Carsten Heinzel | IWT - Academia.edu (original) (raw)
Papers by Carsten Heinzel
Sensors and Actuators A: Physical, 2016
The paper describes an approach that uses process models based on neural networks, fuzzy set theo... more The paper describes an approach that uses process models based on neural networks, fuzzy set theory and standard multiple regression methods for an off-line process optimisation in grinding technology. For the process optirnisation a genetic algorithm is applied. The assessment of grinding process results which build the individuals in the genetic algorithm's population is carried out using the target tree method. With this method economic, ecologic and quality relevant aspects can be taken into account for assessment and optimisation purposes. The machining process finally has been optimised based on process models which determine the process output parameters (Rz and residual stress) by means of process input parameters (Q' w and vc) and based upon the results gained from the use of the target tree method and the application of a genetic algorithm. The choosen approach is suited for processes with a large number of input as well as output parameters overcoming the limitati...
Steigende Anforderungen an die Bauteilqualität sowie zunehmende Bearbeitungsgeschwindigkeiten hab... more Steigende Anforderungen an die Bauteilqualität sowie zunehmende Bearbeitungsgeschwindigkeiten haben den Stellenwert der Kühlschmierstoffe (KSS) in der Fertigung zunehmend geändert. Während man in der Vergangenheit von Hilfsstoffen sprach, deren Bedeutung für den Fertigungsprozeß als eher untergeordnet eingeschätzt wurde, so werden Kühlschmierstoffe heute in zunehmendem Maße als integraler Bestandteil des Bearbeitungsprozesses verstanden. Kühlschmierstoffe tragen mit ihren chemischen und physikalischen Merkmalen dazu bei, thermisch bedingte Randzonenschädigungen des Werkstücks weitgehend zu vermeiden. Außerdem beeinflussen sie die Rauheit des Werkstücks sowie den Werkzeugverschleiß positiv. Kühlschmierstoffe erfordem erhebliche Investitionen für die Lagerung, die Aufbereitung, die Zuführung und die Entsorgung in Fertigungsbetrieben. Sie sind also Kostenverursacher. Darüber hinaus trägt die Kühlschmierung eine hohe Kostenverantwortung, da Produktivität und Qualität der spanenden Bearb...
Das spanende Bearbeitungsverfahren Schleifen wird im allgemeinen als wärmekritischer Prozeß einge... more Das spanende Bearbeitungsverfahren Schleifen wird im allgemeinen als wärmekritischer Prozeß eingestuft, da die aufgrund hoher Reibanteile im Zerspanprozeß entstehende Wärme das zu fertigende Bauteil in der oberflächennahen Randschicht schädigen kann. Zudem werden durch zu geringe Kühlung und Schmierung der Verschleiß am Werkzeug und die erreichbaren Bauteiloberflächengüten nachteilig beeinflußt. Daher kommt der Kühlschmierung beim Schleifen eine besondere Bedeutung zu. KSS-Art, -Zusammensetzung und -Zuführung besitzen einen maßgeblichen Einfluß auf Prozeß und Arbeitsergebnisgrößen beim Schleifen. Die Einflußmechanismen sind dabei teilweise sehr komplex, analytisch bisher nicht durchgängig zu beschreiben und hängen von einer Vielzahl von Parametern gleichzeitig ab. Der Beitrag beschreibt die Auswirkungen der KSS-relevanten Einflußgrößen auf die Wärmeentstehung und -aufteilung im Prozeß und auf Arbeitsergebnisgrößen. Das neue Verfahren "Schleifhärten" wird als Beispiel für e...
The paper describes different methods for modelling and optimization of grinding processes. First... more The paper describes different methods for modelling and optimization of grinding processes. First the process and product quality characterizing quantities have to be measured. Afterwards different model types, e.g. physical–empirical basic grinding models as well as empirical process models based on neural networks, fuzzy set theory and standard multiple regression methods, are discussed for an off-line process conceptualization and optimization using a genetic algorithm. The assessment of grinding process results, which build the individuals in the genetic algorithm''s population, is carried out using a target tree method. The methods presented are integrated into an existing grinding information system, which is part of a three control loop system for quality assurance.
