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Influence of superimposed low frequency oscillations on single-pass honing of long-chipping steel

2022 , Uhlmann, E. , Rozek, André

Single-pass honing is used as a finishing process to meet high demands regarding form and dimensional accuracy of drilled bores. The disadvantages of single-pass honing compared to the conventional long-stroke honing are high process forces and torques as well as an increased risk of chip space clogging of the abrasive stones. A significant reduction in process forces and torques can be achieved by superimposing the axial movement with oscillations. In this work the kinematic basics of different oscillation parameters and their effects on single-pass honing of long-chipping steel are analyzed. It can be concluded that by superimposing low frequency oscillations in single-pass honing, the process forces and torques as well as the specific energy consumption can be reduced significantly without a decline in surface quality and form accuracy.

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Verbundprojekt SmartStream: Intelligente Bearbeitung durch die Verwendung schaltbarer Fluide

2019 , Schmiedel, C. , Bierwisch, C. , Uhlmann, E. , Menzel, P. , Mohseni-Mofidi, S. , Breinlinger, T. , Nutto, C.

Strömungsschleifen und Hydroerosiv (HE)-Verrunden sind einzigartige Verfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie funktionelle Oberflächen im Inneren eines Bauteils bearbeiten können, die sonst mechanisch nicht zugänglich sind. Jedoch unterliegen die Verfahren Begrenzungen aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Daher können die Verfahren nicht bei allen Anwendungen für eine technisch sowie wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung genutzt werden. Im Verbundprojekt SmartStream werden Möglichkeiten zur Überwindung bisher geltender Verfahrensgrenzen untersucht. Zur lokalen Beeinflussung der Zerspanungsleistung der auf die Oberflächen wirkenden Abrasivmedien werden diese durch ein externes magnetisches Feld schaltbar gemacht. Mit Hilfe des angelegten Magnetfeldes lassen sich zum einen strömungsmechanisch ungünstig gelegene Bereiche des Werkstücks bearbeiten und zum anderen die Zeitspanvolumina lokal gezielt steuern. Im vorliegenden Beitrag werden erreichte Entwicklungsziele am Beispiel des Strömungsschleifens vorgestellt.

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Residual stress assessment during cutting tool lifetime of CVD-diamond coated indexable inserts

2022 , Uhlmann, E. , Hinzmann, Daniel

Insufficient coating adhesion limits reproducibility regarding tool lifetime as well as workpiece quality during the application of CVD-diamond coated cutting tools. Depending on the combination of tungsten carbide substrate material, coating thickness as well as coating morphology, individual residual stress conditions exist within CVD-diamond coated cutting tool specifications. The application of these tools is accompanied by coating delamination as primary cutting tool failure. The tool lifetime of the respective cutting tool composition depends on the corresponding residual stress condition until crack development within the CVD-diamond coating initiates tool failure. During external cylindrical turning of hypereutectic aluminium silicon alloy AlSi17Cu4Mg-T6 the residual stress condition of a CVD-diamond coated cutting tool is assessed along the cutting edge, the rake face as well as flank face throughout the respective tool lifetime. Consequently, the progression of the residual stress condition until cutting tool failure regarding coating delamination is observed. During the tool lifetime of the investigated CVD-diamond cutting tools, compressive residual stress ∆σR,c shifts to tensile residual stress ∆σR,t underneath the cutting edge corner. The approximated residual stress difference of ∆σR ≈ 5 GPa indicates stress peak relaxation processes, such as crack initiation, within the CVD-diamond coating.

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Innovative Schleifverfahren für die wirtschaftliche Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen

2008 , Uhlmann, E. , Borsoi Klein, T. , Mihotovic, V.

Innovative Kinematikkonzepte erlauben die Senkung der Fertigungskosten aufgrund der stetigen Leistungssteigerung von Maschinensystemen in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse. So konnten beim Schnellhubschleifen mit hohen Tischgeschwindigkeiten deutlich über v(ind ft)=30m/min hohe Zeitspanungsvolumina bei geringer Eingriffstiefe erreicht werden. Beim Hochleistungsplanschleifen mit Planetenkinematik liegen die optimalen Schnittbedingungen im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Schleifkräfte. Mit der neuesten Generation von Maschinensystemen lässt sich teilweise die Bearbeitungszeit um bis zu 80% reduzieren. Außerdem wurden die Prozessführung und das Verschleißverhalten der Schleifscheibe deutlich verbessert. Durch die Simulation der elementaren Vorgänge in der Wirkzone ist es möglich, die Partikelbahnen beim ultraschallunterstützten Quer-Seiten-Schleifen zu beobachten und das Abtrennverhalten zu beurteilen. Die Erkenntnisse lassen sich auf weitere Kinematiken und Schleifoperationen mit Kühlschmierung übertragen. Für das Strömungsschleifen ist die CFD-Simulation ein geeignetes Werkzeug, um Einstellparameter für einen Bearbeitungsprozess zu identifizieren und das Arbeitsergebnis zu verbessern. Die Simulation nichtnewtonscher Fluide erfordert, für das Schleifmedium rheologische Kenngrößen zu integrieren. Durch die Entwicklung eines Prozessmodells lassen sich mithilfe der Simulation Arbeitsergebnisse an komplexen Bauteilgeometrien antizipieren. Ein weiterer Fokus der Untersuchungen ist die technologisch-wirtschaftliche Umsetzung des Potenzials keramischer Hochleistungswerkstoffe für die spanende Fertigung. Dabei wurde Keramik sowohl als Schneidstoff als auch als Substrat-Werkstoff untersucht. Durch den Einsatz eines vollkeramischen Schaftfräsers konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Ni-Basis-Superlegierungen um den Faktor 40 gesteigert werden. Entnommen aus TEMA

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Acoustic emission-based process monitoring in the milling of carbon fibre-reinforced plastics

2022 , Uhlmann, E. , Holznagel, Tobias

Milling of fibre-reinforced plastics is a challenging task. The highly abrasive fibres lead to high tool wear and coating failures, which cause increasing process forces and temperatures. Machining with a worn tool, in turn, can result in unwanted workpiece damages such as delamination or fibre protrusion. Reliable monitoring of the process must therefore be able to detect damages to the milling tool and the workpiece alike. The presented process monitoring approach measures the acoustic emission generated by the milling tool cutting edge entering the workpiece with a sensor attached to the tool holder. Specific acoustic emission frequency spectra and waveforms are emitted in the cutting zone for different tool wear states. Coating failures as well as other acoustic emission events due to workpiece damages can be robustly detected and distinguished by feature extraction and signal processing as well. The developed setup, the monitoring parameterisation techniques and signal processing algorithms as well as experimental and monitoring results are presented and discussed in this paper.