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Michael_Gerstenmeyer

Dr.-Ing. Michael Gerstenmeyer

Chief Engineer
department: Manufacturing and Materials Technology
office hours: to be agreed
room: 601.5, Geb. 10.50
phone: +49 1523 9502576
Michael GerstenmeyerUgo6∂kit edu

Campus Süd



Dr.-Ing. Michael Gerstenmeyer

Area of Research:

  • Complementary Machining: combination of machining and mechanical surface treatment
  • machining simulation
  • evaluation of surface layer states concerning mechanical properties

 

Projects:

  • DFG: Simulation-based analysis of a mechanical surface treatment integrated in a machining process for the intended formation of nanocrystalline surface layers

 

Dissertation:

Entwicklung und Analyse eines mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahrens unter Verwendung des Zerspanungswerkzeuges

 

Test benches:

Publications

[ 1 ] Gerstenmeyer, M.; Klotz, S.; Zanger, F. & Schulze, V. (2013), "Untersuchungen zum Einspannen von FVK", MM Maschinenmarkt Composites World, pp. 14-17.
Abstract:
Faserverstärkte Kunststoffe liegen im trend und müssen nach ihrer meist endkonturnahen Fertigung noch spanend bearbeitet werden, um einsatzfähig zu sein. Was beim Einspannen von Composites zu beachten ist, damit sie nicht beschädigt werden, zeigt folgender Artikel.

[ 2 ] Klotz, S.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2014), "Influence of Clamping Systems During Drilling Carbon Fiber Reinforced Plastics ". Procidia CIRP, eds. Axinte, D., pp. 208-213.
Abstract:
During postprocessing of carbon fiber reinforced plastics, drilling is one of the mostly used machining processes. With increasing complexity of components the requirements on the clamping systems are rising. This paper shows the investigation of drilling tests fordifferent types of clamping positions which are examined regarding their influence on the resulting workpiece quality. The clamping of the planar specimens was realized by 3 and 4 points and by a ring clamping system with variable distances from the drill axis to the fixed points. During the experiments the process forces were measured and the resulting delamination and fiber pullouts at the workpiece surface were determined. The results demonstrate that the distance from the drill axis to the fixed points has a significant influence on the process forces and the achievable workpiece quality.

[ 3 ] Zanger, F. & Gerstenmeyer, M. (2014), "Material Behaviour of Armco-Iron and AISI 4140 at High Speed Deformation during Machining". WGP Congress 2014, eds. Trans Tech Publications, pp. 161-166.
Abstract:
During machining of metals high temperatures and deformations occur at the surface layers leading to changing component states. Depending on the thermal and mechanical set of stress microstructural changes like residual stresses and grain refinement can be found. Grain refinement is influenced by the amount of deformation. In the present investigations high deformations of the surface layers are realized by using the cutting tool in opposed direction resulting in high negative rake angles. This test setup is used to investigate the material behaviour of Armco-Iron and AISI 4140 at different cutting velocities during machining. Furthermore the flow stresses at different strain rates and temperatures were determined by means of high speed tensile tests. The flow behaviour of the investigated materials is used to explain the results of the machining experiments.

[ 4 ] Zanger, F.; Fellmeth, A.; Gerstenmeyer, M. & Schulze, V. (2015), "Influence of Kinematic Hardening during Machining of ARMCO Iron". Procedia CIRP, eds. Schulze, V., pp. 106-111.
Abstract:
The simpler implementation of isotropic hardening begs the question, if modelling kinematic hardening is necessary, especially if the hardening is nonlinear and temperature dependent. This question not only depends on the material, but also on the modelled load case, which varies with different manufacturing processes. To answer this, thermo-mechanically coupled elasto-plastic materials were used in an implicit material model in ABAQUS/Standard for a two-dimensional cutting simulation. The nonlinear hardening in the models varies from isotropic to mixed isotropic-kinematic hardening. The two-dimensional cutting simulation uses a two-dimensional continuous remeshing technique. A slow machining process was simulated leaving out strain rate and temperature dependencies and focussing purely on the kinematics of deformation. The necessity of a kinematically translated yield surface is concluded for iron, by comparing the purely isotropic to the mixed isotropic-kinematic hardening results. A comparison with experimental data illustrates the conformance quality of the different hardening modes.