Der Beitrag beschreibt die Möglichkeiten zur Gestaltung und Optimierung von Schleifprozessen. Aus... more Der Beitrag beschreibt die Möglichkeiten zur Gestaltung und Optimierung von Schleifprozessen. Ausgehend von Basismodellen werden empirische Methoden zur Abbildung von Schleifprozessen mit mehrfacher Regression, Neuronalen Netzen und mit Unscharfer Logik verglichen. Experimentell ermittelte Prozessmodelle bilden über die Prozesseingangsgrößen (im Beispiel Q'w und vc) die Prozessausgangsgrößen (im Beispiel Rz und Eigenspannung) und somit den Bearbeitungsprozess ab. In einem weiteren Anwendungsbeispiel simuliert ein Prozessmodell auf der Basis eines Neuronales Netzes den Einfluss des Kühlschmierstoffdurchflusses auf das Arbeitsergebnis. Eine Prozessoptimierung wird auf der Basis der Prozessmodelle erarbeitet. Das aus der Konstruktionsmethodik bekannte Zielbaumverfahren ermöglicht eine differenzierte Gewichtung von Zielkriterien. Eine nach den Anforderungen optimierte Prozessauslegung zeigt das Maximum der generierten Zielfunktion auf. Eine Genetischer Algorithmus detektiert die opt...
Ausgehend von Betrachtungen zur Energieumsetzung beim Spanen und zur Spanbildung wird das Tribolo... more Ausgehend von Betrachtungen zur Energieumsetzung beim Spanen und zur Spanbildung wird das Tribologiesystem Spanen mit der Notwendigkeit zur Schmierung (Verhinderung der Wärmeentstehung) und Kühlung (Abführung entstandener Wärme) beschrieben. Die technologischen Aufgaben und Eigenschaften von Kühlschmierstoffen werden vorgestellt. Es folgt ein Vergleich unterschiedlicher Kühlschmierstoff-Arten anhand von physikalischen Kenngrößen. Die Wärmeleitfähigkeit, die Verdampfungswärme und die spezifische Wärmekapazität sind hierbei von besonderer Bedeutung für die Wärmeabfuhr. Die allgemeine Zusammensetzung (Basisstoffe, Additivierung) der Kühlschmierstoffe wird vorgestellt, wobei die Temperaturwirkbereiche prozeßaktiver Substanzen vergleichend dargestellt werden. Neben den technologischen werden wirtschaftliche und gesundheitliche Aspekte des Kühlschmierstoff-Einsatzes diskutiert. Die durch Kühlschmierstoffe direkt oder indirekt verursachten Kosten werden aufgezeigt, wobei die Wassergefährdu...
Der vorliegende Beitrag stellt einen Ausschnitt der im laufenden Förderungszeitraum bis 1998 gele... more Der vorliegende Beitrag stellt einen Ausschnitt der im laufenden Förderungszeitraum bis 1998 geleisteten Arbeiten aus dem Bereich der Feinbearbeitung sowie daraus resultierende Perspektiven für die künftigen, geplanten Forschungsarbeiten dar. Zum Fertigungsbereich Feinbearbeitung im SFB 326 gehören drei Projekte der Prüfebene sowie vier Projekte der Werkstattebene. Untersucht werden die vier Feinbearbeitungsprozesse Profilflachschleifen, Außenrundumfangsquerschleifen, Gleitschleifen und Honen. Grundlage der prozeßintegrierten Qualitätsprüfung ist die Sensorik für Prozeßgrößen und qualitätsrelevante Arbeitsergebnisgrößen. Die im Feinbearbeitungsbereich verwendeten Sensoriken werden zunächst im Überblick vorgestellt. Zwei im aktuellen Bearbeitungzeitraum erstmalig eingesetzte Meßtechniken - die Messung des Kühlschmierstoffdrucks in der Kontaktzone beim Schleifen sowie der mikromagnetische, inprozeß Randzonensensor - werden detaillierter erläutert. Die eingesetzen Sensoriken liefern di...
Increasing product quality becomes the main subject in international competition. High product qu... more Increasing product quality becomes the main subject in international competition. High product quality can only be obtained by using hIgh quality processes. A hIgh productivity at the demanded process quality requires sufficient mode!ing merhods for process set·up and optimization. In the paper a comparison of fuzzy, neural nets and multiple regression models is given. The models are integrated in a grinding information sytem.
