Neben den rein analytischen und experimentellen Vorgehensweisen ermöglichen Simulationsrechnungen, die sich der Finite Elemente Methode (FEM) bedienen, die Beschreibung von Umformvorgängen und der Spanbildung. Aus heutiger Sicht ist jedoch die Modellierung von Prozessen, in denen durch die Kleinheit der Bauteile sogenannte Größeneffekte der Skalierung auftreten, nicht ohne weiteres möglich. Einerseits sind die Größeneffekte noch schwer quantitativ zu erfassen und andererseits treten wechselseitige Abhängigkeiten zwischen den Größeneffekten selbst auf, deren Auswirkungen auf den jeweiligen Prozess zu klären sind.

Ziel dieses Forschungsvorhabens soll es sein, die Grenzen heutiger Simulationsmethoden am Beispiel der laserunterstützten Mikro-Massivumformung aufzuzeigen und die dabei auftretenden Größeneffekte quantitativ und phänomenologisch zu erfassen. Basierend darauf werden Ansätze zur Modellierung von Größeneffekten und damit zur Weiterentwicklung der FEM entwickelt, die dann exemplarisch umgesetzt und verifiziert werden sollen, bevor eine Anwendung auf die Fertigung komplexer Werkzeuge und Werkstücke erfolgt (vgl. Abbildung 1).

Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die Massivumformung, die neben anderen Fertigungsverfahren der Mikro- und Mikrosystemtechnik (vgl. Abbildung 2) eine bedeutende Stellung einnimmt, da sie die Herstellung von Werkstücken hoher Oberflächengüte, Maßgenauigkeit, Festigkeit und Wiederholgenauigkeit in hohen Stückzahlen ermöglicht. Die Übertragung der Erkenntnisse über die Kalt- und Halbwarmmassivumformung aus dem Makro- in den Mikrobereich (mit Strukturgrößen kleiner als 0,1 mm) in Hinblick auf die Anwendung der laserunterstützten Mikroumformung zur Fertigung komplexer Werkstücke aus hochlegierten Stahleisen-Werkstoffen (vgl. Abbildung 3) soll Ziel dieses Projektes sein.

In einem weiteren Schritt ist die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse über die Größeneffekte bei der Umformung auf die Skalierung von Zerspanprozessen, speziell den Umfangs- und Stirnfräsprozessen, welche für die Herstellung komplexer Bauteile am häufigsten Anwendung finden. Es wird zu diesem Zweck für die simulatorische Untersuchung davon ausgegangen, dass es sich bei der Spanbildung in erster Linie um einen umformenden Prozess mit Trennkriterium handelt.

2. Größeneffekte bei der Skalierung von Fertigungsprozessen

3. Vorgehensweise

4. Zusammenfassung und Bewertung