Numerische Modellierung des thermo-mechanischen Kontaktes im Schleifprozess

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394846749

Die beim Schleifprozess auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen haben maßgeblichen Einfluss auf das Prozessergebnis. In der Werkstückrandzone können sie zu Änderungen des Werkstoffgefüges und damit des Eigenspannungszustandes führen, die das spätere Einsatzverhalten der Bauteile negativ beeinflussen können. Zudem wird der Schleifscheibenverschleiß entscheidend durch die an den Schleifkörnern wirkenden Belastungen bestimmt. In der Werkzeugmaschine wirken sich darüber hinaus die Prozesskräfte auf die elastische Verlagerung der Maschinenstruktur während der Bearbeitung aus. Die Wärmeströme beeinflussen zudem die thermo-elastische Verlagerung der Maschinenstruktur. Beide Verlagerungen führen zu Abweichungen in der erzeugten Werkstückgeometrie. Dementsprechend ist in der Vergangenheit eine Vielzahl an Untersuchungen zur Analyse der thermo-mechanischen Vorgänge bei der Interaktion von Körnern und Werkstück durchgeführt worden. Diese können in experimentelle und simulative Untersuchungen auf Basis numerischer Modelle unterteilt werden. Im Vergleich zu experimentellen Untersuchungen können mit numerischen Simulationen die Vorgänge und Zustandsgrößen in höheren örtlichen und zeitlichen Auflösungen sowie insbesondere an jeder Position ermittelt werden. Darüber hinaus ermöglichen die numerischen Modelle Einflussgrößen unabhängig voneinander zu variieren und so gezielt zu analysieren auch wenn dies in der Realität nicht möglich ist. Allerdings ist eine ausreichend genaue Abbildung der Realität in den numerischen Modellen eine große Herausforderung. Darüber hinaus sind auch beim Einsatz numerischer Modelle experimentelle Untersuchungen nötig, um die entwickelten Modelle zu verifizieren. Existierende numerische Modelle des thermo-mechanischen Kontaktes von Schleifkorn und Werkstück bilden die Realität und insbesondere den Einfluss der Kornform auf die Kontaktbedingungen nicht hinreichend genau ab. Daher ist das übergeordnete Ziel des Vorhabens, ein numerisches Modell für die Korn-Werkstück Interaktion im Schleifprozess zu entwickeln, dass die thermo-mechanischen Kontaktverhältnisse ausreichend genau abbildet, um die Wirkzusammenhänge im Kontakt zwischen Korn und Werkstoff zu erforschen sowie den Einfluss der Prozessparameter und insbesondere der Kornform auf das thermo-mechanische Belastungskollektiv zu identifizieren. Hierzu wird ein thermo-mechanisches Finite-Elemente-Modell des Einkorneingriffs zur Ermittlung der Prozesskräfte und Wärmeströme entwickelt. Das Modell wird durch experimentelle Einkornritzuntersuchungen anhand der auftretenden Kräfte und Temperaturen verifiziert. Nach der Verifikation des Modells kann der Einfluss der Prozessparameter, insbesondere der Kornform, auf das thermo-mechanische Belastungskollektiv systematisch ermittelt und die Wirkzusammenhänge erklärt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Patrick Mattfeld
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke, bis 6/2019