Search

Mit einem neuartigen gitterfreien Simulationsansatz und kombinierter In-Prozess-Sensorik wurde ein rechenzeitoptimiertes SPH-Simulationsmodell entwickelt, welches die Strömungscharakteristika beim Einsatz von Kühlschmierstoff beim Ejektortiefbohren abbildet. Zur Validierung der simulativen Arbeiten wurden Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der KSS-Strömung in einem Ejektorsonderwerkzeug aus Acrylglas angefertigt und die Strömungscharakteristika mittels Particle Image Velocimetry ausgewertet. With the aid of a novel mesh-free simulation approach combined with in-process sensor technology, a computationally optimized SPH simulation model was developed that simulates the cooling lubricant flow characteristics during ejector deep hole drilling. To validate the simulative work, high-speed images of the coolant flow in a special ejector tool made of acrylic glass were taken and the flow characteristics were evaluated using particle image velocimetry.

Für die Vorhersage des Werkzeugverschleißes sind neben den Kontaktnormalspannungen und den Relativgeschwindigkeiten die explizite Kenntnis des thermo-mechanischen Belastungskollektives, das im Wesentlichen durch die Reibungsverhältnisse zwischen den Tribopartnern beschrieben wird, von zentraler Bedeutung. Die vorliegende Studie befasst sich mit der Parametrierung eines von der Relativgeschwindigkeit abhängigen Reibungsmodells, welches im weiteren Projektverlauf einen Teil der Datenbasis für die Entwicklung eines Verschleißmodells bildet. Of central importance for the prediction of tool wear, besides contact normal stresses and relative velocities, is the explicit knowledge of thermo-mechanical loads mainly described by the friction conditions between the tribological partners. The present study focuses on the parameterization of a friction model depending on the relative velocity, which subsequently will form part of the data basis for developing a wear model.

Die Verfahrenskombination aus Laserpilotieren und Einlippentiefbohren ist ein vielversprechender Ansatz, die Flexibilität bei Tiefbohrbearbeitungen signifikant zu steigern. Mithilfe des Lasersystems ist es dabei möglich, verschleißfrei Pilotbohrungen auf schrägen, gekrümmten oder sogar randschichtgehärteten Bauteilen zu erzeugen.

Um thermische Spritzschichten mit erhöhter Haftfestigkeit zu realisieren, erfolgte am Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund und dem Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover die Entwicklung einer innovativen Verfahrenskombination. Darauf aufbauend wurde untersucht, ob die Schichteigenschaften durch einen zusätzlichen Prozessschritt weiter optimierbar sind, um zukünftig Verschleißschutzbeschichtungen ohne eine Substrataktivierung durch Strahlen zu ermöglichen. To enable thermal sprayed coatings with increased adhesion, the Institute of Machining Technology (ISF) of TU Dortmund University together with the Institute of Materials Science (IW) of Leibniz Universität Hannover developed an innovative process combination. This serves as a basis for investigating whether the coating properties can be further optimized by an additional process step to allow for the production of wear-resistant coatings in the future without substrate activation by blasting.

In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz zum Erstellen von Maschinenprogrammen zur mikrofrästechnischen Oberflächenstrukturierung vorgestellt und die Anwendung der Prozesskette für ein komplexes, industrielles Verzahnungswerkzeug beschrieben. Durch die Reduzierung des Berechnungsaufwandes in der CAD/CAM (Computer-aided Design & Manufacturing)-Umgebung können die Limitierungen konventioneller Softwarelösungen umgangen und Bearbeitungsprogramme für komplexe Strukturierungsaufgaben effizient erstellt werden. A new method for generating machine programs for micromilling surface structuring is presented, and the application of the process chain to a complex, industrial gearing die is described. By reducing the computational effort in the CAD/CAM (Computer-aided Design & Manufacturing) environment, the problems of conventional software solutions can be avoided and complex machining programs can be created.

Der Beitrag befasst sich mit Teilaspekten bei der Entwicklung von Methoden zur gezielten, bearbeitungsparallelen Oberflächenkonditionierung beim Tiefbohren. Konkret handelt es sich um messtechnische und simulationsbasierte Ansätze zur Identifikation von thermomechanischen Prozesszuständen beim BTA- und ELB-Verfahren. Hierbei werden Möglichkeiten zur Gewinnung von Prozessdaten sowohl mit einer in-situ eingesetzten Sensorik als auch mit begleitend durchgeführten FEM-Simulationen betrachtet. Diese Daten bilden die Grundlage einer Prozessregelung für die beiden Tiefbohrverfahren. Im zweiten Teil werden nun die Arbeiten und Ergebnisse zum ELB-Tiefbohren behandelt. The article deals with aspects of developing methods specifically for surface conditioning in deep hole drilling parallel to machining. This involves metrological and simulation-based approaches for identifying thermo-mechanical process conditions in both BTA and ELB process. Ways for obtaining process data both with sensor technology used in-situ and with FEM simulations performed concomitantly are investigated. These data form the basis of a deep hole process control. The second part presents the work and the results on single lip deep hole drilling.

