Projekt
DFG Eigenspannung

 

Problemstellung
Das Einsatzverhalten von geschliffenen Bauteilen hängt im Wesentlichen von dem Werkstückrandzonengefüge, der Oberflächengüte sowie den Eigenspannungen in der Randzone ab. Eine Vielzahl von Bauteilen, die schleiftechnisch bearbeitet werden, werden im späteren Lebenszyklus dynamisch beansprucht. Eigenspannungen beeinflussen insbesondere die Schwingfestigkeit, wobei Druckeigenspannungen zu einer Erhöhung der Dauerfestigkeit beitragen und somit als positiv zu bewerten sind. Der Eigenspannungszustand in der Werkstückrandzone nach der Bearbeitung wird im Wesentlichen von den thermischen und mechanischen Belastungen im Schleifprozess und den metallurgischen Vorgängen in der Werkstückrandzone beeinflusst. Durch eine Vorhersage des Eigenspannungszustandes in der Werkstückrandzone in Abhängigkeit von den oben genannten Einflussgrößen mit Hilfe einer FEM-Simulation ließe sich der Schleifprozess gezielt auslegen. Ein solches FEM-Modell bedarf jedoch genauer Kenntnisse über die thermischen, mechanischen und metallurgischen Wirkmechanismen bei der Schleifbearbeitung sowie deren Wechselwirkungen.

Zielsetzung

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Wechselwirkungsmodelles zur Beschreibung der Eigenspannungen in der Werkstückrandzone beim Tief- und Pendelschleifen von 100Cr6 auf Basis der Finite Elemente Methode, welches eine Kopplung der mechanischen, thermischen und metallurgischen Wirkmechanismen beinhaltet.

Lösungsansatz

Für die Vorhersage des Eigenspannungszustandes in der Werkstückrandzone nach der schleiftechnischen Bearbeitung bedarf es genauer Kenntnisse über die thermischen, mechanischen und metallurgischen Wirkmechanismen. Um die thermischen und mechanischen Wirkmechanismen zu untersuchen, kommt ein Messaufbau zum Einsatz, der es ermöglicht, Temperatur- und Kraftprofile beim Schleifen über der Kontaktlänge zwischen Werkstück und Schleifscheibe zeitlich sowie örtlich hoch aufgelöst zu erfassen. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines Thermoelementes sowie einer zwischen Piezo-Kraftmessquarzen gelagerten Kraftmessplatte.

Auf Basis der ermittelten thermischen und mechanischen Belastungen werden mit Hilfe von Dilatometerversuchen schleifspezifische Werkstoffkennwerte für den Werkstoff 100Cr6 ermittelt. Im Anschluss werden die ermittelten Daten in einem Finite-Elemente-Modell implementiert, welches unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen der thermischen, mechanischen und metallurgischen Wirkmechanismen den Eigenspannungszustand in der Werkstückrandzone nach der schleiftechnischen Bearbeitung abbildet.



 

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Ansprechpartner(in):
Sebastian Barth, M.Sc. RWTH
 
Cluster Produktionstechnik 3A 334
Tel.: +49 241 80-28183
Fax: +49 241 80-22293
Mail: S.Barth@wzl.rwth-aachen.de