[ 5 ] Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2016), "Complementary Machining – Machining Strategy for Surface Modification". Procedia CIRP 45, eds. Elsevier, pp. 247-250.
Abstract:
In metal production mechanical surface treatments are used to optimize workpiece characteristics like fatigue strength. Complementary Machining is a new machining strategy which is characterized by the combination of cutting and mechanical surface treatment. After cutting the insert is used reversely acting as a tool for mechanical surface treatment. This paper shows the effect of high plastic deformation rates in the surface layer reducing surface roughness and increasing strain hardening. Furthermore, it is supposed that the process induces grain refinement in the surface layer. The process strategy Complementary Machining is investigated during machining Armco-Iron and AISI 4140.

[ 6 ] Lienert, F.; Gerstenmeyer, M.; Krall, S.; Lechner, C.; Trauth, D.; Bleicher, F. & Schulze, V. (2016), "Experimental Study on Comparing Intensities of Burnishing and Machine Hammer Peening Processes". Procedia CIRP 45, eds. Elsevier, pp. 371-374.
Abstract:
Many components in industrial practice need to be finished by surface modification processes in order to assure service properties like fatigue resistance, tribological properties and corrosion resistance. In order to compare the potential of different machine hammer peening (MHP) processes and burnishing Almen strips were treated with three aims: highest deflection, lowest surface roughness and predefined similar process parameters. This paper presents results of the surface layer states, in particular residual stresses, micro hardness and surface roughness in comparison to the deflection of the Almen strips after processing with the above mentioned aims.

[ 7 ] Schulze, V.; Bollig, P.; Gerstenmeyer, M.; Segebade, E. & Zanger, F. (2016), "Surface Engineering - Optimierte Oberflächen durch Zerspanungsprozesse", mav Innovationsforum 2016, pp. 6-8.
Abstract:
Bei der spanenden Bauteilherstellung ändern sich die Zustände der bearbeiteten Oberflächen durch hohe mechanische und thermische Belastungen maßgeblich. Diese Änderungen wirken sich neben topologischen Zuständen wie Rauheiten auf mechanische Zustände wie Eigenspannungen oder Verfestigungen und auf metallographisch erfassbare Zustände wie Phasenumwandlungen oder Änderung der Mikrostruktur aus. Mit Hilfe neuer Kenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Prozessen und Bauteilen werden am wbk Institut für Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für angewandte Materialien-Werkstoffkunde (IAM-WK) mittels Surface Engineering die Eigenschaften von Bauteilen definiert eingestellt. Hierbei stehen besonders Charakteristika der Bauteilrandzonen, wie Eigenspannungs- und Verfestigungszustände, im Vordergrund, die durch den Fertigungsprozess bestimmt werden und einen großen Einfluss auf die Eigenschaften bei schwingender oder tribologischer Beanspruchung besitzen. Die definierte Erzeugung von Bauteilrandzonen, aber auch die schädigungsarme Bearbeitung, spielt dabei eine große Rolle. Am wbk werden zerspanungsbedingte Bauteilzustände und –eigenschaften in verschiedenen Forschungsprojekten zusätzlich zu den experimentellen Untersuchungen mittels Prozesssimulationen analysiert, um damit zu einer numerisch unterstützten Optimierung des Zerspanungsprozesses zu gelangen.

