Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Infraschallunterstütztes Dornhonen
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Zimmermann, Sascha
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    Uhlmann, Eckart
    Der Einsatz von Schwingungen bei Fertigungsverfahren ist seit Jahrzehnten ein allgegenwärtiges Thema in der Forschung. Die Vorteile lassen sich insbesondere an verringerten Bearbeitungskräften und damit an der Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung erkennen. Die Komplexität des zielgerichteten Einsatzes, wie die Notwendigkeit zusätzlicher Aktuatoren und die konstruktive und schwingungstechnische Auslegung der Komponenten und Prozessbedingungen, verhindert jedoch den industriellen Einsatz. Innerhalb dieser Arbeit werden Dornhonprozesse untersucht, bei denen zusätzliche Schwingungen mit Hilfe der integrierten Antriebe eines Bearbeitungszentrums realisiert werden. Dafür werden realisierbare Schwingungsparameter und resultierende Veränderungen der Prozessparameter analysiert. Zur Identifikation von Prozessveränderungen dienen ein geometrisch kinematisches Durchdringungsmodell sowie Einkornritzversuche. An Werkstücken aus Gusseisen mit Lamellengraphit werden die Auswirkungen von erzwungenen Schwingungen beim Dornhonen technologisch untersucht. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis sowie zur Auslegung und Nutzung der infraschallunterstützten Dornhonbearbeitung.
  • Publication
    Modellieren von Widerstandspunktschweissungen in FE
    ( 2022)
    Seitz, Georg
    In der Veröffentlichung wird anwendungsbezogen die Simulation von Widerstandpunktschweißungen in FEA-Programmen erklärt. Hierbei wird insbesondere der Nutzen für den praxisorientieren Schweißingenieur/Produktionsplaner erläutert und wie dieser die Schweißstruktursimulation nutzen kann, um Schweißverzug vorherzusagen und diesen zu minimieren.
  • Publication
    Kinematisch modulierte Schleifprozesse zur Strukturierung von tribologisch beanspruchten Funktionsoberflächen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Bäcker, Clemens
    Eine gezielte Strukturierung von tribologisch beanspruchten Oberflächen kann zu einer Verbesserung der Kontaktbedingungen und somit zu einer Steigerung ihrer Lebensdauer führen. Komplexe Funktionsflächen wie die Zahnflanke werden nach der Wärmebehandlung mittels Schleifprozessen nachbearbeitet und im Anschluss häufig einer Endbearbeitung unterzogen, um den Verschleiß der Zahnräder im Einsatz zu reduzieren. Als zentrale Fragestellung dieser Arbeit wurde untersucht, in welcher Weise sich durch Schleifverfahren die Oberflächenstruktur von unterschiedlichen Funktionsflächen beeinflussen lässt. In simulationsbasierten und experimentellen Untersuchungen konnte ein umfangreiches Wissen über die Zusammenhänge zwischen dem Konditionierprozess, der Stellgrößen des kinematisch modulierten Schleifprozesses und den Arbeitsergebnissen sowie dem Einsatzverhalten der strukturierten Oberflächen erarbeitet werden. Die Analyse der durchgeführten Versuche dokumentiert eindrucksvoll, wie sich sowohl die Oberflächenkennwerte als auch die -struktur unter Einsatz geeigneter Stellgrößen der kinematischen Modulation verbessern lassen, die in vorteilhaften Kontaktbedingungen beim Einsatz resultieren können.
  • Publication
    Simulationsmodell als Basis zur Ableitung von Zerspanstrategien zur Reduzierung von thermischen Bearbeitungseinflüssen beim Hartdrehen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Ivanov, Ivan Mitkov
    Die in zahlreichen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzten Stahlbauteile unterliegen im Betrieb hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen. Im Anschluss an die erforderliche Härtung erfolgt die Schlichtbearbeitung zur Schaffung der Endkontur. Aufgrund der Produktivitätssteigerung, Flexibilität und Ressourceneffizienz bietet sich die Hartdrehbearbeitung als Alternative zum konventionellen Schleifen an. Beim Hartdrehen werden die physikalischen Werkstückeigenschaften durch die prozessabhängige Randschichtbildung verändert. Das Verständnis dieser Phänomene und die Prozessoptimierung hinsichtlich der Schaffung von qualitativ höherwertigen Oberflächen erfordern die Modellierung der Hartdrehbearbeitung unter Berücksichtigung von temperaturabhängigen Phasentransformationen. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung eines Simulationsmodells der Hartdrehbearbeitung des gehärteten Wälzlagerstahls 100Cr6 Erkenntnisse über die thermischen Bearbeitungseinflüsse auf die Werkstückqualität zu erhalten. Das beschriebene Simulationsmodell dient als Basis zur Ableitung von Fertigungsmaßnahmen und Zerspanstrategien zur Vermeidung von prozessbedingten Fertigungsungenauigkeiten beim Hartdrehen.
  • Publication
    Modellbasierte Prozessoptimierung für das Mikrofräsen
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Mahr, Frederik Felix
    Aufgrund der Prozessdynamik beim Mikrofräsen kommt es zu Verlagerungen und Verformungen des rotierenden Fräswerkzeugs bis hin zum regenerativen Rattern. Dies hat Genauigkeitsverluste am zu fertigenden Bauteil und Einschränkungen der Prozesssicherheit zur Folge. Ziel dieser Arbeit ist es, ein parametrierbares Simulationsmodell für den Mikrofräsprozess zu entwickeln und für Prozessoptimierungen anzuwenden. Es werden Teilmodelle im Zeitbereich zur Berechnung der Zerspankräfte und den damit wechselwirkenden Verlagerungen der schwingungsfähigen nicht rotierenden und rotierenden Strukturkompenenten entwickelt und zu einem Gesamtmodell gekoppelt. Neben der Simulation zahlreicher Prozessgrößen sowie Stabilitätsprognosen werden zügige und mit geringem experimentellem Aufwand verbundene Ermittlungen von Prozessparametern für optimierte Mikrofräsprozesse ermöglicht. Es erfolgen modellbasierte Prozessoptimierungen zur Steigerung des Zeitspanungsvolumens und zur Erhöhung der erreichbaren Genauigkeit. Durch die Verwendung verschiedener Fräswerkzeuge und Werkstückwerkstoffe an zwei Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Bauart, wird die Übertragbarkeit des Simulationsmodells nachgewiesen.