Fundamental study of mass finishing processes with a focus on design of abrasive media and advanced modelling approaches
Final Report Abstract
Erweiterte Ansätze zur Kalibrierung und Validierung von Gleitschleifprozesssimulationen (Teilziel A): Eine große Herausforderung bei DEM-Simulationen stellt die Bestimmung von Simulationsparametern dar, weshalb hierzu zahlreiche Methoden existieren. Einige dieser Methoden wurden im Rahmen des Forschungsprojekts erprobt. Dabei konnte festgestellt werden, dass bereits anhand einfacher Versuchsaufbauten wie der Schiefen-Ebene, dem Doppelpendel oder dem Kugelfallversuch, die erforderlichen Simulationsparameter auf Einzelpartikelebene bestimmt werden können. Im Gegensatz dazu konnten mit Kalibrierungsversuchen auf Schüttguteben keine eindeutigen Parameter ermittelt werden. Mit den ermittelten Simulationsparametern konnte sowohl bei den kraft- als auch bei den geschwindigkeitsbasierten Validierungsstrategien eine qualitative Übereinstimmung zwischen simulativen und experimentellen Ergebnissen erreicht werden. Jedoch lagen hinsichtlich der quantitativen Übereinstimmung teilweise große Abweichungen vor. Abbildung asphärischer Schleifkörper in der Modellierung mittels der Diskrete Elemente Methode (Teilziel B): Durch die Verwendung leistungsstarker Hardware und einer DEM-Software, die dem Stand der Technik entspricht, stellt die direkte Abbildung asphärischer Schleifkörper als Facettenkörper hinsichtlich der Berechnungszeiten keine Herausforderung mehr da. Der ursprünglich vorgesehene Mehrkugelansatz zur Abbildung asphärischer Schleifkörper wurde daher nicht weiterverfolgt. Stattdessen wurde untersucht, welchen Einfluss der Detaillierungsgrad bei der Abbildung asphärischer Schleifkörper, welcher über die Facettenanzahl des Schleifkörpers gesteuert werden kann, besitzt. Hierbei wurde festgestellt, dass der Detaillierungsgrad einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Simulationsergebnisse hat, sich eine steigende Facettenanzahl allerdings auf die Berechnungszeit auswirken kann. Reduzierte Berechnungsdauer der DEM-Simulation von Gleitschleifprozessen im anwendungsnahen Maßstab (Teilziel C): Eine weit verbreitete Methode zur Reduzierung der Berechnungsdauer von DEM-Simulationen besteht in der Reduzierung der Kontaktsteifigkeit. Diese Methode wurde im Rahmen einer Konvergenzanalyse untersucht. Dabei wurde herausgefunden, dass die Kontaktsteifigkeit um mehrere Größenordnungen reduziert werden kann, ehe die Simulationsergebnisse beeinflusst werden und dadurch eine erhebliche Reduzierung der Berechnungszeiten realisiert werden kann. Umfassendes Prozessmodell für industrielle Anwendungen unter Einbeziehung der Schleifkörperform und -größe als erklärende Größe des Bearbeitungsergebnisses (Teilziel D): Die simulativen Kenngrößen des Schleifkörper-Werkstück-Kontakts konnten empirisch mit den Bearbeitungsergebnissen verknüpft werden. Insbesondere ist hierbei anzumerken, dass eine Absolutgenauigkeit der simulativen Kenngrößen für eine solche Verknüpfung nicht erforderlich ist, solange der Einfluss verschiedener Prozessparameter und Schleifkörper qualitativ abgebildet werden kann. Da zwischen simulativen Kenngrößen und Bearbeitungsergebnissen ein Zusammenhang besteht, kann die Prozesssimulation bei der Auslegung von Prozessparametern und bei der Schleifkörperauswahl unterstützend eingesetzt werden.
Publications
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Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper. Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin. Hrsg.: Uhlmann, E. Dissertation, Technische Universität Berlin. Stuttgart: Fraunhofer IRB, 2021
Eulitz, A.
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Measurement and Modeling of Contact Forces during Robot-guided Drag Finishing. Procedia CIRP 102 (2021) S. 518 ‑ 523
Uhlmann, E.; Kopp, M.
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Einfluss des Schleifkörperverschleißes auf die Kantenbearbeitung beim Fliehkraftgleitschleifen, Kantenworkshop 2022, Berlin, Deutschland, 07.04.2022
Kopp, M.
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Modellierung des Schleifkörperverschleißes beim Fliehkraftgleitschleifen, Grind-Tec 2022, Augsburg, Deutschland, 18.03.2022
Kopp, M.
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Potential of Robot-Guided Centrifugal Disc Finishing. In: Production at the Leading Edge of Technology. Hrsg.: Behrens, B.-A. et al. Cham: Springer. 2022, S. 283 ‑ 291
Kopp, M.; Uhlmann, E.