[ 8 ] Gerstenmeyer, M.; Segebade, E.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Simulation der mechanischen Oberflächenbehandlung mit Simufact Forming". 18. Roundtable Simulating Manufacturing, eds. Dr. Hendrik Schafstall und Michael Wohlmuth, pp. 180-189.
Abstract:
Zur spanenden Herstellung metallischer Bauteile sind mehrere Prozessschritte erforderlich. Diese sind bspw. ausgehend vom Halbzeug über Schrupp-Schlicht-Strategien bis hin zum Surface- Finishing. Bei der Schrupp-Schlicht-Strategie folgt einer Zerspanung mit vergleichsweise hohen Schnitttiefen eine Endbearbeitung mit weitaus geringerer Schnitttiefe und angepassten Prozessparametern. Eine Möglichkeit zum Surface-Finishing ist die sog. Komplementärzerspanung. Dabei erfolgt nachfolgend zur Zerspanung eine mechanische Oberflächenflächenbehandlung mit dem eigentlichen Schneidwerkzeug. Charakteristisch ist, dass die Bearbeitungsrichtungen von Zerspanung und Oberflächenbehandlung entgegengesetzt erfolgen. Jeder dieser Prozessschritte beeinflusst die Bauteilzustände in der Randschicht. Die simulative Betrachtung von vorhergehenden Prozessen und der damit einhergehenden Änderung der Randschichtzustände ist für das Prozessverständnis ein elementarer Bestandteil, um optimale Bearbeitungsergebnisse und damit Bauteileigenschaften zu erhalten. Neben der reinen Beschreibung der Fertigungsprozesse muss für eine ganzheitliche Prozessbeschreibung auch das elasto-plastische Materialverhalten mittels geeigneter Materialmodelle beschrieben werden. In dieser Arbeit werden aufbauend auf 2D- und 3D-Spanbildungssimulationen in Simufact Forming eine Mehrfachzerspanung (Schrupp-Schlicht- Strategie) sowie die Komplementärzerspanung vorgestellt. Neben der Betrachtung der Schneidkantenmikrogeometrie stehen auch die resultierenden Randschichtzustände im Mittelpunkt der Untersuchungen.

[ 9 ] Segebade, E.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Zerspanungssimulation mit Simufact Forming". 18. Roundtable Simulating Manufacturing, eds. Dr. Hendrik Schafstall und Michael Wohlmuth, pp. 116-127.
Abstract:
Spanbildungsvorgänge an metallischen Bauteilen, wie beispielsweise der Drehprozess, sind gekennzeichnet durch ein thermo-mechanisches Lastkollektiv, welches während des Prozesses auf die der Schneidkante sowie auf das Bauteil und den Span einwirkt. Der Einfluss hoher Temperaturen, Dehnraten und Dehnungen müssen für Werkstoffe charakterisiert werden, um in der Simulation ein realistisches Materialverhalten abzubilden. Dabei stellen auch unsichere Kenntnisse über die Reibungsverhältnisse im realen Prozess eine Herausforderung für die Modellierung dar. Hinzu kommt die Notwendigkeit einer stabilen und effizienten Neuvernetzungs- oder Trennungsroutine zur Realisierung der Spanbildung. Für die Simulation spanabhebender Fertigungsprozesse haben sich aufgrund dieser Umstände in den letzten Jahren geeignete Softwarepaketen international etabliert. Die Eignung der Software Simufact Forming wurde im Rahmen aktueller Arbeiten sowohl für 2D- als auch für 3D-Spanbildungssimulationen demonstriert und anhand von experimentell ermittelten Kräften validiert. Dabei fand auch die Schneidkantenmikrogeometrie Beachtung. Die Mikrogeometrie nimmt nachweislich Einfluss auf die Prozesskräfte sowie die zerspanungsbedingten Randzonenzustände, wie die Gefügestruktur und Eigenspannungsverteilung.

