Investigation of the effects of a novel milling tool for roughing and finishing operations.
Final Report Abstract
Bei der Fräsbearbeitung von Aluminiumstrukturbauteilen kommen häufig Schrupp- und Schlichtprozesse mit unterschiedlichen Werkzeugen zum Einsatz. Durch Einsatz eines einzigen Schrupp-Schlicht-Werkzeugs können Werkzeugwechsel eingespart und Schlichtzeiten durch Verwendung erhöhter Schnitttiefen reduziert werden. Innerhalb des Vorhabens konnte gezeigt werden, dass die Stabilitätsgrenze mit dem Schrupp-Schlicht-Werkzeug gegenüber einem konventionellen Schlichtwerkzeug um über 300 % gesteigert werden kann. Durch eine gezielte Auslegung des Werkzeugs ist sogar eine Steigerung um bis zu 400 % möglich. Eine simulative Berechnung der Stabilitätsgrenzen des Schrupp-Schlicht-Werkzeugs ist mit der Semi-Diskretisierungs-Methode jedoch nicht möglich. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass das nicht-lineare Verhalten des Kontakts zwischen Fase und Werkstück nicht durch die Simulation abgebildet werden kann. Aus diesem Grund wurden zusätzlich Materialabtragsimulationen durchgeführt, die eine Berücksichtigung der nicht-linearen Effekte ermöglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Übereinstimmung zwischen simulierter und experimenteller Stabilitätsgrenze verbessert werden konnte. Drehzahlabhängig bestehen jedoch weiterhin deutliche Abweichungen. Eine weitere Verbesserung der Simulationsergebnisse ist durch Erweiterung des Prozessdämpfungsmodells um thermische Effekte sowie elasto-plastische Verformungseffekte zu erwarten. Neben der Analyse der Prozessstabilität fand eine detaillierte Untersuchung der Oberflächengüte zur Beurteilung der Schlichtfähigkeit statt. Im Gegensatz zum gefasten Schruppwerkzeug konnte eine Bildung von Poisson- und Austrittsgrat beim Einsatz des Schrupp-Schlicht-Werkzeugs vermieden werden. Zwar ergaben sich für das Schrupp-Schlicht-Werkzeug unabhängig von den Prozessstellgrößen deutlich geringere Rauheiten als beim gefasten Schruppwerkzeug. Die Rauheitskennwerte des ungefasten Schlichtwerkzeugs konnte jedoch nur bei geringen Zahnvorschüben erreicht werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Oberfläche beim Schrupp-Schlicht-Werkzeug nur durch zwei Schneiden generiert wird. Da für Schlichtprozesse jedoch häufig geringe Vorschübe verwendet werden, können auch die Rauheitsanforderungen durch das Schrupp-Schlicht-Werkzeug erreicht werden. Hierzu ist allerdings eine lokale Anpassung des Vorschubs in Hinblick auf Schrupp- und Schlichtprozesse notwendig. Im letzten Arbeitspaket wurde das Werkzeug zusätzlich bei der Zerspanung von C45 angewendet. Die Steigerung der Stabilitätsgrenze ist jedoch etwas geringer, da aufgrund der hohen Kräfte und des hohen Verschleißes eine geringere Fasenbreite verwendet wurde.
Publications
- Konzept eines Fräswerkzeugs für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung. (EP 000003077143 A1), 2016
Denkena, B.; Köhler, J.; Grabowski, R.
- A novel tool concept for roughing and finishing operations, Procedia Manufacturing Vol. 18, S. 27 – 34, 2018
Denkena B., Grove, T., Ellersiek, L.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.11.004) - Grob und Fein im Einklang, Werkstatt + Betrieb 11/2018, S. 72 – 76, 2018
Denkena B., Grove, T., Ellersiek, L.
- Schrupp-Schlicht-Fräswerkzeug, VDI-Z Band 161, S. 20 – 23, 2019
Denkena B., Krödel, T., Ellersiek, L.
- Enhanced Simulation of the Milling Process for a Novel Roughing and Finishing Tool, Dr.-Ing. Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2020
Grabowski, R
- Process Stability of a Novel Roughing-Finishing End Mill, Production Engineering, 2020
Denkena B., Grabowski, R., Krödel, A., Ellersiek, L.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11740-020-00963-y) - Time-domain simulation of milling processes including process damping, Journal of Manufacturing Science and Technology, 2020
Denkena B., Grabowski R., Krödel, A., Ellersiek, L.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2020.05.003)
