Simulationsbasierte Auslegung von Hochleistungs-Innenrundschleifprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Andreas Menzel
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403857741

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Hochleistungs-Innenrundschälschleifen mit galvanisch gebundenen CBN-Schleifscheiben bietet ein hohes Potenzial in der Bohrungsbearbeitung von gehärteten Stahlbauteilen. Der Prozess zeichnet sich durch hohe erzielbare Zeitspanvolumina, einen geringen Werkzeugverschleiß und das Potenzial zur Kombination von Schrupp- und Schlichtbearbeitung in einem Prozessschritt aus. Die Herausforderung liegt in der Prozessbeherrschung besonders mit Blick auf Abweichungen der Bohrungsgeometrie, hervorgerufen durch den Eintrag von Prozesswärme und durch über den Prozess variierende Abdrängungen zwischen Werkzeug und Werkstück. Darüber hinaus zeigt sich in der industriellen Praxis eine Herausforderung darin die Werkzeuge in Hinblick auf einen gleichmäßigen Verschleiß des einschichtigen CBN-Belags auszulegen. Da im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramm 1480 (Thermal Effects in Complex Machining Processes) bereits ein simulationsbasierter Ansatz u.A. zur Berücksichtigung und Kompensation des Einflusses der Prozesswärme auf die Bauteilgeometrie entwickelt wurde, lag der Fokus dieses Projekts in der Erweiterung des Ansatzes und der zugrundeliegenden Modelle um den Effekt der prozesskraftbedingten Abdrängung und in der Untersuchung des Werkzeugverschleißes. In empirischen Untersuchungen wurde das Nachgiebigkeitsverhalten des vollständigen Systems aus Werkzeugmaschine, Werkzeug und Bauteil ermittelt. In Kombination mit der Einwicklung eines anhand von FE-Simulationen kalibrierten Einzelkornkraftmodells konnten somit innerhalb einer geometrisch-physikalischen Prozesssimulation die prozesskraftbedingten Abdrängungen und die daraus resultierende Bauteilkontur berechnet werden. Mittels eines auf dieser Simulation basierenden Ansatzes zur Prozessauslegung konnte am Beispiel eines industriellen Beispielprozesses eine Halbierung des Konturfehlers entlang der Bohrung erzielt werden. Dies deutet auf das große Potenzial für eine deutliche Reduktion des Aufwandes zur Einrichtung von neuen oder angepassten Prozessen hin. Anhand von umfangreichen empirischen Verschleißuntersuchungen konnte weiterhin eine Werkzeugmodifikation erarbeitet werden, welche im Versuch eine Verdoppelung der Standzeit bei gleichen Prozessparametern ermöglicht hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Produktionstechnologie im Wandel – neue Anforderungen an die Schleiftechnologie. Konferenzvortrag, Dortmunder Schleifseminar, 29.09. - 30.09.2021, Dortmund
  W. Heuer, T. Tsagkir Dereli, F. Hofmann, J. Liedel, S. Woiwode, S. Schindler, N. Schmidt, T. Furlan, A. Menzel & D. Biermann
  
• Prozessoptimierung für das Innenrundschälschleifen. VDI-Z, 162(03), 25-27.
  Holtermann, Raphael; Furlan, Tim; Schmidt, Nils; Dereli, Tsagkir Tountzer; Menzel, Andreas & Biermann, Dirk
  
• Towards the Prediction of Compliance Influences on Shape Deviations in Internal Traverse Grinding. Lecture Notes in Production Engineering, 304-314. Springer Berlin Heidelberg.
  Schmidt, N.; Tsagkir, Dereli T.; Furlan, T.; Holtermann, R.; Biermann, D. & Menzel, A.
  
• Simulation Based Prediction of Compliance Induced Shape Deviations in Internal Traverse Grinding. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 5(2), 60.
  Tsagkir, Dereli Tountzer; Schmidt, Nils; Furlan, Tim; Holtermann, Raphael; Biermann, Dirk & Menzel, Andreas
  
• Effizienzsteigerung durch Schleifen im Hochgeschwindigkeitsbereich Lösungen für die Prozessauslegung, Konferenzvortrag, Fellbacher Schleiftagung, 26 - 27.01.2022, online
  D. Biermann, T. Tsagkir Dereli & P. Latta
  
• On Visualisation of Finite Element Cutting Simulations. Konferenzvortrag, GACM Colloquium on Computational Mechanics 2022, 21.-23.02.2022, Essen.
  T. Furlan, J. Stollberg, T. Tsagkir Dereli, N. Schmidt, D. Biermann & A. Menzel
  
• Qualitäts- und Effizienzsteigerung durch innovative Lösungen im Bereich der Schleiftechnologie, Konferenzvortrag; Grinding Hub Websession 2022, 28.04.2022, online
  T. Tsagkir Dereli, T. Furlan, N. Schmidt, P. Latta, A.Menzel & D. Biermann
  
• Simulationsbasierte Auslegung von Hochleistungs-Innenrundschleifprozessen, Vortrag Postersession Fellbacher Schleiftagung, 26 - 27.01.2022, online
  T.Tsagkir Dereli, N. Schmidt & T.Furlan
  
• Standzeitverdopplung beim Hochgeschwindigkeits-Innenrundschälschleifen mit modifizierten galvanisch gebundenen CBN-Werkzeugen. Diamond Business 3, 40-47 (2022)
  T. Tsagkir Dereli, T. Furlan, N. Schmidt, J. Liedel, A. Menzel & D. Biermann
  
• Application of the Coupled Eulerian Lagrangian method to the prediction of single‐grain cutting forces in grinding. PAMM, 22(1).
  Furlan, Tim; Tsagkir, Dereli Tountzer; Schmidt, Nils; Biermann, Dirk & Menzel, Andreas