Der Beitrag gibt eine Übersicht über die Einflußgrößen des Kühlschmierstoffs (KSS) auf den Bearbe... more Der Beitrag gibt eine Übersicht über die Einflußgrößen des Kühlschmierstoffs (KSS) auf den Bearbeitungsprozeß und das Arbeitsergebnis beim Schleifen. Die Einflußgrößen und ihre zum Teil komplexen Wirkungsmechanismen werden diskutiert. Die Gliederung dieser Diskussion erfolgt durch die Darstellung des Einflusses der KSS-Zusammensetzung und der KSS-Zuführung. Es wird gezeigt, wie sich unterschiedliche KSS-Zusammensetzungen (Basissubstanzen/Additivierung) auf Prozeßtemperaturen und -leistungen, auf die Oberflächen- und Randzonengüte des Werkstücks sowie auf den Werkeugverschieiß auswirken. Im Bereich des Einflusses der KSS-Zuführung werden Düsenvarianten vorgestellt und die Auswirkungen einer Reduzierung des zugeführten KSSVolumenstroms von der Überflutung über die Minimalmengenkühlschmierung bis zur Trockenbearbeitung auf Prozeß- und Arbeitsergebnisgrößen diskutiert. Das neue Verfahren "Schleifhärten" wird als Beispiel für ein überwiegend trocken durchgeführtes Schleifverfah...
Die Funktionseigenschaften eines Bauteils werden in starkem Maße von den Eigen-schaften der oberf... more Die Funktionseigenschaften eines Bauteils werden in starkem Maße von den Eigen-schaften der oberflächennahen Randschicht bestimmt. Daher kommt dem Schleifen als Endbearbeitungsverfahren innerhalb einer Prozeßkette eine besondere Bedeutung zu. Der Zusammenhang zwischen den funktionalen Anforderungen an Bauteileigenschaften und den Eigenschaften der Bauteilrandschicht wird in diesem Beitrag beschrieben und Methoden zur Bestimmung von Randzoneneigenschaften unter Praxis- und Laborbedingungen aufgezeigt. In der Vergangenheit hat es nicht an intensiven Anstrengungen gefehlt, einen Zusammenhang zwischen den maßgeblichen Eingangsgrößen des Schleifprozesses wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Zustellung, Schleifscheibenspezifikation und Kühlschmierstoff und den resultierenden Werkstückrandzonenänderungen in Form von Prozeßmodellen zu beschreiben. Diese Eigenschaftsänderungen lassen sich durch Gefügeveränderungen (Anlaß- und Neuhär-tungszonen), die Härte, Risse und Eigenspan...
The paper deseribes the first stage of the development of an intelligent grinding wheel. A force ... more The paper deseribes the first stage of the development of an intelligent grinding wheel. A force sensor-equippcd demonstrator wheel is presented. The sensor is arranged inside the rotating wheel beneath one segment of the abrasive layer. Hence, it prepares the incorporation of sensors for measurement of vibrations and temperature. A telemetrie unit supplies the grinding wheel with power as weil as performs the transmission of measured data to a stationary receiver inside the machining cell. Examples of in-process force measurement by sensor integration are demonstrated in different grinding operations.The presented approach demonstrates that the n-proeess measurement of grinding forces out of the rotating wheel itself can be a powerful evaluation aid for the grinding process. All signals of the sensor integrated wheel reflect well the grinding forees measured by a conventional force plate located under the spindie. It was found that the tool system has the ability to observe process...
Grinding processes are generally critically assessed concerning the amounts of heat produced duri... more Grinding processes are generally critically assessed concerning the amounts of heat produced during process operation. Relatively high friction phenomena in abrasive machining cause heat generation which can lead to thermal damage in the suriace layer of machined parts. Furthermore an inefficient cooling and lubrication system can result in higher tool wear and suriace roughness. Therefore the application of cooling lubricants is of utmost importance in the field of grinding. The paper presents two fluid dynamic methods which are presently being developed in order to optimze the cooling lubricant supply: 1) a method for flow visualization in coolant nozzles by means of light sheet planes in order to optimize the nozzle design as weil as 2) a method for characterization of flow and tribologic conditions in the contact zone between workpiece and grinding wheel by means of measurement of the fluid pressure in the contact area. In the paper the procedure for the application of both meth...
ZWF Zeitschrift fuer Wirtschaftlichen Fabrikbetrieb
Grind-hardening as an alternative. Investigations on reproducibility and process stability. When ... more Grind-hardening as an alternative. Investigations on reproducibility and process stability. When the grind-hardening technique is used, the thermornechanical processes within the contact zone between tool and workpiece lead to changes in the metallurgical and physical properties in the subsurface area, e.g. regarding structural state, hardness and residual stress. The reproducible setting of defined characteristic profiles plays a decisive role in ensuring the respective workpieces' ability to optimally fulfil the function for which they are intended. Using a series of 30 test workpieces as a basis, this article investigates the achievable degree of reproducibility for surface grinding and draws comparisons with the laser-hardening technique. Beim Schleifhärten kommt es auf Grund der thermomechanischen Vorgänge innerhalb der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück zu einer Beeinflussung der metallurgischen und physikalischen Randzoneneigenschaften wie dem Gefügezustand, der ...
In diesem Beitrag werden drei gänzlich neue bzw. weiterentwickelte Methoden vorgestellt, die sich... more In diesem Beitrag werden drei gänzlich neue bzw. weiterentwickelte Methoden vorgestellt, die sich mit der Untersuchung und Optimierung des Kühlschmiersystems beim Schleifen befassen. Die erste Methode nutzt Versuchsdaten aus Untersuchungen des Einflusses des KSS und der KSS-Zuführung zur Modellbildung und verwendet die erarbeiteten Modelle zur Prozeßoptimierung. Die zweite und dritte Methode befassen sich mit der vertieften Untersuchung der KSS-Zuführung aus strömungstechnischer Sicht. Es handelt sich hierbei um eine Methode zur Strömungsvisualisierung in Kühlschmierdüsen, mit der die Zuführung des KSS an die Kontaktzone untersucht und optimiert werden kann, sowie um die Weiterentwicklung einer Methode zur Charakterisierung der Strömungsverhältnisse direkt im Schleifspalt mittels werkstückseitigen Druckmessungen.
In diesem Beitrag werden die technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen eines neuartigen Sch... more In diesem Beitrag werden die technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen eines neuartigen Schleifverfahrens zur mechanischen Oberflächenverfestigung be-handelt. Bei diesem Verfahren wird spanender Materialabtrag mit einer Randschicht-verfestigung in einem Prozess kombiniert. Die Frage einer gezielten mechanischen Beeinflussung der Bauteilrandzone durch einen Schleifprozess ist systematisch bislang nicht untersucht worden. Gleichwohl ist der Größeneffekt der spezifischen Energie beim Schleifen bekannt, welcher die progressive Zunahme der für den Spanbildungsprozess aufzubringenden spezifischen Energie mit abnehmender Spanungsdicke aufzeigt. Der charakteristische Verlauf wird mit einer Änderung im Spanbildungsprozess, bedingt durch eine signifikante Veränderung der Spanungsdicke, begründet: Bei sehr kleinen Spanungsdicken werden weniger Energieanteile für den Spanbildungsprozess aufgewendet und die Anteile der Reib- und Verformungsenergie nehmen zu, was in einem größeren Arbeitsau...
In zahlreichen schleiftechnischen und werkstofftechnischen Untersuchungen wurden an der Stiftung ... more In zahlreichen schleiftechnischen und werkstofftechnischen Untersuchungen wurden an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) Bremen die Verfahrensgrundlagen des Schleifhärtens entwickelt und Parameterfenster für reproduzierbare Schleifhärteergebnisse bei Anwendung unterschiedlicher Verfahrensvarianten identifiziert. Versuchsreihen an Praxisbauteilen zeigen darüber hinaus die grundsätzliche Übertragbarkeit der Ergebnisse in die Praxis. Bei Einsatz des Schleifhärtens in der industriellen Praxis sind derzeit, insbesondere bei komplexen Bauteilgeometrien, Vorversuche für eine erfolgreiche Prozessauslegung jedoch noch unerlässlich.Eine wirkungsvolle Möglichkeit zur Reduzierung des Aufwands bei der Auslegung und Optimierung von Schleifhärteprozessen ist die ModelIierung des Schleifhärteprozesses und die numerische Simulation des Arbeitsergebnisses mittels FiniteElemente-Methode (FEM) hinsichtlich des Spannungs- und Gefügezustandes, der Härte und Einhärtungstiefe sowie des Werkstüc...
ISBN 978-3-933762-29-0 Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten war es, den Gr... more ISBN 978-3-933762-29-0 Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten war es, den Größeneffekt der spezifischen Schleifenergie für eine mechanische Randzonenverfestigung infolge plastischer Verformung zu nutzen. Der Nachweis der Machbarkeit für den neuartigen Schleifansatz zur Prozesskombination von abrasiven Materialabtrag und mechanischer Prozesswirkung wurde mit einer Variation von technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen geführt. Dadurch konnten die spezifischen Energien und die Spanbildungsmechnismen so eingestellt werden, dass sie eine mechanische Verfestigung beim Schleifen maximieren. Ein Schleifverfahren als einen mechanischen Verschleißprozess zu betrachten, erweist sich als eine geeignete Methode, um das Prozessverhalten von Schleifwerkzeugen zu beschreiben. Dadurch wird ein direkter Rückschluss auf den Spanbildungsmechanismus und somit auf die Randzonenbeeinflussung möglich. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Stellgrößen Schnittgeschwindigkeit...
