Modellierung und Simulation des NC-Formschleifens zur gezielten Erzeugung von Werkstückoberflächen unter Berücksichtigung der Werkzeugtopographie und des Werkzeugverschleißes
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das zentrale Ziel dieses Forschungsvorhabens bestand in der geometrisch-physikalischen Simulation und experimentellen Betrachtung von NC-Formschleifprozessen zur Bearbeitung freigeformter Umformwerkzeuge. Im Projektverlauf wurde ein neuer Simulationsansatz auf Basis einer Einzelkornmodellierung als Punktwolken entwickelt und erfolgreich zur Vorhersage von Oberflächentopographien und Prozesskräften eingesetzt. Grundlage der Modellierung der Werkzeugtopographie bildet eine Datenbank mit repräsentativen Kornmodellen in unterschiedlichen Verschleißzuständen, die anhand experimenteller Verschleißversuche erstellt wurde. Sowohl mit Einkornritzversuchen als auch einer numerischen Betrachtung eines Korneingriffs konnte ein empirisches Prozesskraftmodell kalibriert und mit der geometrisch-physikalischen Simulation erfolgreich für die Prozesskraftberechnung über den vollständigen Werkzeugeingriff verwendet werden. Zur Anwendung des Simulationssystems wurden unterschiedliche Prozessstrategien zur Oberflächenstrukturierung von Reibbacken analysiert. Anhand tatsächlich gefertigter Reibbacken konnte einerseits eine Validierung der vorhergesagten Oberflächentopographien erfolgen. Andererseits konnte der Einfluss der Prozessstrategie auf die Reibeigenschaften durch einen Streifenzugversuchsstand gezeigt werden. Weiterhin wurde die Übertragbarkeit der Prozesssimulation auf die Schleifbearbeitung HVOF-gespritzter WC-Co-Schichten gezeigt, die zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit auf Umformwerkzeuge aufgebracht wurden. Abschließend wurde die einzelkornbasierte Prozesssimulation mit einem makroskopischen Prozessmodell kombiniert und zur Analyse eines fünfachsigen NC-Formschleifprozesses verwendet, wobei auch hier eine gute Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Oberflächentopographien festgestellt werden konnte. Im Hinblick auf zukünftige Forschungsfragen und weitere Anwendungen wurde das entstandene Prozessmodell exemplarisch anhand der Schleifbearbeitung eines dünnwandigen Werkstücks um ein Modell der dynamischen Nachgiebigkeiten erweitert. So konnte gezeigt werden, dass der auf Einzelkornbasis berechnete Prozesskraftverlaufs das Potenzial bietet, für die Simulation von Prozessschwingungen verwendet zu werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Simulative und experimentelle Analyse der Oberflächenstrukturierung von gehärtetem Stahl durch Schleifstifte mit gesetzten Diamanten“. In: Diamond Business 3 (2017), S. 32–41
M. Kansteiner, T. Bathe und D. Biermann
- „Modeling of process deflections in a point-based grinding simulation system“. In: Procedia Manufacturing 18 (2018), S. 104–111
T. Siebrecht, N. Potthoff, P. Wiederkehr und D. Biermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.11.014) - „Stochastic modeling of grain wear in geometric physically-based grinding simulations“. In: CIRP Annals 67 (1 2018), S. 325–328
P. Wiederkehr, T. Siebrecht und N. Potthoff
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2018.04.089) - Simulation von NC-Formschleifprozessen zur Oberflächenstrukturierung von Umformwerkzeugen. 8. Dortmunder Schleifseminar. 2019
T. Siebrecht und P. Wiederkehr
- „Geometric Physically-Based and Numerical Simulation of NC-Grinding Processes for the Calculation of Process Forces“. In: Procedia CIRP (2019)
F. Wöste, T. Siebrecht, M. Fast und P. Wiederkehr
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.01.022) - „Simulation von NC-Formschleifprozessen zur Vorhersage von Oberflächentopographien unter Berücksichtigung des Werkzeugverschleißes“. Diss. TU Dortmund, 2019. ISBN 978-3-8440-6971-6
T. Siebrecht
- „Surface structuring using multi-stage grinding strategies based on geometric physically-based process simulations“. In: Procedia Manufacturing (2019), S. 608–615
T. Siebrecht, N. Potthoff, P. Wiederkehr und D. Biermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.02.095)
