trend geht von einfach zu beschreibenden Analogieversuchen hin zu diesen qualitativ hochwertigen Simulationen, die komplexe mehrdimensionale Zerspanprozesse nachbilden.

Das ist möglich geworden, weil uns leistungsfähigere Rechensystemen und effizientere Berechnungsalgorithmen zu Verfügung stehen, mit denen sich selbst komplexe dreidimensionale Prozesse mit angemessenen Zeitaufwand darstellen lassen.

Um die Akzeptanz weiter nachhaltig zu steigern, muss der Austausch von Praxiserfahrung und Grundlagenwissen weiter intensiviert werden. In bilateralen Kooperationsprojekten zwischen Universitäten und Unternehmen entstehen Lösungen mit hoher industrieller Relevanz.

Welche Herausforderungen sehen Sie demgegenüber für den industriellen Einsatz von Simulationen in der Zerspanung?

Hier sind aus meiner Sicht mehrere Punkte zu nennen. Zum einen gibt es noch Forschungsbedarf bezüglich einzelner Teilmodelle, aus denen das Gesamtsimulationsmodell zusammengesetzt ist. Das betrifft zum Beispiel Wirkmechanismen wie Reibung und Verschleiß sowie den Einfluss von Kühlschmiermittel. Das macht die Umsetzung für kleine und mittelständische Unternehmen mit wenig Forschungs-Kapazität schwierig.

Dazu kommt, dass die Unternehmen für solche Projekte Experten benötigen, die fundierte Kenntnisse über die Zerspanprozesse mit dem nötigen IT-Knowhow verbinden. Der Anwender muss in der Lage sein, die Ergebnisse der Berechnungsalgorithmen zu bewerten. Diese Fachleute sind am Arbeitsmarkt rar gesät, das Unternehmen muss also in die Weiterbildung investieren.

Die Unternehmen benötigen für solche Projekte Experten , die fundierte Kenntnisse über die Zerspanprozesse mit dem nötigen IT-Knowhow verbinden.

Um die Berechnungsgüte zu prüfen und zu validieren ist der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen weiterhin unerlässlich. Daraus folgt, dass neben der Weiterentwicklung von Simulationsansätzen auch die Erweiterung aktueller experimenteller Messmethoden erforderlich ist. Das bleibt ein wichtiges Forschungsthema.

Damit die Entscheider im Unternehmen diese Investition unterstützen, muss die Gegenüberstellung von Kosten und Nutzen am Ende positiv ausfallen. Und dabei können nur Simulationen überzeugen, die passgenau auf die Bedürfnisse der Anwender zugeschnitten sind und die über einen weiten Bereich unterschiedlicher Randbedingungen validierte Ergebnisse liefern. Mit anderen Worten: Den nötigen Return-on-Investment leisten Zerspansimulationen mit ausreichender Genauigkeit, Zuverlässigkeit und angemessener (attraktiver) Berechnungsdauer.

Herzlichen Dank für das Gespräch, Herr Beblein.

 


 

Dipl.-Ing. Sascha Beblein

WISSENSCHAFTLICHER MITARBEITER
IFW LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER

 

Dipl.-Ing. Sascha Beblein

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

DEFORM: Die FEM-Spezialsoftware für die Fertigungstechnik

Beim Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) kommt die FEM-Spezialsoftware DEFOM zum Einsatz. Mit DEFORM lässt sich die komplette Prozesskette ab dem Gussteil bis hin zur Betriebsprüfung abbilden.

Die Möglichkeit zur Simulation der kompletten Prozesskette bietet den Vorteil, wichtige Größen wie die Eigenspannungen oder das Mikrogefüge über die einzelnen Prozessschritte mitzuführen und für die Bewertung von Produkteigenschaften (Lebensdaueranalyse) zu verwenden.

Bei der Implementierung und Nutzung der Software werden Kunden in Deutschland, Schweiz und Lichtenstein vom Team der SynOpt beraten und betreut.

Ihr Kontakt: Michael Fiderer, michael.fiderer@synopt.de, Telefon: +49 711 / 78 25 35 10.