Lehrstuhl für Computational Physics in Engineering (CPE)

Analyse und Modellierung der mikroskaligen Oberflächenstrukturierung beim Läppen

Keywords:

Läppen, Experiment, Simulation FEM, CFD

Zusammenfassung des Projektes

Wir möchten den Läppprozess dahingehend modifizieren, dass wir durch die Wahl der Läpppartikel, der im Prozess aufgebrachten Normalkraft und der Rotationsgeschwindigkeit der Läppscheibe eine vorhersagbare stochastische Oberflächenstruktur erzeugen können.

Hierzu bauen wir eine Läpp-Prozess-Simulation auf, um die Einflüsse und Wechselwirkungen besser zu verstehen und geeignete Parameter für das Läppen zu finden.

Das Läppen gehört zu den spanenden Fertigungsprozessen mit geometrisch unbestimmter Schneide und losem, in einem Läppgemisch gebundenem Korn. Dieses Läppgemisch wird in den Spalt zwischen den sich relativ zueinander bewegendem Werkstück und Läppscheibe eingebracht. Durch die ungerichtete und zwischen Rollen und Gleiten wechselnde Bewegung der Läppkörner wird die Werkstückoberfläche spanend bearbeitet. Die komplexen Vorgänge im Kontakt und der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der Bewegung der Läppkörner sind jedoch noch nicht hinreichend verstanden. Durch grundlegende numerische und experimentelle Untersuchungen soll ein tieferes Prozessverständnis hinsichtlich der Partikelkinematik und der Kontaktvorgänge erlangt werden.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird am Lehrstuhl für Angewandte Strukturmechanik eine FEM-Simulation des Materialabtrags als Teilsimulation des Läppvorgangs erstellt. Parallel dazu werden DEM-Simulationen aufgebaut um das Bewegungsverhalten der losen Läppkörner zu untersuchen und CFD-Simulationen entwickelt, um das Fließverhalten der Läppflüssigkeit zu beschreiben. 

Abschließend werden alle oben genannten Simulationen gekoppelt zum Läppprozessmodell gekoppelt. Alle Grundmodelle und das Läppprozessmodell werden durch Experimente validiert. Mit dem validierten Läppprozessmodell sollen Vorhersagen über die Oberflächengüte des geläppten Werkstücks für gewählte Prozessparametern getroffen werden. Die veränderlichen Parameter sind unteranderem: die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück, die Viskosität der Läppflüssigkeit, die Dauer des Läppvorgangs und die Anzahl, Größe und Geometrie der Läppkörner.

Ansprechpartner
Förderung

Gefördert durch die DFG im Rahmen des SFB926

Projektergebnisse

Bilz, R., & de Payrebrune, K. M. (2022). Development of a simple substitute model to describe the normal force of fluids in narrow gaps. PAMM, 19(1), https://doi.org/10.1002/pamm.202200062

Bilz, R., & de Payrebrune, K. M. (2022). Simulation of non-round particles in tribological three-body systems, ECCOMAS Congress 2022 - 8th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering,https://doi.org/10.23967/eccomas.2022.249

Bilz, R., & de Payrebrune, K. M. (2021). Investigation of the influence of velocity in a tribological three-body system containing a single layer of rolling hard particles from a mechanical point of view. Tribology International, 159, 106948.

Sridhar, P., Mannherz, D., Bilz, R., de Payrebrune, K. M., Prasad, M. R., & Prieto, J. M. R. (2021). Physical Modeling of Process Forces in Grinding. In 2nd International Conference of of the DFG International Research Training Group 2057–Physical Modeling for Virtual Manufacturing (iPMVM 2020). Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum für Informatik.

Bilz, R., Sridhar, P., & de Payrebrune, K. M. (2021). Parameter identification aspects of tribological systems containing hard particles. PAMM, 21(1), e202100018.

Sridhar, P., RG Prasad, M., Bilz, R., W. Klein, M., Vajragupta, N., M. de Payrebrune, K., & Smaga, M. (2021). A comparative study of an isotropic and anistropic model to describe the micro‐indentation of TWIP steel. PAMM, 20(1), e202000224.

Bilz, R., & de Payrebrune, K. M. (2019). Analytical investigation of the motion of lapping particles. PAMM, 19(1), e201900076.

 

Liste der Publikationen

Ergebnisse aus diesem Forschungsprojekt

Läpp-Experimente

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Simulation des globalen Modells
Globales und lokales Läppmodell
Globales und lokales Läppmodell
Modellierung globaler Zusammenhänge
Modellierung globaler Zusammenhänge
Modellierung lokaler Zusammenhänge
Modellierung lokaler Zusammenhänge

Simulationen
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