Simulation ermöglicht die Vorhersage der Schleifqualität

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Bei der Bearbeitung mit Kühlschmierstoff ist ein leichter Abfall der Profilhöhe zu erkennen, es kommt jedoch nicht zu einer ausgeprägten Schwingung des Systems (Bild 5c). Dies liegt in den dämpfenden Eigenschaften des Kühlschmierstoffpolsters und der Vorspannung des Systems durch die auftretenden Kühlschmierstoffkräfte begründet.

Kühlschmierstoff baut auch Druck zwischen Werkstück und Schleifscheibe auf

Nicht nur der im Eingriff befindliche Teil einer Schleifscheibe verursacht Prozesskräfte. Entsteht aufgrund der Werkstückgeometrie ein enger Spalt zwischen Werkstück und Schleifscheibe, kommt es auch dort zu einem hydrodynamischen Druckaufbau durch den Kühlschmierstoff, der die Kräfte und die Dämpfungseigenschaften des Systems beeinflusst (Bild 6).

Während sich die Schleifscheibe auf der rechten Seite im Eingriff befindet, entsteht zwischen dem Absatz links daneben und der Schleifscheibe ein enger Spalt, der zu einer zusätzlich wirkenden Kühlschmierstoffkraft führt. Dies muss ebenfalls bei einer Prozessauslegung berücksichtigt werden.

Zahlreiche Faktoren beeinflussen das Ergebnis beim Schleifen

Wie erläutert, hängen die Prozessergebnisse bei Pendel- und Schnellhubschleifprozessen von zahlreichen Einflussfaktoren ab. Stark dynamische Prozesskräfte in Abhängigkeit von den Prozessparametern, dem zu bearbeitenden Werkstoff und der Applikation des Kühlschmierstoffs in Kombination mit dem dynamischen Maschinenverhalten führen zu Form- und Maßabweichungen entlang der Eingriffsbahn.

Die Vorhersage der dafür ursächlichen Wechselwirkungen des Prozess-Maschine-Systems ist Gegenstand des entwickelten Modells. Damit steht erstmalig ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem Form- und Maßabweichungen an schnellhubgeschliffenen Bauteilen vorhergesagt und geeignete Strategien zu deren Vermeidung simulativ ermittelt werden können. Dies ermöglicht eine gezielte Auslegung von Schleifprozessen, beispielsweise durch die Bestimmung von minimalen Zustellungen der Schleifscheibe für Schlichtoperationen oder die optimale Kühlschmierstoffmenge.

Weitere Forschungen zur Vorhersage der Qualität beim Schleifen durch Simulation

Um eine hohe Vorhersagegenauigkeit des Simulationsmodells zu erreichen, werden zurzeit am Werkzeugmaschinenlabor weitere Untersuchungen durchgeführt und deren Ergebnisse dazu genutzt, das vorliegende Modell zu erweitern. Neben der Untersuchung von Werkzeugeinflüssen wird unter anderem auch daran gearbeitet, die Dämpfungseigenschaften des Kühlschmierstoffs messtechnisch zu erfassen und als wichtigen Einflussfaktor in das Simulationsmodell zu integrieren.

Prof. Dr.-Ing. Fritz Klocke ist Direktor des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen; Dipl.-Ing. Markus Weiß ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am WZL. Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung der vorgestellten Arbeiten in dem Projekt „Vorhersage der Prozess-Maschine-Wechselwirkungen bei Pendel- und Schnellhubschleifprozessen“ im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1180 „Prognose und Beeinflussung der Wechselwirkungen von Strukturen und Prozessen“.

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