Mit der im Projekt "Infrared Radiation Thermal Monitored Grinding" (IR-TherMoGrind) im ... more Mit der im Projekt "Infrared Radiation Thermal Monitored Grinding" (IR-TherMoGrind) im Rahmen des Förderprogramms Prolnno II des BMWi entwickelten Schleifscheibe ist es erstmals gelungen, stabile und reproduzierbare Temperaturen während des Schleifprozesses in der Kontaktzone zu messen. Bis dato konnten unter Verwendung von Thermoelementen nur Thermospannungssignale erfasst werden. Für Wissenschaft und Praxis ist die Korrelation der Temperatur im Schleifspalt mit den resultierenden Beeinflussungen der Werkstückrandzone von Bedeutung. Um Temperaturen, bei denen die Randzonenschädigungen einsetzen, in der Praxis gezielt meiden zu können, sollen künftig mit der IR-sensorintegrierten Schleifscheibe Temperaturgrenzen verschiedener Werkstoffe ermittelt werden. In den hier dargestellten Untersuchungen wurden Auswirkungen der thermischen Last auf die Werkstückoberfläche gezielt erzeugt. Zwischen den im Prozess werkzeugseitig gemessenen Temperaturen und deren Einfluss auf die Werks...
Sensors and Actuators A: Physical, 2016
The paper describes an approach that uses process models based on neural networks, fuzzy set theo... more The paper describes an approach that uses process models based on neural networks, fuzzy set theory and standard multiple regression methods for an off-line process optimisation in grinding technology. For the process optirnisation a genetic algorithm is applied. The assessment of grinding process results which build the individuals in the genetic algorithm's population is carried out using the target tree method. With this method economic, ecologic and quality relevant aspects can be taken into account for assessment and optimisation purposes. The machining process finally has been optimised based on process models which determine the process output parameters (Rz and residual stress) by means of process input parameters (Q' w and vc) and based upon the results gained from the use of the target tree method and the application of a genetic algorithm. The choosen approach is suited for processes with a large number of input as well as output parameters overcoming the limitati...
Steigende Anforderungen an die Bauteilqualität sowie zunehmende Bearbeitungsgeschwindigkeiten hab... more Steigende Anforderungen an die Bauteilqualität sowie zunehmende Bearbeitungsgeschwindigkeiten haben den Stellenwert der Kühlschmierstoffe (KSS) in der Fertigung zunehmend geändert. Während man in der Vergangenheit von Hilfsstoffen sprach, deren Bedeutung für den Fertigungsprozeß als eher untergeordnet eingeschätzt wurde, so werden Kühlschmierstoffe heute in zunehmendem Maße als integraler Bestandteil des Bearbeitungsprozesses verstanden. Kühlschmierstoffe tragen mit ihren chemischen und physikalischen Merkmalen dazu bei, thermisch bedingte Randzonenschädigungen des Werkstücks weitgehend zu vermeiden. Außerdem beeinflussen sie die Rauheit des Werkstücks sowie den Werkzeugverschleiß positiv. Kühlschmierstoffe erfordem erhebliche Investitionen für die Lagerung, die Aufbereitung, die Zuführung und die Entsorgung in Fertigungsbetrieben. Sie sind also Kostenverursacher. Darüber hinaus trägt die Kühlschmierung eine hohe Kostenverantwortung, da Produktivität und Qualität der spanenden Bearb...
Das spanende Bearbeitungsverfahren Schleifen wird im allgemeinen als wärmekritischer Prozeß einge... more Das spanende Bearbeitungsverfahren Schleifen wird im allgemeinen als wärmekritischer Prozeß eingestuft, da die aufgrund hoher Reibanteile im Zerspanprozeß entstehende Wärme das zu fertigende Bauteil in der oberflächennahen Randschicht schädigen kann. Zudem werden durch zu geringe Kühlung und Schmierung der Verschleiß am Werkzeug und die erreichbaren Bauteiloberflächengüten nachteilig beeinflußt. Daher kommt der Kühlschmierung beim Schleifen eine besondere Bedeutung zu. KSS-Art, -Zusammensetzung und -Zuführung besitzen einen maßgeblichen Einfluß auf Prozeß und Arbeitsergebnisgrößen beim Schleifen. Die Einflußmechanismen sind dabei teilweise sehr komplex, analytisch bisher nicht durchgängig zu beschreiben und hängen von einer Vielzahl von Parametern gleichzeitig ab. Der Beitrag beschreibt die Auswirkungen der KSS-relevanten Einflußgrößen auf die Wärmeentstehung und -aufteilung im Prozeß und auf Arbeitsergebnisgrößen. Das neue Verfahren "Schleifhärten" wird als Beispiel für e...