[ 10 ] Schulze, V.; Zanger, F.; Bollig, P.; Segebade, E.; Gerstenmeyer, M. & Klotz, S. (2017), "Randschichtzustände nach Fertigungsprozessen – Erzeugung und Bewertung" in Moderne Zerspanungstechnologie - Neue Entwicklungen und trends aus der Forschung und Praxis, eds. Azarhoushang, B. & Wolf, T., Hochschule Furtwangen, Villingen-Schwenningen, pp. 1-7.
Abstract:
Die spanende Bearbeitung von metallischen Werkstoffen besitzt in der produzierenden Industrie einen hohen Stellenwert. Dabei beeinflusst der spanende Endbearbeitungsprozess mit mechanischer und thermischer Wechselwirkung zwischen Werkstückstoff und Werkzeug die finalen Bauteilzustände. Dabei spielen neben Oberflächenrauheit oder geometrischen Toleranzen auch die Eigenspannungen und Verfestigungen eine wichtige Rolle. Mit Surface Engineering wird die gezielte Prozesssteuerung zur Beeinflussung des Bauteilverhaltens bezüglich der Schwingfestigkeit, der tribologischen Eigenschaften sowie der entstehenden Phasenumwandlungen oder der Mikrostruktur bezeichnet. Unter diesem Gesichtspunkt werden am wbk Institut für Produktionstechnik in Zusammenarbeit mit dem Institut für angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK) neue Fertigungsprozesse entwickelt sowie bestehende Prozesse optimiert. Hierbei werden in Forschungsprojekten experimentelle und simulationsgestützte Methoden angewandt, um das Prozessverständnis zu erhöhen und die geforderten Eigenschaften zu erzielen. Ausgewählte Themen sind die Untersuchung von Werkzeugverschleiß und Randschichtzuständen bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, die Phasenumwandlung bei der Trockenbearbeitung und der Minimalmengenschmierung (MMS), die Erzeugung von nanokristallinen Randschichten in Abhängigkeit der Schneidkantenmikrogeometrie und auch die am Institut entwickelte Prozessstrategie Komplementärzerspanung.

[ 11 ] Imbrogno, S.; Segebade, E.; Fellmeth, A.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F.; Schulze, V. & Umbrello, D. (2017), "Microstructural and hardness changes in aluminum alloy Al-7075: Correlating machining and equal channel angular pressing". AIP Converence Proceedings 1896, eds. American Institute of Physics, pp. 1-6.
Abstract:
Recently, the study and understanding of surface integrity of various materials after machining is becoming one of the interpretative keys to quantify a product´s quality and life cycle performance. The possibility to provide fundamental details about the mechanical response and the behavior of the affected material layers caused by thermo-mechanical loads resulting from machining operations can help the designer to produce parts with superior quality. The aim of this work is to study the experimental outcomes obtained from orthogonal cutting tests and a Severe Plastic Deformation (SPD) process known as Equal Channel Angular Pressing (ECAP) in order to find possible links regarding induced microstructural and hardness changes between machined surface layer and SPD-bulk material for Al7075. This scientific Investigation aims to establish the basis for an innovative method to study and quantify metallurgical phenomena that occur beneath the machined surface of bulk material.

[ 12 ] Gerstenmeyer, M.; Ort, B.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Influence of the cutting edge microgeometry on the surface integrity during mechanical surface modification by Complementary Machining". Procedia CIRP, eds. Elsevier, pp. 55-60.
Abstract:
In metal production, mechanical surface modifications are used to optimize workpiece characteristics to improve properties such as fatigue strength. Machining and mechanical surface modification can be integrated in the process strategy Complementary Machining. After machining the cutting tool is used reversely acting as a tool for mechanical surface modification. This paper shows the influence of the cutting edge microgeometry on process forces and temperatures as well as process induced grain refinement in the surface layer during the mechanical surface modification of Armco-Iron and AISI 4140. The mechanical surface modification is simulated in a 3D-FEM-simulation with ABAQUS/Standard.

[ 13 ] Segebade, E.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Cutting Simulations Using a Commercially Available 2D/3D FEM Software for Forming". Procedia CIRP, eds. Elsevier, pp. 73-78.
Abstract:
Chip formation simulations require either sophisticated material based element removal or deactivation routines, or a powerful remeshing procedure. Therefore the accuracy of all chip formation simulations significantly depends on the FEM-software as well as the material data. Over the course of the past years, a few select commercial programs became the pre-eminent choice for chip formation simulations. In this work, the software simufact.forming, which is not one of those few programs widely in use, has been employed for 2D and 3D chip formation simulations. Orthogonal cutting experiments with AISI4140 were conducted and subsequently modeled, including the cutting edge radius. The results were analyzed with regard to how well chip formation and the resulting process forces in 2D and 3D can be depicted.

