Multiskalige Analyse der Strömungs- und Kontaktmechanismen beim Tauchgleitschleifen zur gezielten lokalen Topografieeinstellung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536576651

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die bedarfsgerechte lokale Topografieeinstellung an realen Werkstücken im Tauchgleitschleifen durch die gezielte Erzeugung variierender Partikelkontaktmechanismen und gleichzeitige Vorhersage des resultierenden Materialabtrags mittels simulativer Prozessauslegung. Mithilfe einer Charakterisierung des Strömungsfeldes hinsichtlich der Ausbildung von Aufstauungsbereichen oder Strömungsablösungen soll eine Methode zur Einstellung der Werkstückorientierung für eine möglichst effiziente Bearbeitung abgeleitet werden. Weiterhin sollen auftretende Kontaktmechanismen in Abhängigkeit der lokalen Strömungsrandbedingungen simulativ identifiziert werden. Hierbei sollen die Wechselwirkungen zwischen Partikeln untereinander im Werkstückbereich sowie zwischen einzelnen Partikeln und der Werkstückoberfläche untersucht und beschrieben werden. Darüber hinaus sollen die spezifischen Materialabtragsraten einzelner Kontakttypen experimentell bestimmt und die Übertragbarkeit makroskopischer Abtragsbeschreibungen untersucht werden. Zur Topografieeinstellung soll die Abtragsbeschreibung in das Simulationsmodell integriert werden. Im Forschungsprojekt soll zunächst ein dreiseitig prismatisches Schleifgranulat charakterisiert werden und mittels der Diskreten Elemente Methode eine Prozesssimulation aufgebaut werden. Die Simulation soll im Realprozess durch Kraft- und Geschwindigkeitsmessungen validiert werden. Die validierte Simulation soll anschließend zur Strömungsfeldanalyse (Makroebene) genutzt werden, um die Strömungszustände zu analysieren sowie die Partikelinteraktionen mit dem Werkstück zu untersuchen. Hieraus soll eine Methode zur optimalen Werkstückorientierung abgeleitet werden. Darauf aufbauend soll eine simulative Analyse der Kontaktmechanismen auf der Mesoebene zwischen einzelnen Partikeln und einer ebenen Werkstückoberfläche sowie der Partikel untereinander in Werkstücknähe erfolgen. Durch Korrelation der Kontaktmechanismen mit wirkenden Drücken, Geschwindigkeiten und Strömungsrichtungen sowie Beschreibung der Partikelbewegungen über Bewegungsgleichungen sollen die Wirkmechanismen zum Auftreten verschiedener Kontaktarten formuliert werden. Die mit der Kontaktart einhergehenden Topografien sollen durch Analogieversuche an polierten Proben bestimmt werden. Zur Sicherstellung der Übertragbarkeit werden die simulativen und experimentellen Analysen zusätzlich an Proben mit definierter Welligkeit durchgeführt. Eine abschließende Übertragung der Erkenntnisse auf die Bearbeitung im Realprozess soll die allgemeingültige Anwendbarkeit sicherstellen. Mithilfe der Wirkzusammenhänge wird ein Modell zur Topografie- und Abtragsbeschreibung in die Simulationssoftware integriert und dadurch anschließend eine effiziente Prozessstrategie abgeleitet. Nach Beendigung des Projekts ist die Anwendbarkeit auf ein Realbauteil nachgewiesen und die generierten Erkenntnisse können auf eine Vielzahl von Bauteilen übertragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen