Simulationsbasierte Auslegung von Hochleistungs-Innenrundschleifprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Andreas Menzel
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403857741

Lange Kornkontaktzeiten, komplexe Eingriffsbedingungen und die erschwerte Kühlschmierstoffversorgung aufgrund der geometrischen Randbedingungen stellen eine große Herausforderung bei der Prozessauslegung des Innenrundlängsschleifens dar. Galvanisch belegte CBN-Schleifscheiben werden bei der Innenrundbearbeitung von gehärteten Stählen eingesetzt, da diese aufgrund des hohen Spanraumes und der aggressiven Schleifscheibentopographie eine hohe Produktivität gewährleisten. Durch hohe Schleifscheibengeschwindigkeiten kann das Zeitspanvolumen aufgrund der Hochgeschwindigkeitsbedingungen noch deutlich gesteigert werden.Im Rahmen eines grundlegenden Gemeinschaftsprojekts im Schwerpunktprogramm 1480 wurde ein mehrskaliges Simulationssystem entwickelt, welches aus drei Komponenten besteht und die thermomechanischen Belastungen des Hochleistungs-Innenrundlängsschleifprozesses und deren Auswirkungen auf Fertigungsfehler auf mehreren Betrachtungsebenen modelliert. Hierbei wurden ausgehend von dem Einzelkorneingriff in Form einer Einzelkornsimulation die thermomechanischen Belastungen über eine geometrisch-physikalische Simulation auf die Prozessebene übertragen. Auf dieser Ebene wurde ein thermomechanisch gekoppeltes Finite Elemente Modell, welches die thermoelastische Verformung und die Einspanndeformation sowie den Materialabtrag des Werkstückes während des Schleifprozesses berücksichtigt, entwickelt. Aus diesem Modell abgeleitete Kompensationsmaßnahmen erwiesen sich als äußerst zielführend, so dass der Fertigungsfehler entlang der Bohrungstiefe um die Hälfte reduziert werden konnte. Die Ausnahme bildete hierbei der Auslaufbereich des Werkstückes, bei dem bedingt durch die Nachgiebigkeiten der Spindeln eine relativ große Maßabweichung vorhanden bleibt. Das hier vorgestellte Erkenntnistransfer-Projekt verfolgt das Ziel, das entwickelte, mehrskalige Simulationssystem zu erweitern, um es in einer ersten prototypischen Lösung in der industriellen Praxis einzusetzen. In diesem Rahmen werden die Spindelnachgiebigkeiten und der Einzelkornverschleiß in den Komponenten des Systems detailliert modelliert, sodass alle relevanten Modellierungsaspekte beim Innenrundlängsschleifen berücksichtigt werden. Durch eine enge Kooperation mit den beiden Anwendungspartnern, den Firmen Schaeffler Technologies und August Rüggeberg, werden industrierelevante Anforderungen an eine simulationsbasierte Werkzeug- und Prozessauslegung definiert. Durch die Anwendung des mehrskaligen Simulationssystems werden die CBN-Schleifscheiben optimal ausgelegt sowie im Vorfeld bereits NC-Kompensationsbahnen simulationsbasiert ermittelt und experimentell validiert. Hierdurch wird die Einsatzeignung des Simulationssystems in der industriellen Praxis herausgestellt, um umfangreiche Verschleißuntersuchungen und Einfahrprozesse bei der Veränderungen der Prozessrahmenbedingungen bereits im Vorfeld simulationsbasiert durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: August Rüggeberg GmbH & Co. KG; PFERD-Werkzeuge; Schaeffler Technologies AG & Co. KG