Honen Verbessertes Kurzhubhonen durch Simulation

Autor / Redakteur: Dirk Biermann, Raffael Joliet und Michael Kansteiner / Peter Königsreuther

Durch Kurzhubhonen gefinishte Werkstücke sind verschleißfester und haben optimierte Reib- und Gleiteigenschaften. Um diesen Prozess zu verbessern, müssen aufwendige empirische Untersuchungen angestellt werden. Mithilfe von adäquat modellierten Simulationen kann der Testumfang deutlich reduziert werden.

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Der Versuchsaufbau an einem MAG-Boehringer-Drehautomaten besteht aus einem Mikro­finishing-Aufsatz mit Schleifband aus Aluminiumoxid, das mittels Druckluft und Gummi-Andrück­rolle im Eingriff gehalten wird.
Der Versuchsaufbau an einem MAG-Boehringer-Drehautomaten besteht aus einem Mikro­finishing-Aufsatz mit Schleifband aus Aluminiumoxid, das mittels Druckluft und Gummi-Andrück­rolle im Eingriff gehalten wird.
(Bild: Joliet)

Das Kurzhubhonen oder Mikrofinishen ist ein Endbearbeitungsverfahren, mit dem sowohl die Mikro- als auch die Makrogeometrie von Funktionsoberflächen verbessert werden kann. Besonders die Oberflächenstruktur der Werkstücke wird so verbessert.

Modellierung von Schleifprozessen im Forschungsfokus

Die bearbeiteten Oberflächen bieten ein vergleichsweise geringes Verschleißverhalten, verbesserte Reibungs- und Gleiteigenschaften sowie reduzierte Geräuschemissionen und eine höhere Ermüdungsfestigkeit [1, 2]. Die Prozessentwicklung ist aber durch teure empirische Untersuchungen geprägt [3], um etwa das notwendige Prozesswissen bei der Bearbeitung neuer Werkstoffe aufzubauen.

Experimentelle und simulative Untersuchungen

Mithilfe der aktuell vorangetriebenen Modellierung von Schleifprozessen wird es jedoch möglich, die Zahl der empirischen Tests durch eine simulative Nachbildung zu verringern. Spezifische Problemstellungen des Schleifens, wie die Vielzahl gleichzeitig, aber unterschiedlich tief im Eingriff stehender Schleifkörner, sind eine Herausforderung für die Modellierung und Simulation. Innerhalb eines durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsvorhabens am Institut für Spanende Fertigung (ISF) werden sowohl experimentelle als auch simulative Untersuchungen zu den Verfahren Kurz- und Langhubhonen durchgeführt. Dieser Beitrag beleuchtet das Kurzhubhonen.

Ziel der Experimente ist es, ein empirisches Ersatzmodell, das den Einfluss der Bearbeitungsparameter aufzeigt, aufzustellen und die gewonnenen Erkenntnisse in die Prozessmodellierung einfließen zu lassen. Mittels statistischer Versuchsplanung lassen sich diese Untersuchungen effektiv gestalten. Innerhalb des empirischen Ersatzmodells werden Eingangsgrößen wie die Bearbeitungsdauer, die Prozessgeschwindigkeiten und die Bearbeitungskraft zu den zu testenden Zielgrößen wie Rauheitskennwerte oder Formfehler in einen funktionalen Zusammenhang gebracht. Auf Seiten der Simulation werden für die Werkzeug- und Werkstückmodellierung Höhendaten genutzt, die durch die Digitalisierung der realen Werkzeug- und Werkstückoberflächen gewonnen werden können. Dazu werden optische Messverfahren, wie etwa die Weißlichtmikroskopie, eingesetzt. Innerhalb einer kinematischen Simulation, die zu den physikalischen Prozessmodellen gezählt wird, werden diese Höhendaten unter Berücksichtigung der Prozessparameter zeitdiskret miteinander verschnitten. Nach der Prozessmodellierung dienen weitere experimentelle Untersuchungen der Modellvalidierung. Sowohl die experimentell gewonnenen Erkenntnisse als auch die simulativ erzeugten Oberflächenstrukturen führen zu einer Erweiterung des allgemeinen Prozessverständnisses. Durch die Prozesssimulation wird die Prognose von Prozessergebnissen möglich, woraus eine angepasste Auswahl der Bearbeitungsparameter erfolgen kann.

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