Lehrstuhl für Computational Physics in Engineering (CPE)

Entwicklung eines physikalischen Kraftmodells zum Einkorn Ritzen und Schleifen

Das Schleifen zählt zu den spannenden Fertigungsverfahren, welche für die Fein- und Fertigbearbeitung von Bauteilen angewendet wird. Zudem wird das Schleifen den spannenden Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide zugeordnet, da sowohl Form, Verteilung und die Anzahl der sich im Eingriff befindlichen Schneidkörner grundsätzlich nicht bekannt sind. Die aus natürlichem oder systemischem Material bestehenden und in einem Werkzeug gebundenen Schneidkörner tragen hierbei unter hoher Relativgeschwindigkeit Material aus dem Werkstück ab, wobei sich die Schneidkörner und das Werkstück nicht permanent in Kontakt zueinander befinden. Bei diesem Vorgang wird sowohl Form als auch die Maßhaltigkeit des Werkstücks verändert und die Oberflächengüte verbessert.

Der Schleifprozess zeichnet sich durch eine hohe Komplexität und Dynamik aus, weshalb eine detaillierte Prozessvorhersage nur mit einem validen Simulationsmodell möglich ist. Mit einem solchen physikalischen Kraftmodell kann der Aufwand experimenteller Parametrisierung von empirischen Kraftbeschreibungen erheblich verringert werden. Zusätzlich kann mit einem solchen physikalischem Kraftmodell ein nützliches Werkzeug für die virtuelle Prozessplanung bereitgestellt werden.

Zur Realisierung eines solchen physikalischen Kraftmodells werden am CPE zunächst Ein- und Mehrkornritzversuche simulativ mithilfe einer FEM abgebildet. Mittels Ritzversuchen, also realen Experimenten, werden Kraftmessungen mit verschiedenen Testparametern, wie Ritzgeschwindigkeit, Werkstückmaterialien und Ritzkorngeometrien, durchgeführt und anschließend verwendet, um das physikalische Kraftmodell zu validieren. Im weiteren Verlauf soll dieses Kraftmodell für statistische Auswertungen genutzt werden und eine Skalierung von einzelnen Schneidkörnern hin zu einer vollständigen Schleifscheibe ermöglichen und diese Simulativ abbilden.

Da industrielle Schleifprozesse meist unter Einwirkung von Kühlschmierstoffen stattfinden, soll das Basiskraftmodell insofern angepasst bzw. erweitert werden, dass der Einfluss eines beliebigen Kühlschmierstoffs ebenfalls berücksichtigt werden kann. Hierfür werden ebenfalls reale Experimente durchgeführt, um zunächst den generellen Einfluss eines Kühlschmierstoffs auf die resultierende Kraft der Ritzversuche zu identifizieren und anschließend das Verhalten durch einen geeigneten Ansatz in das bestehende Modell zu implementieren.

Einkorn-Ritzversuch

Förderung

Gefördert durch die DFG im Rahmen des IRTG 2057


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