[ 14 ] Zanger, F.; Gerstenmeyer, M. & Weule, H. (2017), "Identification of an optimal cutting edge microgeometry for Complementary Machining", CIRP Annals - Manufacturing Technology, pp. 81-84.
Abstract:
The process strategy Complementary Machining combines machining and surface modification, resulting in optimal workpiece properties like fatigue strength. Right after machining the cutting tool is used reversely acting as a tool for a mechanical surface modification. The challenge of designing a cutting edge microgeometry that withstands the load spectrum and induces optimal surface layer states during Complementary Machining is solvable by modeling the resulting surface layer using FEM-simulation. Using the simulation-based analyses a deep process understanding is accomplished enabling further optimization of surface integrity (e.g. grain refinement) which is proven by measurements.

[ 15 ] Segebade, E.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Simulative Betrachtung von Prozessketten in der Fertigung", massivUmformung, pp. 56-59.
Abstract:
Im Produktentstehungsprozess kommen simulationsgestützte Analysen zur Auslegung von Bauteilen und Produktionsanlagen, Werkzeugen und Prozessen zum Einsatz. Auch wenn die heute möglichen Simulationstechniken mittlerweile die Betrachtung der gesamten Prozesskette für alle Produktionsschritte ermöglichen, wird dies in der Industrie nur äußerst selten angewendet. Im Folgenden wird das Potenzial der Prozesskettenmodellierung exemplarisch vorgestellt.

[ 16 ] Segebade, E.; Klose, J.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2017), "Mechanical surface modification using cutting inserts". Proceedings of the 13th ICSP, eds. International Scientific Committee for Shot Peening, pp. 219-224.
Abstract:
The objective of this work is presenting the foundation of a true integration of mechanical surface modification and machining. This “fusion” entails mechanical surface modification parallel to the cutting process using the cutting insert as tool. While it may seem, that something similar can be achieved through classical vibration assisted machining (VAM), this is definitely not the case. The resulting relative velocity between cutting insert and workpiece will ensure the process to be firmly rooted in cutting rather than hammering of the workpiece. Since creating a setup suitable to address this issue is a big challenge in itself, it is prudent begin by establishing the general feasibility of the process. The first priority is therefore proving that cutting inserts can be used to induce surface layer states similar to those achieved by MHP-processes. The presented work addresses this validation of mechanical surface treatment using cutting inserts regarding topography, residual stresses and work hardening by model experiment.

[ 17 ] Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2018), "Influence of Complementary Machining on fatigue strength of AISI 4140", CIRP Annals - Manufacturing Technology, pp. 583-586.
Abstract:
Mechanical surface treatment is an additional process step in the process chain of part manufacturing to enhance performance but increasing production time and costs. Hence, different hybrid processes have been developed including Complementary Machining, which does not need a complex tool. Investigations of orthogonal Complementary Machining indicates that optimized cutting edge microgeometries can induce useful surface layer states like nanocrystalline surfaces whilst minimizing tool wear. This paper analyzes the resulting surface layer states (roughness, residual stresses, grain refinement) and their influence on fatigue strength after turning and Complementary Machining for AISI4140q&t. Implementing these analyses a deeper process understanding is accomplished.

[ 18 ] Schulze, V.; Bouzakis, K.; Klumpp, A. & Gerstenmeyer, M. (2018), "Peening" in CIRP Encyclopedia of Production Engineering, eds. The International Academy for Production, Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 1-4. ISBN/ISSN: 978-3-642-35950-7
Abstract:
Peening is defined as an impulsive mechanical surface treatment process which is applied to workpiece surfaces with the common aim to enhance performance through fatigue and wear resistance. Peening is characterized by a near-surface shock induced plastic deformation. It can be subdivided into treatments with guided and unguided tools (Schulze et al. 2016). Treatments with guided tools include, among others, machine hammer peening and laser peening, while shot peening and its variants, micro peening, blasting and ion etching, high-pressure water peening, and cavitation peening are assigned to peen with unguided tools.

