Abschlussbericht zum DFG-Transferprojekt "Simulationsgestützte Werkzeug- und Prozessauslegung beim Microfinishen mit metallisch gebundenen Honwerkzeugen"

Abstract

Innerhalb des Ergebnistransferprojektes sollten aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen Untersuchungen zur Herstellung konvexer Konturen mittels Microfinishen durchgeführt und Simulationsmodelle zur prototypischen Prozess- und Werkzeugauslegung entwickelt werden. Die aus den vorhergehenden Grundlagenprojekten gewonnenen Erkenntnisse sollten im Rahmen des Transferprojektes prototypisch auf eine industrielle Anwendung und ein neues Werkzeugkonzept übertragen werden. Hierzu haben das Institut für Spanende Fertigung (ISF) und der Lehrstuhl Virtual Machining (VM) gemeinsam mit den Firmen NAGEL Maschi- nen- und Werkzeugfabrik GmbH, ELGAN-Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG und der Alicona Imaging GmbH die im Rahmen des Transfervorhabens notwendigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt. Es erfolgten experimentelle Untersuchungen zur Konditionierung von metallisch gebundenen Honwerkzeugen, um eine geeignete Prozess- kette für das Profilieren, Schärfen sowie das Einlaufen der Werkzeuge zu definieren. Parallel zu den technologischen Untersuchungen erfolgte die Entwicklung einer geometrisch- physikalischen Honsimulation. Das Ziel der Simulationsentwicklung war es, unterschiedliche Werkzeugkonfigurationen, bspw. durch eine Variation der Korngröße oder der Werkzeugges- talt, und Prozesskenngrößen im Hinblick auf die resultierende Kontur der bearbeiteten Wel- lenabsätze analysieren und mittels Microfinishbearbeitung gezielt einstellen zu können. Zur detaillierten Abbildung der komplexen Prozessführung wurden neben der Modellierung der Kraftregelung auf Einzelkornbasis neue Modelle entwickelt, welche zum einen bei der Be- rechnung der Einzelkornkraft die Orientierung der Korntopographie in Relation zur Schnitt- richtung berücksichtigten und zum anderen die explizite Beschreibung der Bindung und die Berücksichtigung der Bindungsverschleißmechanismen im Werkzeugmodell ermöglichten. Zur Validierung des entwickelten Simulationssystems wurden verschiedene Parameterkonfi- gurationen zunächst simulativ systematisch untersucht und anschließend experimentelle Untersuchungen für ausgewählte Werkzeug- und Prozesskonfigurationen durchgeführt. Die Ergebnisse der experimentellen Werkzeug- und Prozessanalyse konnten hierbei dazu ein- gesetzt werden, die Simulationsparametrierung zu optimieren und den Einfluss unterschied- licher Werkzeugkonfigurationen auf die resultierende Werkstückgestalt zu analysieren. Durch die gewonnenen Erkenntnisse konnten die Projektpartner zum einen reproduzierbare Ergeb- nisse für die Werkzeugkonditionierung durch die neu entwickelten Methoden erzielen. Zum anderen tragen die Ergebnisse der experimentellen und simulationsgestützten Untersuchun- gen zu einem verbesserten Prozessverständnis bei. Zusätzlich konnte das Potenzial aufge- zeigt werden, durch eine simulationsgestützte Werkzeugauslegung den ökonomische Auf- wand bei der Werkzeugentwicklung für die Projektpartner perspektivisch zu reduzieren.