Empirische Erweiterung von Modellen der Makrozerspanung auf den Bereich der Mikrobearbeitung

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Die Mikrotechnologie ist eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. In vielen Bereichen des täglichen Lebens haben unterschiedliche Produkte über viele Branchen hinweg mehr oder weniger sichtbar Einzug gehalten. Für solche Produkte müssen mindestens ebenso leistungsfähige wie effiziente Produktionstechnologien bereitgestellt werden. Diese Technologien werden in einer globalen Wettbewerbssituation über Standortvorteile und damit über den künftigen Wohlstand von ganzen Regionen entscheiden. Der mechanischen Mikrobearbeitung von Komponenten und Systemen kommt bei diesem Wettbewerb eine wichtige Rolle zu. Durch die Vorteile von hohen Materialabtragsraten, Geometrie- und Werkstoffvielfalt und dem breiten Know-how aus der Makrobearbeitung ist die Ausgangssituation sehr positiv. Allerdings treten bei der Skalierung dieser Verfahren Größeneffekte auf, die so aus Ansätzen der Ähnlichkeitsgesetze nicht direkt hervorgehen. Die Größeneffekte treten bei der Zerspanung vor allem bei den resultierenden Zerspankräften zutage. Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts hatte man den ersten Größeneffekt bei der Zerspanung gefunden, nämlich steigende spezifische Schnittkräfte bei sinkenden Spanungsdicken. Größeneffekte zeigen sich aber auch beispielsweise in der Oberflächentopographie, der Spanbildung oder den resultierenden Randschichten. Es zeigt sich insgesamt, dass bereits einige Arbeiten auf dem Gebiet der Größeneffekte durchgeführt werden, aber von einem durchgängigem Verständnis dieser Effekte kann nicht gesprochen werden. Diese Arbeit widmet sich den Größeneffekten, die aus der Zerspanung, genauer dem Drehprozess, resultieren und sich in erster Linie auf die Zerspankräfte auswirken. Aufbauend auf dem Stand der Technik wurde ein Vergleich der zurzeit für die Makrozerspanung verfügbaren Zerspankraftmodellierungen durchgeführt. Es zeigt sich, dass die aktuellen Modelle durch Anpassung der Parameter prinzipiell in der Lage sind, die Charakteristik der Kurvenverläufe aus den Experimenten wiederzugeben. Aus dieser Erkenntnis heraus wurde das Zerspankraftmodell nach Victor-Kienzle ausgewählt, da für dieses Modell die meisten Materialkenngrößen und Korrekturfaktoren vorliegen und es zudem das am häufigsten angewendete Verfahren ist. Für den Hauptteil wurden Experimente unter Variation der Spanungsdicke h, der Schnittgeschwindigkeit v c, des Schneidkantenradius rß und des Werkstoff(-zustands) durchgeführt. Darüber hinaus wurde in Stichversuchen der Einfluss des Kühlschmierstoffes und der mehrfachen Überarbeitung einer Oberfläche untersucht.