Honen

Verbessertes Kurzhubhonen durch Simulation

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Weißlichtmikroskopie digitalisiert die Werkstückoberfläche

Durch diese Verschneidung oder Durchdringung entsteht eine dreidimensionale Überlagerung, aus der sich die neue Werkstücktopografie und -geometrie ergibt. Die kinematische Abtragsimulation erfolgt mithilfe der Software ISF-Machining, die am ISF zur Simulation des Fräsprozesses entwickelt wurde [6]. Werkstück und Werkzeug fußen dabei auf Höhendaten, die durch optische Vermessung gewonnen werden. Mit der Weißlichtmikroskopie steht ein gutes Messverfahren zur Verfügung, um die geschliffene Werkstückoberfläche (Wälzlagerstahl 100Cr6) zu digitalisieren. Auch das Finishband kann mittels Weißlichtmikroskopie vermessen werden. Ein Ausschnitt des eingesetzten Finishbandes ist in Bild 2 dargestellt. Der qualitative Vergleich zwischen der REM- und Weißlichtaufnahme beweist die gute Übereinstimmung. Zur Digitalisierung der Oberflächen wird je ein repräsentativer Bereich gewählt, der in die Simulationsumgebung geladen und dann mehrmals dupliziert wird, um Werkzeug und Werkstück zu modellieren. Die Simulationsumgebung samt Finishband- und Werkstückausschnitt zeigt Bild 3.

Die Basis für eine gute simulative Nachbildung dieser Prozesse ist die Modellierung der relevanten Mechanismen, die das Fertigungsergebnis beeinflussen. Abhängig davon, welche Ergebnisgrößen vorhergesagt werden sollen, werden unterschiedlich realistische oder heuristische Interaktionsmodelle benötigt. Speziell für die Abbildung des Kurzhubhonens wurde die Modellierung der resultierenden Oberflächenstrukturen untersucht, um aus den Simulationsergebnissen charakteristische Rauheitskennwerte zu ermitteln.

Es ergeben sich direkt hohe Anforderungen an die Präzision des Werkstückmodells sowie an die Zeitintervalle zur Simulation des Materialabtrags. Das führt schnell zu sehr großen Modellen, die im Computer gespeichert und manipuliert werden müssen, und außerdem sind pro simulierter Prozesssekunde bis zu 1 Mio. Einzelmaterialabträge nötig, um eine kontinuierliche Relativbewegung nachzubilden [7].

Ergebnisse zur simulativen Nachbildung des Kurzhubhonens

Bild 4 vergleicht eine simulierte Oberflächenstruktur mit einem realen Ergebnis. Anzumerken ist hierbei, dass eine weggeregelte Zustellung innerhalb der Prozesssimulation umgesetzt wurde. Erkennbar bei beiden Oberflächen ist, dass während des Prozesses einzelne stark hervorstehende Schneidkörner tiefe Riefen in der Oberfläche erzeugen. Dazwischen liegen plateauartige Oberflächenbereiche vor. Die ausgeprägten Riefen in der simulierten Oberfläche weisen auf weit hervorstehende Datenpunkte hin. Innerhalb der Simulation müssten diese Punkte durch ein Verschleißmodell relativ schnell zurückgesetzt werden, da auch im realen Prozess weit hervorstehende Schneidkörner aufgrund der größeren Belastung schneller abstumpfen als weiter zurückliegende Schneidkörner. Die Entwicklung eines geeigneten Verschleißmodells sowohl für hervorstehende Schneidkörner als auch für Bindungsbestandteile stellt eine der Herausforderungen innerhalb der Abtragsmodellierung dar. Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Bereitstellung von Fördermitteln im Rahmen des DFG-Projekts BI 498/40-1. MM

Literatur

[1] Rudloff, G.: Superfinish von Automobil-Komponenten mit Band. In: Spanende Fertigung – Prozesse, Innovationen, Werkstoffe. Weinert, K.; Biermann, D. (Hrsg.), 5. Ausgabe, Vulkan, Essen, 2005, S. 119-132.

[2] Paffrath, K. U.; Heymann, T.; Biermann, D.: Umweltfreundlicher Glanz – Super-/Micro-Bandfinishen ohne Kühlschmierstoff. WB Werkstatt und Betrieb, Jahrgang 143, Heft 3 (2010), S. 62-64.

[3] Puthanangady, T. K.; Malkin, S.: Experimental investigation of the superfinishing process. Wear, Jahrgang 185, Heft 1-2 (1995), S. 173-182.

[4] Hildebrand, O.: Superfinish – ein innovatives Verfahren zur Verbesserung von Oberfläche und Form. In: Moderne Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung 2010 – Neue Entwicklungen und Trends aus Forschung und Praxis, Tawakoli, T. (Hrsg.), 2010, S. 12/1–12/19.

[5] Brinksmeier et al.: Advances in modeling and simulation of grinding processes. CIRP Annals, Volume 55, Issue 2 (2006), S. 667-696.

[6] Zabel, A.; Odendahl, S.; Peuker, A.: Detaillierte Analyse der Fräsbearbeitung von Freiformbauteilen mit Hilfe eines multiskaligen Simulationssystems. In: SFB 708 – 3. öffentliches Kolloquium, 25.11.2009, Tillmann, W. (Hrsg.), 2009, S. 77-84.

[7] Joliet, R.; Kansteiner, M.: A High Resolution Surface Model for the Simulation of Honing Processes. Advanced Materials Research, 769 (2013), S. 69-76.

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