[ 19 ] Gerstenmeyer, M.; Segebade, E.; Fedder, G.; Zanger, F. & Schulze, V. (2018), "Prozesskettensimulation: Additive Fertigung und spanende Nachbearbeitung". 19. RoundTable Simulating Manufacturing, eds. Dr. Hendrik Schafstall und Michael Wohlmuth, H., pp. 32-45.
Abstract:
Nach der additiven Fertigung ist in der Regel ein Zerspanungsschritt an technischen Oberflächen des Bauteils erforderlich, um den Anforderungen an die Oberflächenqualität gerecht zu werden. Zur Sicherstellung dieser Anforderungen kommt zunehmend die simulative Betrachtung von additiven aber auch Zerspanungsprozessen zum Einsatz. Damit einhergehend können insbesondere bei kostenintensiven Prozessen, wie der additiven Fertigung, experimentelle Prozessauslegungen reduziert werden. Für ein ganzheitliches Prozess¬verständnis der Zerspanung ist weiterhin die Betrachtung der vorhergehenden Prozesse und der damit einhergehenden Änderung der Randschichtzustände ein elementarer Bestandteil. In dieser Arbeit wird der additive Herstellungsprozess eines Bauteils aus AlSi10Mg mit Simufact Additive betrachtet. Für die anschließende simulative Betrachtung der Zerspanung werden die resultierenden Bauteilzustände in Simufact Forming importiert. Bei der Spanbildungssimulation muss neben der reinen Beschreibung des Fertigungsprozesses für eine Prozessbeschreibung auch das elasto-plastische Materialverhalten mittels eines geeigneten Materialmodells beschrieben werden. Die simulativen Analysen werden mit experimentellen Untersuchungen hinsichtlich der wirkenden Prozesskräfte während der Zerspanung analysiert. Abschließend werden diese Ergebnisse mit der Zerspanung von konventionell hergestelltem AlSi10Mg verglichen.

[ 20 ] Segebade, E.; Gerstenmeyer, M.; Zanger, F. & Schulze, V. (2018), "Surface Layer States after Manufacturing Processes - Generation and Evaluation". Efficiency, Flexibility, Integration - Wiener Produktionstechnik Kongress 2018, eds. Bleicher, F., pp. 113-118.
Abstract:
The sum of thermo-mechanical loads during manufacturing of metallic parts across process chains defines surface layer states like topography, work hardening state, residual stresses and microstructure evolution. Single processes along the chain influence the final surface layer states depending on their severity and/or position within the process chain. Simulation-based optimization of processes which are applied to nearly finished products can greatly enhance features like wear resistance or fatigue strength. This paper outlines the influence of mechanical finishing on resulting surface layer states. This includes analyses of machined surfaces produced by scientific orthogonal cutting, as well as industrial operations like machining and mechanical surface treatment or combinations thereof.

[ 21 ] Gerstenmeyer, M.; Hartmann, J.; Zanger, F. & Schulze, V. (2019), "Adjustment of Lifetime-Increasing Surface Layer States by Complementary Machining", HTM Journal of Heat Treatment and Materials, vol. 3, pp. 181-190.
Abstract:
During manufacturing of metallic components, thermo-mechanical loadings induce surface layer states like topography or residual stresses, which influence the component properties like fatigue strength. In order to optimize the component properties, a mechanical surface treatment can be carried out after the machining process. In this work, the influence of the process parameters processing velocity and penetration depth on the resulting tool wear during external longitudinal turning of AISI 4140q&t by Complementary Machining is analyzed. The process strategy Complementary Machining (CM) combines machining and mechanical surface treatment using the cutting tool. The mechanical surface treatment takes place after the machining in the opposite machining direction. The results of this study show that the process variables have an influence on the tool wear and thus directly influence the resulting topography. The fatigue analysis shows that the fatigue strength after Complementary Machining is comparable to that of shot peening. Furthermore, the concept of local fatigue strength is used to show the extent that residual stress reduction as a result of cyclic loading affects the fatigue strength.

