Onlineanalyse der Prozess-Werkstoff-Interaktion beim Verzahnungsschleifen

 

Ausgangssituation

Schleifen ist ein weit verbreitetes Hartfeinbearbeitungsverfahren, das zur Verbesserung der Oberflächenqualität und zur Erzeugung hoher Maßgenauigkeiten, auch im Bereich der Verzahnungsfertigung, eingesetzt wird. Die Oberflächenqualität sowie die Maßgenauigkeit werden maßgeblich durch die gewählten Prozessparameter beeinflusst. Ungünstig gewählte Prozessparameter führen zu hohen thermischen und mechanischen Belastungen des Zahnrads und damit zu einer Verschlechterung der Oberflächenintegrität. Aktuell wird die Definition der am bestem geeigneten Prozessparameter entweder durch die Durchführung mehrerer Versuche oder basierend auf den Erfahrungen des Mitarbeiters durchgeführt. Beide Lösungen können jedoch sehr zeitaufwendig sein. Zur Berücksichtigung der modernen industriellen Trends, muss die Definition der geeigneten Prozessparameter auf der Basis des Konzepts der vernetzten, adaptiven Produktion erfolgen. In diesem Konzept wird die Verbindung zwischen Maschinen, Sensoren, Simulationsmodellen sowie Datenbanken genutzt, um eine flexible Prozesseinstellung entlang der Produktion zu ermöglichen.

Forschungsziel

Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Konzepts zur vernetzten, adaptiven Produktion für den Wälzschleifprozess mit Fokus auf der Oberflächenintegrität. Hierfür soll eine modellbasierte Simulation entwickelt werden. In der Prozessvorbereitung wird ein FE-Modell entwickelt, mit dem Konzepte des Material strain gradient effect berücksichtigt werden können für die Simulation eines einzelnen Korns. Die Ergebnisse dieser Simulation liefern die Belastungen, die ein Korn während des Prozesses erzeugt. Diese Belastungen werden dann in ein zweites FE-Modell für das Wälzschleifen übertragen, und als Input verwendet. Mit diesem Ansatz wird erwartet, dass die Simulation des kontinuierliches Wälzschleifens weniger zeitaufwendig ist.

Die Simulation ist ein Tool, um kritische Situationen vorherzusagen, die während des Prozesses auftreten, bevor die physikalische Bearbeitung. Daher erfordert die Simulation eine robuste Beschreibung des Prozesses, um die Prozessgrenzen festzulegen. Darüber hinaus soll eine Datenbank erstellt werden, in der die relevanten Daten über den Prozess gespeichert werden. Hierfür werden Analysen zur Ermittlung der Relevanz der Daten durchgeführt. Anschließend folgt eine Entwicklung von Lösungen für die Echtzeit-Messverfahren sowie eine Verbindung zwischen Echtzeit-Messungen und den FE-Modellausgaben. Das Projekt beinhaltet auch die Analyse des Materialverhaltens unter bestimmten Belastungen beim Wälzschleifen, um die Grenzen für bestimmte Oberflächenintegritätsgrade zu erhalten. Der Vergleich zwischen Daten aus der Datenbank, aus der Simulation und aus der Materialanalyse bietet ein hohes Potential zur Prozessoptimierung.