Bei BTA-Tiefbohrprozessen kommt es aufgrund der großen Werkzeuglängen häufig zu Torsionsschwingungen des Werkzeugsystems aus Bohrkopf und Bohrrohr. Im Vergleich zu konventionellen Stahl-Bohrrohren reduzieren Bohrrohre aus faserverstärktem Kunststoff diese Schwingungen durch ihr materialspezifisches Dämpfungspotenzial und erhöhen damit die Prozesssicherheit und verringern den Werkzeugverschleiß. Die Einbindung von Sensorfasern direkt in das Laminat erlaubt zudem eine Prozessüberwachung. In BTA deep hole drilling, torsional vibrations of the tool system consisting of a drill head and a drill tube often occur due to the long tool lengths. Compared to conventional steel drill tubes, drill tubes made of fiber-reinforced plastic reduce these vibrations through their material-specific damping behavior and thus increase the process reliability and reduce the tool wear. The integration of sensor fibers directly into the laminate also allows a monitoring of the drilling process.

Der Beitrag befasst sich mit Teilaspekten bei der Entwicklung von Methoden zur gezielten, bearbeitungsparallelen Oberflächenkonditionierung beim Tiefbohren. Konkret handelt es sich um messtechnische und simulationsbasierte Ansätze zur Identifikation von thermomechanischen Prozesszuständen beim BTA- und ELB-Verfahren. Hierbei werden Möglichkeiten zur Gewinnung von Prozessdaten sowohl mit einer in-situ eingesetzten Sensorik als auch mit begleitend durchgeführten FEM-Simulationen betrachtet. Diese Daten bilden die Grundlage einer Prozessregelung für die beiden Tiefbohrverfahren. Im ersten Teil werden zunächst die Arbeiten und Ergebnisse zum BTA-Tiefbohren behandelt. The article deals with aspects of developing methods specifically for surface conditioning in deep hole drilling parallel to machining. This involves metrological and simulation-based approaches for identifying thermo-mechanical process conditions in both BTA and ELB process. Ways for obtaining process data both with sensor technology used in-situ and with FEM simulations performed concomitantly are investigated. These data form the basis of a deep hole process control. The first part presents the work and the results on BTA deep hole drilling.

Im DFG-Schwerpunktprogramm SPP 2231 „FluSimPro – Effizientes Kühlen, Schmieren, Transportieren“ steht die Entwicklung effizienter Kühlkonzepte im Vordergrund. Die Forschungspartner – das Institut für Spanende Fertigung (ISF) und Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien (IWT) – wollen damit zur Weiterentwicklung industrierelevanter Fertigungsverfahren wie dem Wendel- und Ejektortiefbohren beitragen.

Für die effiziente Entwicklung von Werkzeugen und Prozessen in der spanenden Fertigung sind Spanbildungssimulationen zu einem unverzichtbaren Hilfsmittel geworden. Über die Wirkmechanismen der Topografie der Werkzeugoberfläche auf die Kontaktsituation ist bisher jedoch noch wenig bekannt.

Obwohl mit Tiefbohrverfahren in der Regel Bohrungen mit deutlich höherer Qualität als mit konventionellen Bohrverfahren hergestellt werden können, stellt der Mittenverlauf von Tiefbohrungen mit zunehmender Bohrungstiefe ein Qualitätsproblem dar. Die Prozesskontrolle im industriellen Einsatz wird zurzeit manuell und sehr zeitaufwendig durch den Maschinenbediener mithilfe eines mobilen Ultraschallsystems durchgeführt. Um eine einheitliche Qualität der Bauteile sicherzustellen und Kosten einzusparen, wird ein mechatronisches System zur Kompensation des Mittenverlaufs entwickelt. Even though deep hole drilling methods can produce boreholes of higher quality than conventional drilling methods, the straightness deviation of the bore hole represents a quality problem, particularly with increasing drilling depth. Process control in industrial applications is currently performed manually and very time-consuming by the machine operator using a mobile ultrasonic system. In order to ensure a high quality of the components and to save costs, a mechatronic system for process-parallel measurement and influencing of the straightness deviation is being developed.

Dieser Beitrag stellt die simulative Analyse zum Einfluss eines begrenzenden Elements zur Unterdrückung der Segmentspanbildung bei der Zerspanung der Titanlegierung Ti6Al4V vor. Dabei lässt sich aufzeigen, dass eine spanbildungsinduzierte periodische Anregung des Systems durch die geeignete Wahl von Geometrie und Positionierung des Elementes verhindert werden kann, wodurch sich die Werkzeugstandzeit und die Oberflächenqualität verbessern und schwingungsdämpfende Maßnahmen obsolet werden. This paper presents the simulative analysis of the influence of a counter element for the suppression of segmented chip formation during the machining of titanium alloy Ti6Al4V. It is shown that a chip formation induced periodic excitation of the system can be prevented by a suitable choice of geometry and positioning of the element, leading to increased tool life and surface quality as well as making vibration damping methods obsolete.

in German:Das Hochleistungs-Innenrundschalschleifen mit galvanisch gebundenen CBN-Schleifwerkzeugen ist ein hocheffizientes Fertigungsverfahren fur die Innenbearbeitung von geharteten Futterbauteilen wie Zahnradern und Lagerringen. Die konturierten Schleifwerkzeuge, welche mit einer konischen Schrupp- und zylindrischen Schlichtzone versehen sind, kombinieren in einem einzelnen Axialhub ein effizientes Abtragsverhalten mit einer hohen Oberflachengute. Unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen zeigt sich das Potential dieses Verfahrens besonders deutlich. Den Vorteilen des Verfahrens stehen jedoch, bedingt durch die komplexen Eingriffsverhaltnisse, Herausforderungen entgegen, die durch den Einsatz eines mehrskaligen Simulationssystems beherrscht werden konnen. (Less)