Characterization and simulation of the fracture behavior of CBN grain types as a function of crystal structure, grain orientation and dressing parameters
Final Report Abstract
Jüngst entwickelte mathematisch-generische Modellierungsansätze ermöglichten bereits die Abbildung von Schleifscheibentopographien in Abhängigkeit von der volumetrischen Zusammensetzung. Da die Schleifscheibentopographie jedoch auch maßgeblich durch den Abrichtprozess definiert wird, müssen bei der Modellierung des Abrichtprozesses die Wechselwirkungen zwischen Abrichtparametern, Kornwerkstoff und der Bindung bekannt sein. Diese Zusammenhänge zwischen den Einflussgrößen Abrichtprozessparameter, Kristallgestalt und Korneinbettung sind jedoch nicht ganzheitlich erforscht. Das Bruchverhalten von CBN-Körnern wurde bislang nur unzureichend numerisch modelliert, sodass es bisher keine Erkenntnisse zum Einfluss des Kornwerkstoffs und der Eingriffsbedingungen auf das Bruchverhalten der CBN-Körner gibt. Das Ziel dieses Forschungsantrages war deshalb ein empirisch-numerisches Erklärungsmodell, mit dem das Bruchverhalten von CBN-Korntypen in Abhängigkeit von der Kristallgestalt, der Kornorientierung und den Abrichtprozessparametern erklärt werden kann. Dazu wurden CBN-Einzelkornproben mit einer definierten Kornorientierung gefertigt. Anschließend wurde eine Methodik entwickelt, die eine Bewertung des Bruchverhaltens der CBN-Körner ermöglichte. Die experimentellen Untersuchungen des Abrichtprozesses der CBN-Körner erfolgte durch einen Kontakt mit einem Abrichtdiamanten. Um den Einfluss verschiedener Eingangsgrößen auf das Bruchverhalten zu untersuchen wurde die Umfangsgeschwindigkeit der Einkornscheibe, auf der die CBN- Körner fixiert wurden, die CBN-Korntypen sowie die Kornorientierung variiert. Parallel dazu wurde der Abrichtprozess der CBN-Körner mithilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch modelliert, um das Bruchverhalten der CBN-Körner während des Abrichtprozesses zu analysieren. Anhand der empirischen sowie numerischen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die Kornorientierung eine untergeordnete Rolle bei dem Bruchverhalten hat. Demnach kann eine gesonderte Betrachtung der Kornorientierung vernachlässigt werden. Innerhalb des untersuchten Parameterraums wurde zudem gezeigt, dass bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Einkornscheibe von vsd = 60 m/s der Einfluss der Abrichtprozessparameter gegenüber dem Einfluss des CBN-Korntyps auf das Bruchverhalten dominiert. Bei geringeren Einkornscheibenumfangsgeschwindigkeiten konnte ein Einfluss des CBN-Korntyps auf das Bruchverhalten festgestellt werden.
Publications
- Ansatz zur numerischen Modellierung des Bruchverhaltens von CBN beim Einkornabrichten. In: Diamond Business, Vol. 17, 2019, S. 70 – 77
Bergs, T.; Ohlert, M.; Lachenmaier, M.; Barth, S.
- Modeling of the Fracture Behavior of CBN Grains during Single Grain Dressing using FEM. Conference on Manufacturing Systems CMS 2020, Online-Konferenz, 01. – 03. Juli 2020
Bergs, T.; Ohlert, M.; Prinz, S.; Barth, S.
- Modeling of the Fracture Behavior of CBN Grains during Single Grain Dressing using FEM. In: Procedia CIRP, Vol. 93, 2020, S. 1514 – 1519
Bergs, T.; Ohlert, M.; Prinz, S.; Barth, S.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.03.021)
