Gestaltungsmodell zur wissensbasierten Einstellung der Randzonen- und Oberflächeneigenschaften additiv gefertigter Bauteile für das geführte Fliehkraftgleitschleifen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das geführte Fliehkraftgleitschleifen bietet das Potenzial, nicht nur die Oberflächenrauheit zu reduzieren, sondern auch Druckeigenspannungen in die Werkstückrandzone zu induzieren. Aufgrund unzureichender Kenntnisse über den Kontakt zwischen Schleifkörpern und Werkstück ist eine wissensbasierte Prozessauslegung nicht möglich. Daher wurden in diesem Forschungsvorhaben die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen und den Prozessergebnisgrößen in Abhängigkeit von den Prozesszustandsgrößen beim geführten Fliehkraftgleitschleifen analysiert. Hierzu wurden zunächst Messsysteme entwickelt, die den Kontakt zwischen Schleifkörpern und Werkstück im robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen empirisch erfassen können. Diese Systeme kamen anschließend in experimentellen Untersuchungen zum Einsatz. Erfasst wurden die Kontaktart, Kontakthäufigkeit, Kontaktkraft sowie Relativgeschwindigkeit. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ausbildung eines Staupunkts die Übertragung kinetischer Energie von den Schleifkörpern auf das Werkstück beeinträchtigt. Durch Erhöhung des Neigungswinkels konnte die Ausbildung dieses Staupunkts reduziert werden, was den Kontakt zwischen Schleifkörpern und Werkstück deutlich beeinflusste. Die Prozesseingangsgrößen zeigten teilweise unterschiedliche Auswirkungen auf Kontaktart, Kontakthäufigkeit, Kontaktkraft und Relativgeschwindigkeit. Mithilfe der Finite-Elemente-Methode wurde ein numerisches Modell erstellt, in dem die Übertragung der kinetischen Energie der Schleifkörper auf das Werkstück quantifiziert werden konnte. Darauf aufbauend erfolgten empirische Untersuchungen an Werkstücken mit unterschiedlichen Vorbearbeitungen. Es konnte gezeigt werden, dass die Kontaktnormalkraft und die Relativgeschwindigkeit die Prozessergebnisgrößen der Oberflächenintegrität unterschiedlich beeinflussen. Durch die Finite-Elemente-Methode wurde in einem numerischen Modell des Kontakts zwischen Schleifkörpern und Werkstück aufgezeigt, dass für die maximalen Druckeigenspannungen ein Grenzwert erreicht wurde. Schließlich wurde ein Erklärungsmodell auf Basis von den Ursache-Wirkungs- Zusammenhängen zwischen den Prozesseingangsgrößen und den Kontaktparametern und von den Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen zwischen den Prozesszustandsgrößen und den Prozessergebnisgrößen entwickelt. Abschließend wurde mittels empirischer Untersuchungen das Erklärungsmodell verifiziert. Dazu wurden geschliffene Werkstücke eingesetzt und mit Keramikschleifkörpern bearbeitet. Anschließend erfolgte die Bearbeitung mit Kunststoffschleifkörpern, um die Oberflächenrauheit einzustellen. Als Ergebnis des Forschungsprojekts liegt ein Erklärungsmodell für die Oberflächenintegrität in Abhängigkeit von den Prozesszustandsgrößen beim robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen vor. Anhand der Ergebnisse konnte eine Vorgehensweise für eine mehrstufige Prozessauslegung definiert werden, mit welcher die Oberflächenintegrität des Werkstücks eingestellt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Development of measuring systems for contact force and relative velocity in robot-guided centrifugal finishing. Procedia CIRP, 104, 14-19.
Ohlert, Marius; Schriever, Tim; Prinz, Sebastian; Barth, Sebastian & Bergs, Thomas
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Surface Modification of Inconel 718 by Robot-Guided Centrifugal Finishing and Vibratory Finishing. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 3-7. Springer Singapore.
Ohlert, Marius; Prinz, Sebastian; Barth, Sebastian & Bergs, Thomas
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Influence of relative velocity and contact force between abrasive media and workpiece on material removal in gyro finishing. Journal of Manufacturing Processes, 79, 614-625.
Ohlert, Marius; Brüssel, Fabian; Prinz, Sebastian; Barth, Sebastian & Bergs, Thomas
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Contact between Abrasive Media and Workpiece in Robot-guided Centrifugal Finishing. 1. Auflage., Aachen: Apprimus Verlag, zugleich Dissertation RWTH Aachen
Ohlert, M.