The paper describes different methods for modelling and optimization of grinding processes. First... more The paper describes different methods for modelling and optimization of grinding processes. First the process and product quality characterizing quantities have to be measured. Afterwards different model types, e.g. physical–empirical basic grinding models as well as empirical process models based on neural networks, fuzzy set theory and standard multiple regression methods, are discussed for an off-line process conceptualization and optimization using a genetic algorithm. The assessment of grinding process results, which build the individuals in the genetic algorithm''s population, is carried out using a target tree method. The methods presented are integrated into an existing grinding information system, which is part of a three control loop system for quality assurance.
Der Beitrag beschreibt die Möglichkeiten zur Gestaltung und Optimierung von Schleifprozessen. Aus... more Der Beitrag beschreibt die Möglichkeiten zur Gestaltung und Optimierung von Schleifprozessen. Ausgehend von Basismodellen werden empirische Methoden zur Abbildung von Schleifprozessen mit mehrfacher Regression, Neuronalen Netzen und mit Unscharfer Logik verglichen. Experimentell ermittelte Prozessmodelle bilden über die Prozesseingangsgrößen (im Beispiel Q'w und vc) die Prozessausgangsgrößen (im Beispiel Rz und Eigenspannung) und somit den Bearbeitungsprozess ab. In einem weiteren Anwendungsbeispiel simuliert ein Prozessmodell auf der Basis eines Neuronales Netzes den Einfluss des Kühlschmierstoffdurchflusses auf das Arbeitsergebnis. Eine Prozessoptimierung wird auf der Basis der Prozessmodelle erarbeitet. Das aus der Konstruktionsmethodik bekannte Zielbaumverfahren ermöglicht eine differenzierte Gewichtung von Zielkriterien. Eine nach den Anforderungen optimierte Prozessauslegung zeigt das Maximum der generierten Zielfunktion auf. Eine Genetischer Algorithmus detektiert die opt...
Ausgehend von Betrachtungen zur Energieumsetzung beim Spanen und zur Spanbildung wird das Tribolo... more Ausgehend von Betrachtungen zur Energieumsetzung beim Spanen und zur Spanbildung wird das Tribologiesystem Spanen mit der Notwendigkeit zur Schmierung (Verhinderung der Wärmeentstehung) und Kühlung (Abführung entstandener Wärme) beschrieben. Die technologischen Aufgaben und Eigenschaften von Kühlschmierstoffen werden vorgestellt. Es folgt ein Vergleich unterschiedlicher Kühlschmierstoff-Arten anhand von physikalischen Kenngrößen. Die Wärmeleitfähigkeit, die Verdampfungswärme und die spezifische Wärmekapazität sind hierbei von besonderer Bedeutung für die Wärmeabfuhr. Die allgemeine Zusammensetzung (Basisstoffe, Additivierung) der Kühlschmierstoffe wird vorgestellt, wobei die Temperaturwirkbereiche prozeßaktiver Substanzen vergleichend dargestellt werden. Neben den technologischen werden wirtschaftliche und gesundheitliche Aspekte des Kühlschmierstoff-Einsatzes diskutiert. Die durch Kühlschmierstoffe direkt oder indirekt verursachten Kosten werden aufgezeigt, wobei die Wassergefährdu...
Der vorliegende Beitrag stellt einen Ausschnitt der im laufenden Förderungszeitraum bis 1998 gele... more Der vorliegende Beitrag stellt einen Ausschnitt der im laufenden Förderungszeitraum bis 1998 geleisteten Arbeiten aus dem Bereich der Feinbearbeitung sowie daraus resultierende Perspektiven für die künftigen, geplanten Forschungsarbeiten dar. Zum Fertigungsbereich Feinbearbeitung im SFB 326 gehören drei Projekte der Prüfebene sowie vier Projekte der Werkstattebene. Untersucht werden die vier Feinbearbeitungsprozesse Profilflachschleifen, Außenrundumfangsquerschleifen, Gleitschleifen und Honen. Grundlage der prozeßintegrierten Qualitätsprüfung ist die Sensorik für Prozeßgrößen und qualitätsrelevante Arbeitsergebnisgrößen. Die im Feinbearbeitungsbereich verwendeten Sensoriken werden zunächst im Überblick vorgestellt. Zwei im aktuellen Bearbeitungzeitraum erstmalig eingesetzte Meßtechniken - die Messung des Kühlschmierstoffdrucks in der Kontaktzone beim Schleifen sowie der mikromagnetische, inprozeß Randzonensensor - werden detaillierter erläutert. Die eingesetzen Sensoriken liefern di...
