Prozessstabilität beim Schleifen mit Ultraschall verbessern

Anbieter zum Thema

Renishaw GmbH

Schubert & Salzer Data GmbH

trivid GmbH

Anhand einer Auftragsarbeit für ein kooperierendes Unternehmen wurde ein Schleifexperiment zunächst entlang der gezeigten Methoden geplant. Die Durchführung gelang unter Verwendung ultraschallunterstützter Verfahren, die hauptsächlich für die Bearbeitung extrem harter und sprödharter Materialien geeignet sind (Bild 1). Dabei bearbeitet das Werkzeug durch die zusätzlich aufgebrachten Ultraschallschwingungen – hohe Frequenzen und niedrige Amplituden – die Oberfläche ähnlich wie ein Hammer.

Überlagerung von Schwingungen steigert Oberflächenqualität

Die Überlagerung von unterstützenden Schwingungen auf die Hauptzerspanungsbewegung von Werkzeugen ermöglicht und verbessert den Materialabtrag und steigert die erreichbare Oberflächenqualität. Aus der Nachfrage nach Hightech-Materialien mit optimalen Eigenschaften bezüglich des Verschleißes, thermischer und chemischer Beständigkeit bei hervorragenden Oberflächenqualitäten und höchster Genauigkeit (beispielsweise optische Oberflächen auf Glas oder Keramik) ergibt sich die Notwendigkeit zur Entwicklung von wirtschaftlichen Produktionsmethoden.

Die Arbeitsgruppe Optical Engineering an der Hochschule Deggendorf konzentriert sich vor allem auf die Untersuchung der Einflüsse von Maschinen- und Prozessparametern und auf das Verständnis des Wechselwirkungsprozesses Werkzeug–Werkstück.

Effekte der Ultraschallenergie werden untersucht

Zur Analyse des Prozesses wird hauptsächlich das ultraschallunterstützte Schleifen simuliert (Bild 2), wobei auch die Anforderungen an die Maschine mit einbezogen werden. Die Einflüsse verschiedener Maschinenstrukturen auf den Prozess und die Effekte der Ultraschallenergie werden ebenfalls analysiert. Zerspanungsparameter und Werkzeuge werden speziell auf die Einflüsse verschiedener Materialien getestet.

Die meisten Ultraschallanwendungen nutzen üblicherweise Aktoren und Sonotroden in den Hauptspindeln. Zusätzlich sollen neue Konzepte und Lösungen entwickelt werden, bei denen Ultraschallschwingungen über anwendungsabhängige, spezielle mechatronische Werkstückspannsysteme auf die Werkstücke übertragen werden. Mittels der Anwendung von adaptiven Regelungen kann das Verhalten der Ultraschall-Spannsysteme eingestellt werden, um damit die Bearbeitungsergebnisse, abhängig vom Zerspanungsprozess, der Werkstückgeometrie und der Massenträgheit, zu optimieren.

Die Vorgehensweise für vollfaktorielle DOE kann in folgende Schritte unterteilt werden:

• Systemanalyse: Dort werden die relevanten Einfluss-, Stör- und Zielgrößen ermittelt.
• Versuchsstrategie: Ein Versuchsplan wird erstellt, bei dem die Durchlaufreihenfolge standardmäßig randomisiert ist. Letzteres trägt dazu bei, dass sich die Effekte der von der Studie ausgeschlossenen Faktoren nur geringfügig auswirken.
• Versuchsdurchführung: Das Experiment wird anhand des vorgegebenen Versuchsplans vollständig durchgeführt.
• Versuchsauswertung: Die Messdaten werden statistisch analysiert, das heißt, eine Varianzanalyse (Anova) des kompletten Modells wird durchgeführt, das Modell wird durch Entfernen nicht signifikanter Terme reduziert, signifikante Haupt- und Wechselwirkungen werden überprüft und eine mathematische Beschreibung des Modells wird aufgestellt. Das Modell kann nun in allgemein verständliche Prozessanforderungen übersetzt werden und gegebenenfalls kann eine weitere experimentelle Planung zur Optimierung des Prozesses erstellt werden.

(ID:331658)