[ 22 ] Segebade, E.; Gerstenmeyer, M.; Dietrich, S.; Zanger, F. & Schulze, V. (2019), "Influence of anisotropy of additively manufactured AlSi10Mg parts on chip formation during orthogonal cutting". Procedia CIRP 82, eds. Elsevier B.V, pp. 113-118.
Abstract:
Anisotropic behavior of metals can influence manufacturing processes including acting thermo-mechanical loads and resulting surface layer states. In additive manufacturing, the build-up direction influences material states like microstructure, density distribution and stress fields, possibly leading to anisotropic behavior. In this work, additively manufactured AlSi10Mg is characterized in tension tests in order to determine the anisotropic material deformation behavior due to the build-up procedure. This was implemented in 2D cutting simulations using finite element method. Additionally, orthogonal cutting experiments were performed in order to determine process forces and chip formation, which finally were used in order to validate simulations.

[ 23 ] Schulze, V.; Gerstenmeyer, M.; Segebade, E. & Langer, J. . (2019), "Surface Engineering: Ressourceneffizienz für die Fertigung von Morgen". Leitfaden zur Ressourceneffizienz in der Produktion, eds. Wbk Institut für Produktionstechnik, https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000098958.
Abstract:
Die Herstellung metallischer Bauteile ist seit jeher ein besonders ressourcenintensiver Prozess. In der Vergangenheit wurden die Optimierungspotentiale der Fertigungsprozesse bereits häufig untersucht und insbesondere hinsichtlich Ihres Energieeinsparpotentials weiterentwickelt (VDI ZRE 2013). Die Realisierung der Ressourceneffizienz durch den Einsatz innovativer Fertigungsverfahren zur Herstellung von Produkten mit optimierten Eigenschafften bietet in diesem Kontext eine neue, bisher nicht betrachtete Sichtweise, mit der nicht nur die Energie, sondern auch der Ressourceneinsatz und der ökologische Fußabdruck eines Produktes reduziert werden kann. Durch den Einsatz innovativer Fertigungsprozesse zur Optimierung der Randschicht lassen sich Bauteileigenschaften, wie die Wechselfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die tribologischen Eigenschaften, optimieren. Das Resultat ist eine Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils. Gleichzeitig können die optimierten Bauteileigenschaften auch dazu genutzt werden, die Bauteile bei gleicher Leistungsfähigkeit kleiner auszulegen. Hieraus resultieren nicht nur signifikante Gewichtseinsparungen sondern auch umfangreiche neue konstruktive Möglichkeiten in der Produktentwicklung. Da nicht alle erzielbaren Bauteiloptimierungen unmittelbar auf andere Bauteile und Materialien übertragbar sind, wird die spezifische Expertise der fertigungstechnischen Forschungseinrichtungen Baden-Württembergs in diesem Bereich in Zukunft von steigender Bedeutung sein. Eine weitere Effizienzsteigerung wird durch innovative Kombinationsprozesse zur Verkürzung der Prozessketten und Reduzierung des Roh- und Hilfsstoffbedarfs in der Fertigung erreicht. Diese Prozesse zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Schritte einer Prozesskette in einem Prozessschritt vereint werden. Nur durch die kombinierte Betrachtung optimierter Bauteile und innovativer Fertigungsprozesse lässt sich das volle Potential dieser neuen Technologien erfahren. Entgegen der üblichen Annahme, dass sich Ökologie und Ökonomie gegenseitig ausschließen, zeigen die aktuellen Entwicklungen in der Fertigungstechnik das Gegenteil. Die Wirtschaftlichkeit in der industriellen Produktion und die Reduzierung des Ressourceneinsatzes sowie die Vermeidung von Produktionsabfällen lässt sich, wie dieser Leitfaden zeigen soll, durchaus kombinieren und zu einer Win-Win-Situation hinsichtlich Ökologie und Ökonomie entwickeln. Der Weg um dieses Ressourceneffizienzpotential zu nutzen hat einen Namen: Surface Engineering.