Increasing product quality becomes the main subject in international competition. High product qu... more Increasing product quality becomes the main subject in international competition. High product quality can only be obtained by using hIgh quality processes. A hIgh productivity at the demanded process quality requires sufficient mode!ing merhods for process set·up and optimization. In the paper a comparison of fuzzy, neural nets and multiple regression models is given. The models are integrated in a grinding information sytem.
Der Beitrag gibt eine Übersicht über die Einflußgrößen des Kühlschmierstoffs (KSS) auf den Bearbe... more Der Beitrag gibt eine Übersicht über die Einflußgrößen des Kühlschmierstoffs (KSS) auf den Bearbeitungsprozeß und das Arbeitsergebnis beim Schleifen. Die Einflußgrößen und ihre zum Teil komplexen Wirkungsmechanismen werden diskutiert. Die Gliederung dieser Diskussion erfolgt durch die Darstellung des Einflusses der KSS-Zusammensetzung und der KSS-Zuführung. Es wird gezeigt, wie sich unterschiedliche KSS-Zusammensetzungen (Basissubstanzen/Additivierung) auf Prozeßtemperaturen und -leistungen, auf die Oberflächen- und Randzonengüte des Werkstücks sowie auf den Werkeugverschieiß auswirken. Im Bereich des Einflusses der KSS-Zuführung werden Düsenvarianten vorgestellt und die Auswirkungen einer Reduzierung des zugeführten KSSVolumenstroms von der Überflutung über die Minimalmengenkühlschmierung bis zur Trockenbearbeitung auf Prozeß- und Arbeitsergebnisgrößen diskutiert. Das neue Verfahren "Schleifhärten" wird als Beispiel für ein überwiegend trocken durchgeführtes Schleifverfah...
Die Funktionseigenschaften eines Bauteils werden in starkem Maße von den Eigen-schaften der oberf... more Die Funktionseigenschaften eines Bauteils werden in starkem Maße von den Eigen-schaften der oberflächennahen Randschicht bestimmt. Daher kommt dem Schleifen als Endbearbeitungsverfahren innerhalb einer Prozeßkette eine besondere Bedeutung zu. Der Zusammenhang zwischen den funktionalen Anforderungen an Bauteileigenschaften und den Eigenschaften der Bauteilrandschicht wird in diesem Beitrag beschrieben und Methoden zur Bestimmung von Randzoneneigenschaften unter Praxis- und Laborbedingungen aufgezeigt. In der Vergangenheit hat es nicht an intensiven Anstrengungen gefehlt, einen Zusammenhang zwischen den maßgeblichen Eingangsgrößen des Schleifprozesses wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Zustellung, Schleifscheibenspezifikation und Kühlschmierstoff und den resultierenden Werkstückrandzonenänderungen in Form von Prozeßmodellen zu beschreiben. Diese Eigenschaftsänderungen lassen sich durch Gefügeveränderungen (Anlaß- und Neuhär-tungszonen), die Härte, Risse und Eigenspan...
The paper deseribes the first stage of the development of an intelligent grinding wheel. A force ... more The paper deseribes the first stage of the development of an intelligent grinding wheel. A force sensor-equippcd demonstrator wheel is presented. The sensor is arranged inside the rotating wheel beneath one segment of the abrasive layer. Hence, it prepares the incorporation of sensors for measurement of vibrations and temperature. A telemetrie unit supplies the grinding wheel with power as weil as performs the transmission of measured data to a stationary receiver inside the machining cell. Examples of in-process force measurement by sensor integration are demonstrated in different grinding operations.The presented approach demonstrates that the n-proeess measurement of grinding forces out of the rotating wheel itself can be a powerful evaluation aid for the grinding process. All signals of the sensor integrated wheel reflect well the grinding forees measured by a conventional force plate located under the spindie. It was found that the tool system has the ability to observe process...
Grinding processes are generally critically assessed concerning the amounts of heat produced duri... more Grinding processes are generally critically assessed concerning the amounts of heat produced during process operation. Relatively high friction phenomena in abrasive machining cause heat generation which can lead to thermal damage in the suriace layer of machined parts. Furthermore an inefficient cooling and lubrication system can result in higher tool wear and suriace roughness. Therefore the application of cooling lubricants is of utmost importance in the field of grinding. The paper presents two fluid dynamic methods which are presently being developed in order to optimze the cooling lubricant supply: 1) a method for flow visualization in coolant nozzles by means of light sheet planes in order to optimize the nozzle design as weil as 2) a method for characterization of flow and tribologic conditions in the contact zone between workpiece and grinding wheel by means of measurement of the fluid pressure in the contact area. In the paper the procedure for the application of both meth...
