Verzugsbeherrschung beim Schleifen durch rechnergestützte Auslegung von Verzugskompensationsstrategien

Motivation

Bei der Schleifbearbeitung werden aufgrund des Abtragens eigenspannungsbehafteter Schichten sowie der Induktion von Eigenspannungen durch eine hohe thermische und mechanische Belastung Verzugspotenziale in die Bauteilrandzone eingebracht, die zu ungewollten Form- und Maßänderungen führen können. Besonders bei dünnwandigen Bauteilen, die auf diese Einwirkung äußerst sensitiv reagieren, sind somit Richtprozesse nötig, um die erforderte Bauteilqualität im Hinblick auf Maß- und Formgenauigkeiten sicherzustellen. Die Einbringung lokal definierter Kompensationspotenziale in Bauteile ist durch gesteuerte Richtprozesse möglich. Derzeit sind zumeist noch erfahrungsbasierte und manuell durchgeführte Richtprozesse in der Anwendung.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die entwickelten und validierten Modelle und Simulationen bei Schleifhärteprozessen zur Prognose von Form- und Maßabweichungen auf konventionelle Schleifverfahren zu übertragen. Im Projekt sollen gesteuerte Kompensationsstrategien untersucht und simuliert werden, um sie definiert beim Schleifen einsetzen zu können. Durch die hohe thermische Wärmeeinbringung im Schleifprozess lassen sich reproduzierbare, signifikante Formänderungen von flachen Bauteilen erzielen. Weiterhin kann die Wirkung gesteuerter thermischer und mechanischer Richtprozesse und deren Kompensationspotenziale zielgerichtet verstanden werden. Mit Hilfe der Simulation soll die Kombination verschiedener Richtprozesse und -strategien ausgelegt und schließlich in der Versuchsumgebung umgesetzt werden.

Vorgehen

Begonnen wird mit der Untersuchung, ob durch geeignete thermische und mechanische Bearbeitung vor und nach einem Schleifprozess an profilierten Flachproben die Möglichkeit besteht, den resultierenden Verzug vollständig zu kompensieren. Dabei wird zunächst Ausgangszustand der Proben experimentell erfasst und durch Modelle beschrieben, welche anschließend in FE-Simulationen implementieren werden. Darauf aufbauend erfolgen die Anpassung der Modelle und eine Simulation hinsichtlich der Verzugsvorhersage nach dem Schleifprozess mit Hilfe experimenteller Untersuchungen. Die Wirkung der mechanischen und thermischen Prozesse zur Verzugskompensation wird zunächst mit Hilfe der Simulation ermittelt. Das Ergebnis wird über die experimentelle Umsetzung validiert, indem parallel die Möglichkeit der Verzugskompensation durch thermische oder mechanische Prozesse im Rahmen einer Vor- und Nachbehandlung betrachtet werden soll. Der Schleifprozess soll dabei so ausgelegt werden, dass eine Phasenumwandlung des Werkstoffgefüges vermieden wird. Aus den resultierenden Ergebnissen werden die untersuchten Ansätze zur fertigungstechnischen Kompensation von Bauteilverzügen kombiniert, um die auftretenden Wechselwirkungen zu analysieren und deren spezifische Potenziale in Kombination nutzen zu können.