Simulationsgestützte Werkzeugauslegung für das Seilschleifen von Metallen
Final Report Abstract
Das Seilschleifen gewinnt aufgrund seiner Flexibilität immer neue Anwendungsgebiete, wie den Rückbau metallischer Strukturen und die Zerlegung metallischer Großkomponenten. Dabei bleibt das Werkzeugkonzept nahezu unverändert, was zum Teil erhebliche Nachteile, wie hohen Verschleiß, Spanraumzusetzungen und Seilrisse, nach sich ziehen kann. Ein Ansatz zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit ist die bedarfsgerechte Auslegung der Schleifkörnung auf den Seilschleifperlen sowie deren gezielte Anordnung. Im Rahmen dieses Projektes wurden die Grundlagen erarbeitet, um Seilschleifperlen simulativ auszulegen. Dazu wurde das bereits vorhandene Materialabtragssimulationssystem CutS um die Bausteine Erzeugung von 3D-Modellen von Seilschleifperlen mit unterschiedlichen Kornanordnungen, Analyse der simulativ erzeugten Kontaktgeometrien und Berechnung der Korneingriffsquerschnittsflächen, Berechnung der daraus resultierenden Kräfte sowie Berechnung der resultierenden Seilabdrängung erweitert. Des Weiteren wurden Algorithmen ergänzt, mit denen sich die Werkzeugbahnen der Seilschleifperle in Abhängigkeit der Prozesskräfte und resultierenden Abdrängungen beeinflussen lassen. Es wurden Schleif- und Ritzversuche mit Werkzeugen mit nur einer mit Diamanten belegten Seilschleifperle durchgeführt und die realen Eingriffsgeometrien bestimmt. Diese resultieren aus den gewählten Prozessparametern Schnittgeschwindigkeit vc, Vorschubgeschwindigkeit vft und Seilvorspannung σvs, welche den Perleneingriffswinkel γ definieren. Mit steigendem Eingriffswinkel γ steigt die Gesamtquerschnittsfläche Aquer. Es zeigte sich, dass die Prozesskräfte Ft und Fn linear abhängig von der resultierenden Gesamtquerschnittsfläche sind. Dementsprechend führen zu große resultierende Querschnittsflächen zu einer höheren Werkzeugbelastung und zu einer verstärkten Seilabdrängung. Mithilfe der gewonnen Daten wurden Modelle erstellt und die Simulation parametriert. Es konnte simulativ nachgewiesen werden, dass eine gezielte Anordnung der Schneidkörner auf der Seilschleifperle zu einer Erhöhung des Materialabtrages durch Vergrößerung des resultierenden Gesamtspanungsquerschnittes Aquer führen kann. Des Weiteren wurde deutlich, dass die ideale Kornanordnung vom Anwendungsfall und den Prozessparametern abhängig ist. Eine Erhöhung des Perleneingriffswinkel γ und somit der resultierenden Eindringtiefen beeinflusst vor allem den axialen Kornabstand b. Aufgrund herstellungsbedingter Toleranzen beim Setzen der Diamantkörner können die simulativ berechneten Materialabtragssteigerungen nicht erreicht werden. Tendenziell lassen sich dennoch Literaturangaben, die eine Steigerung des Materialabtrages beschreiben, bestätigen. Die ermittelte Steigerung durch Setzmuster kann aber auch durch Anwendung von Aktivlot-Bindungen anstelle galvanischen Bindungen und Erhöhung der Diamantkorngröße sowie -konzentration erreicht werden. Um das Potential gesetzter Diamantkörnungen auf Seilschleifperlen nutzen zu können, muss die Herstellung vereinfacht und die Genauigkeit bei der Kornanordnung erhöht werden. Zudem mindert der hohe Anschaffungspreis eine wirtschaftliche Nutzung solcher Seilschleifperlen.
Publications
- Grundlagen zur simulationsgestützten Auslegung von Seilschleifwerkzeugen. Diamant Hochleistungswerkzeuge (dihw), Ausgabe 1 (2013), S. 20 – 24, 2013
Denkena, B., Köhler, J., Böß, V., Ermisch, A.
- Material Removal Simulation of Wire Cutting Processes for an adapted Tool Design. Proceedings 2nd International Conference on Stone and Concrete Machining, Dortmund, S. 119 – 124, 14.-15. November 2013
Denkena, B., Köhler, J., Böß, V., Ermisch, A.
- Trennschleifen – Herausforderungen, Entwicklungen und Perspektiven. Proceedings 4th European Conference on Grinding, ECG 2013, Bremen, S. 10-1 – 10-16, 2013
Denkena, B., Seiffert, F., Ermisch, A.
