Experimentelle und simulationsgestützte Grundlagenuntersuchungen zur Oberflächenstrukturierung durch das Kurz- und Langhubhonen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel der Untersuchungen bestand in einer grundlegenden Analyse des Lang- und Kurzhubhonens im Hinblick auf die erzielbaren Oberflächenstrukturen. Aufbauend auf den dabei gewonnen empirischen Daten sollte eine Prozesssimulation entwickelt werden, um eine weggeregelte Prozessführung nachzubilden und die sich durch die Honbearbeitung einstellende Oberflächenstruktur zu simulieren. Die experimentellen Ergebnisse haben gezeigt, dass die Ausgangsrauheit neben den Prozessparametern einen wesentlichen Einfluss auf die erzielbare Oberflächenrauheit und die Ausprägung der Oberflächenstruktur hat. Bei Einsatz zu feiner Finishbandkörnungen, insbesondere bei geschlämmter Verteilung der Schneidkörner, wird nur ein geringer Materialabtrag erzielt. In Abhängigkeit von der Ausgangsrauheit kann dann das geschliffene Ausgangsprofil nicht vollständig eingeebnet werden, es verbleiben wenige Schleifriefen, welche sich bei mikroskopischer Betrachtung als Näpfchen ausgeprägt darstellen und die eingeebnete gehonte Oberfläche unterbrechen. Durch die nachfolgenden Prozessstufen mit kleineren Korngrößen können diese Riefen nicht entfernt werden. Bei diesen Prozessstufen werden vornehmlich die Profilspitzen eingeebnet und eine plateauartige Oberfläche erzeugt. Die Erstellung von Prozessmodellen ist durch die nur minimalen Veränderungen der Rauheitskennwerte sehr schwierig. Die Einflussanalyse der Eingangsparameter auf die Oberflächenkenngrößen blieb daher auf größere Korngrößen beschränkt. Als signifikante Eingangsgrößen auf die Oberflächenrauheit konnten der Anpressdruck und die Bearbeitungszeit ermittelt werden. Das im Rahmen des Projektes erstellte Modell zur Simulation von Feinstbearbeitungsprozessen ist dazu in der Lage, die kinematischen Parameter wie Relativgeschwindigkeiten und Drücke zu berücksichtigen und wurde um eine Normalkraftberechnung zur Prozessregelung ergänzt. Dies ermöglicht es, weg- und kraftgeregelte Honprozesse simulativ zu untersuchen. Hierbei konnte der Einfluss der Oberflächendigitalisierqualität herausgearbeitet werden. Mit der vorliegenden Software ließen sich die Oberflächentopographien von Experimenten aus einem durchgeführten Versuchsplans für das Mikrofinishen berechnen, wodurch eine Validierung der Simulation erfolgte. Zusammenfassend zeigt sich auf der einen Seite die hervorragende Vorhersagequalität für die Parameter Prozesszeit und Anpressdruck. Auf der anderen Seite offenbaren sich Grenzen des Modells aufgrund der noch nicht berücksichtigten Materialeigenschaften. Konkret ist für die Zukunft eine plastische Materialmodellierung geplant sowie eine Simulation des Prozesses auf unterschiedlichen Detailstufen. Hierfür steht mit der aktuellen Implementierung eine Basis bereit, mit der zeiteffiziente Prozesssimulationen (unter Zuhilfenahme von GPGPU) durchgeführt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, virtuelle Prozessoptimierungen für Honprozesse realisieren zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Improving the Shape Accuracy by Simulating the Short-Stroke Honing Process. Journal of Mechanics Engineering and Automation, 2 (2012) 8, S. 507-513
Goeke, S.; Würz, E.; Biermann, D.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.17265/2159-5275/2012.08.007) - A High Resolution Surface Model for the Simulation of Honing Processes. Advanced Materials Research, 769 (2013), S. 69-76
Joliet, R., Kansteiner, M.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.769.69) - Verbessertes Kurzhubhonen durch simulationsunterstützte Tests. MM Maschinenmarkt, Sonderausgabe MM METAV Journal „Sonderausgabe zur METAV 2014“, (2013) 50/51, S. 14-17
Biermann, D., Joliet, R., Kansteiner, M.
- Experimentelle und simulative Untersuchung des Langhubhonens. Teil 1. dihw – Diamant Hochleistungswerkzeuge, 6 (2014) 1, S. 30-36
Biermann, D., Joliet, R., Kansteiner, M.
- Experimentelle und simulative Untersuchung des Langhubhonens. Teil 2. dihw – Diamant Hochleistungswerkzeuge, 6 (2014) 2, S. 36-39
Biermann, D., Joliet, R., Kansteiner, M.
- Mikrofinishen mit MMS oder Druckluftkühlung. VDI-Z Integrierte Produktion, 156 (2014) 7/8, S. 57-59
Biermann, D., Kansteiner, M.; Hess, S.; Joliet, R.
- A Process Model for Force-Controlled Honing Simulations. Procedia CIRP, 28 (2015), S. 46-51
Joliet, R., Kansteiner, M., Kersting, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.04.009) - Modeling and simulative analysis of the micro-finishing process. CIRP Annals ‐ Manufacturing Technology, 64 (2015), S. 321-324
Kersting, P., Joliet, R., Kansteiner, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2015.04.014)
