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Zerspanung

Virtuelle Bearbeitung optimiert Spannsituation beim Drehen

| Autor/ Redakteur: Markus Michelberger / Bernhard Kuttkat

Wie verformt sich ein Bauteil beim Spannvorgang? Welches Spannsystem gewährleistet, dass Werkstücke maßhaltig sind? Wie können vorhandene Spannmittel optimal genutzt werden? Auf diese und ähnliche Fragen liefert die virtuelle Simulation wertvolle Antworten.

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Bild 1: Die Simulation zeigt schnell, wie ein Ring gespannt werden muss, um die geforderten Toleranzen auch nach der Bearbeitung einzuhalten. Bild: Schunk
Bild 1: Die Simulation zeigt schnell, wie ein Ring gespannt werden muss, um die geforderten Toleranzen auch nach der Bearbeitung einzuhalten. Bild: Schunk
( Archiv: Vogel Business Media )

Wer kennt sie nicht, die überdimensionierten Bauteile und Systeme von früher. Hatten Konstrukteure in der Vergangenheit meist mit gehörigen Sicherheitszuschlägen gearbeitet, reicht heutzutage Sicherheit allein als Maßstab für eine gute Konstruktion bei Weitem nicht mehr aus. Um im globalen Wettbewerb zu bestehen, sind Entwickler und Konstrukteure heute viel umfassender gefordert: Sie müssen sowohl Projektierungs- als auch Fertigungszeit einsparen, Massen und damit den Energieverbrauch reduzieren, die Präzision, Robustheit und Langlebigkeit von Teilen und ganzen Systemen erhöhen, künftigen Wartungsaufwand minimieren und vieles mehr. Simulationen liefern dabei wertvolle Ergebnisse: Bereits in der Entwurfsphase, also noch bevor die ersten Prototypen gebaut werden, lässt sich am Computer simulieren, wie sich Bauteile bei der Bearbeitung verhalten.

Die präzise Bearbeitung großer, dünnwandiger oder besonders komplexer Teile ist oftmals eine Herausforderung (Bild 1). Auf der einen Seite dürfen die Spannkräfte gewisse Grenzen nicht überschreiten, damit sie die Werkstücke nicht deformieren oder gar zerstören. Auf der anderen Seite muss die Spannung so sicher sein, dass die Schnittkräfte sicher aufgenommen werden. Anhand der Finite-Elemente-Methode (FEM) lässt sich erkennen, wie sich das Werkstück beim Spannvorgang und bei der Bearbeitung verhält.

Die Simulation zeigt, wie sich einWerkstück beim Bearbeiten verhält

Auf Basis der Simulation kann eine optimale Kombination aus Spannmittel, Backengestaltung, Spannhöhe, Spannkraft und Drehzahl entwickelt werden. Sie liefert Erkenntnisse zur Bruchmechanik, Steifigkeit, Lebensdauer und zum Schwingungsverhalten der Teile. Vor allem bei komplexen Geometrien und hohen Präzisionsanforderungen, wie etwa bei Lagern, Zahnrädern, Turbogehäusen, Zylinderköpfen oder Bremsringen, bietet die frühzeitige Simulation enorme Vorteile. Um zu simulieren, wie sich ein Werkstück im Spannmittel und während der Bearbeitung verhält, sind nur wenige Daten nötig:

  • 3D-Volumenmodell des Werkstücks, beispielsweise CAD-Daten als Step-Datei,
  • Angaben zum Werkstoff,
  • Zerspanungsparameter und maximale Bearbeitungsdrehzahl,
  • Aufspannskizze mit Spann- und Anlagepunkten,
  • Vorgaben bezüglich der Haltekräfte/Backenspannkräfte,
  • Geometrie der Spannbacken, beispielsweise glatt, Krallenbacken, Pflasterstein,
  • Maschinendaten, insbesondere Angaben zum Spannzylinder und zur Spindelanordnung.

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