Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Tilt angle effects in surface grinding with mounted points

2014 , Uhlmann, E. , Borsoi Klein, T. , Koprowski, S.

Modern 5-axis machining centers enable the development and use of new machining kinematics and grinding strategies to grind workpieces with superabrasives mounted points. One of these technologies is the oscillating surface grinding (OSG), which can improve the surface characteristics and the tribological properties of machined surfaces. In the current contribution could be observed that the resultant surface roughness values by OSG are not constant within a wavelength of oscillation of the grinding tool. This leads to further studies of the kinematics involved in this process, resulting in the development of a new grinding strategy: the tilt surface grinding (TSG). By using TSG, workpiece surfaces with similar characteristics as OSG could be obtained even without aid of oscillation. In this study, experimental tests are carried out to investigate the influence of parameters involved in these strategies. A significant parameter is the tilt angle t, which can be simplified as an angle between the directions of the feed rate in tangential direction vft and the feed rate in axial direction vfa of the grinding tool. The tilt angle t is responsible for changes occurred on the OSG when compared to conventional surface grinding. Increasing the tilt angle t, a reduction up to 50 % of the roughness values could be achieved. This paper aims to complement and expand the knowledge of the OSG, explaining how the aid of the oscillation tool changes the grinding kinematic, in order to optimize the grinding process.

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Einsatz innovativer Schleifverfahren macht Hochleistungsbearbeitung wirtschaftlicher

2009 , Uhlmann, E. , Sammler, C. , Hoghe, T. , Borsoi Klein, T.

Mit innovativen Schleifverfahren wie das Schnellhubschleifen und das Planschleifen kann die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen erheblich gesteigert werden. Durch intensive Forschung auf dem Gebiet der Bearbeitung sprödharter Materialien konnte nachgewiesen werden, daß die optimalen Schnittbedingungen auch bei der Planschleifbearbeitung mit Planetenkinematik im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Anpreßkräfte liegen. So sind mit diesen Maschinensysteme Schleifscheibendrehzahlen von bis 2000 U/min sowie Anpreßkräfte von bis zu 4000 daN möglich. Dadurch können theoretische Schnittgeschwindigkeiten von bis zu v(c) = 45 m/s am Werkstück erreicht werden. So ergeben sich technische und wirtschaftliche Vorteile in Form von kürzerer Bearbeitungszeit sowie höherer Bauteilqualität. Durch Anpassung der Maschinensteuerung lassen sich Schrupp-, Schlicht- und Finishbearbeitung in einem Arbeitsgang realisieren. Insbesondere bei der Bearbeitung von Ceramic Matrix Composites (CMC) mit Hilfe des Zweiseiten-Hochgeschwindigkeitsplanschleifen mit Planetenkinematik ergaben sich im Vergleich zur herkömmlichen Prozeßführung exzellente Ebenheiten und Oberflächengüten; außerdem konnte die Bearbeitungszeit um den Faktor fünf gesenkt werden. Bei der Fertigung großer Losgrößen aus metallischen Werkstoffen mit herkömmlichen Schleifwerkzeugen ist derzeit das CD-(Continuos-Dressing-)Tiefschleifen das am weitesten verbreitete Verfahren. Im Gegensatz zum Tiefschleifen wird die Geometrie beim Schnellhubschleifen mit vergleichsweise geringen Zustellungen und deutlich gesteigerten Werkstückgeschwindigkeiten in mehreren Überschliffen eingebracht. Mit dem prototypischen Maschinensystem Blohm Profimat MT 408 können Werkstückgeschwindigkeiten von bis zu v(ft) = 200 m/min bei Beschleunigungen von bis zu a(ft) = 50 m/s2 eingestellt werden. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchung konnten die spezifischen Schleifenergien bei sechsfachem theoretischem bezogenen Zerspanungsvolumen von 12 mm3/mms auf 72 mm3/mms mehr als halbiert werden.

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Influence of structuring by abrasive machining on the tribological properties of workpiece surfaces

2011 , Uhlmann, E. , Borsoi Klein, T. , Hochschild, L. , Bäcker, C.

Surface structuring of workpieces has a significant influence on the tribological properties of contact partners and can therefore lead to a significant increase of the life time of components [1]. To identify an appropriate surface structure, analytical and experimental investigations were done at the Institute for Machine Tools and Factory Management (IWF) in order to improve the tribological properties in the contact area appreciably. To validate the theoretical analyses, technological investigations were carried out. 3D-surface structures were created on workpiece surfaces by varying process variables for a high speed 5-axes machine system to generate knowledge for developing defined surface structures by using kinematically modified grinding processes. Initial results show a positive influence of defined surface structures on the performance of contact partners.

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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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Inovacao na maquiagem e retificacao de materiais

2011 , Uhlmann, E. , Borsoi Klein, T. , Mihotovic, Vanja

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