Virtuelle Bearbeitung optimiert Spannsituation beim Drehen

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Aus diesen Angaben wird zunächst im CAD-Programm das 3D-Modell der Spannaufgabe modelliert. Anschließend werden im FEM-Programm das Material und die Kontaktflächen der Aufspannung definiert und ein erstes Netz aus einzelnen Elementen mit Anfangs- und Endknoten über die Lösung gelegt (Bild 2). In aufeinander folgenden Lastschritten werden dann die jeweiligen Randbedingungen definiert.

So lässt sich beispielsweise in einem ersten Lastschritt simulieren, wie sich das Werkstück verhält, wenn eine definierte Spannkraft an bestimmten Punkten eingeleitet wird. Ein zweiter Lastschritt untersucht, wie sich die Belastung verändert, wenn das Teil beispielsweise in einem Drehfutter hochdreht. Ein dritter Lastschritt schließlich simuliert das Verhalten bei der Bearbeitung.

3D-Ansicht verdeutlicht Verformungen für jeden einzelnen Lastschritt

Nach einer ersten Grobberechnung kann das Netz an kritischen Stellen verfeinert und damit die Aussagequalität der Simulation verbessert werden. Eine 3D-Ansicht beziehungsweise -Animation verdeutlicht für jeden einzelnen Lastschritt, welche radialen oder axialen Verformungen auftreten.

Dabei sind insbesondere plastische Verformungen oberhalb der sogenannten Streckgrenze relevant, die sich nach der Bearbeitung nicht wieder zurückbilden. Zudem kann anhand der Simulation geprüft werden, ob sich mit einer Spannlösung beispielsweise eine definierte Rundheit erzielen lässt.

Auswirkungen unterschiedlicher Aufspannungen simulieren

Mit der FEM lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Aufspannungen, Bearbeitungsparameter und sogar unterschiedlicher Krafteinleitungspunkte am Werkstück simulieren. Auch Spannlösungen, bei denen beispielsweise Nullpunktspannbolzen direkt im Werkstück verschraubt sind, können simuliert werden. Dort liefert die FEM Aussagen zur Stabilität des Bolzens und der Schraube sowie zu bleibenden Deformationen des Werkstücks.

Ein Beispiel verdeutlicht, was mit Hilfe der FEM möglich ist: Die Allweiler AG ist europaweit Markt- und Technologieführer für Pumpen im Schiffbau, in der Energieerzeugung und in speziellen Industrieanwendungen. Mit Hilfe der Simulation lässt das Unternehmen die Aufspannung von Antriebslaternen aus Gusseisen GG25 untersuchen: Es prüft, ob die Bauteile aus dem Antriebsstrang der Pumpen, die bisher in drei Operationen gefertigt werden, auch in zwei Operationen bearbeitet werden können. Dabei soll unter anderem eine Radialspannung in einem standardisierten Sechs-Backen-Pendelausgleichsfutter untersucht werden (Bild 3).

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