Korrektur thermoelastischer Verformungen durch den Einsatz der adaptiven FEM

In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, wie auf Grundlage der Methode der adaptiven Finiten Elemente ein mathematisches Modell zur Berechnung thermoelastischer Verformungen von Werkstücken im Fertigungsprozess entwickelt werden kann. Basierend darauf wird ein Algorithmus zur Korrektur der Positionen aufeinanderfolgender Bohrungen unter Berücksichtigung der thermoelastischen Verformung während des Fertigungsprozesses erstellt. Die berechneten Korrekturwerte können zur Verbesserung der Fertigungsqualität zur Feinpositionierung des Werkzeugs eingesetzt werden.
In einem subadditiven Ansatz des Korrekturalgorithmus wird dieser anschließend zur Bestimmung der Unrundheit der Bohrungskontur erweitert, die nach der Abkühlungsphase des Werkstücks auftreten kann. Optimierungsbetrachtungen zeigen, dass mit einer optimalen Verfahrzeit die auftretenden Bohrungsunrundheiten minimiert werden können. Hierfür werden Optimierungsmöglichkeiten zur Bestimmung der optimalen Verfahrzeiten des Werkzeugs umgesetzt.
Die Kalibrierung der Korrekturmethodik erfolgt durch Experimente zur Bestimmung der wichtigen Stellparameter der Wärmestromdichte und des Wärmeaustauschkoeffizienten, womit das Temperaturfeld durch die adaptive FEM-Simulation bestmöglich reproduzierbar wird. Mit Bezug darauf sind die thermoelastischen Verformungen für die Korrekturwertbestimmung hochgenau abbildbar.