ZWF Zeitschrift fuer Wirtschaftlichen Fabrikbetrieb
Grind-hardening as an alternative. Investigations on reproducibility and process stability. When ... more Grind-hardening as an alternative. Investigations on reproducibility and process stability. When the grind-hardening technique is used, the thermornechanical processes within the contact zone between tool and workpiece lead to changes in the metallurgical and physical properties in the subsurface area, e.g. regarding structural state, hardness and residual stress. The reproducible setting of defined characteristic profiles plays a decisive role in ensuring the respective workpieces' ability to optimally fulfil the function for which they are intended. Using a series of 30 test workpieces as a basis, this article investigates the achievable degree of reproducibility for surface grinding and draws comparisons with the laser-hardening technique. Beim Schleifhärten kommt es auf Grund der thermomechanischen Vorgänge innerhalb der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück zu einer Beeinflussung der metallurgischen und physikalischen Randzoneneigenschaften wie dem Gefügezustand, der ...
In diesem Beitrag werden drei gänzlich neue bzw. weiterentwickelte Methoden vorgestellt, die sich... more In diesem Beitrag werden drei gänzlich neue bzw. weiterentwickelte Methoden vorgestellt, die sich mit der Untersuchung und Optimierung des Kühlschmiersystems beim Schleifen befassen. Die erste Methode nutzt Versuchsdaten aus Untersuchungen des Einflusses des KSS und der KSS-Zuführung zur Modellbildung und verwendet die erarbeiteten Modelle zur Prozeßoptimierung. Die zweite und dritte Methode befassen sich mit der vertieften Untersuchung der KSS-Zuführung aus strömungstechnischer Sicht. Es handelt sich hierbei um eine Methode zur Strömungsvisualisierung in Kühlschmierdüsen, mit der die Zuführung des KSS an die Kontaktzone untersucht und optimiert werden kann, sowie um die Weiterentwicklung einer Methode zur Charakterisierung der Strömungsverhältnisse direkt im Schleifspalt mittels werkstückseitigen Druckmessungen.
In diesem Beitrag werden die technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen eines neuartigen Sch... more In diesem Beitrag werden die technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen eines neuartigen Schleifverfahrens zur mechanischen Oberflächenverfestigung be-handelt. Bei diesem Verfahren wird spanender Materialabtrag mit einer Randschicht-verfestigung in einem Prozess kombiniert. Die Frage einer gezielten mechanischen Beeinflussung der Bauteilrandzone durch einen Schleifprozess ist systematisch bislang nicht untersucht worden. Gleichwohl ist der Größeneffekt der spezifischen Energie beim Schleifen bekannt, welcher die progressive Zunahme der für den Spanbildungsprozess aufzubringenden spezifischen Energie mit abnehmender Spanungsdicke aufzeigt. Der charakteristische Verlauf wird mit einer Änderung im Spanbildungsprozess, bedingt durch eine signifikante Veränderung der Spanungsdicke, begründet: Bei sehr kleinen Spanungsdicken werden weniger Energieanteile für den Spanbildungsprozess aufgewendet und die Anteile der Reib- und Verformungsenergie nehmen zu, was in einem größeren Arbeitsau...
In zahlreichen schleiftechnischen und werkstofftechnischen Untersuchungen wurden an der Stiftung ... more In zahlreichen schleiftechnischen und werkstofftechnischen Untersuchungen wurden an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) Bremen die Verfahrensgrundlagen des Schleifhärtens entwickelt und Parameterfenster für reproduzierbare Schleifhärteergebnisse bei Anwendung unterschiedlicher Verfahrensvarianten identifiziert. Versuchsreihen an Praxisbauteilen zeigen darüber hinaus die grundsätzliche Übertragbarkeit der Ergebnisse in die Praxis. Bei Einsatz des Schleifhärtens in der industriellen Praxis sind derzeit, insbesondere bei komplexen Bauteilgeometrien, Vorversuche für eine erfolgreiche Prozessauslegung jedoch noch unerlässlich.Eine wirkungsvolle Möglichkeit zur Reduzierung des Aufwands bei der Auslegung und Optimierung von Schleifhärteprozessen ist die ModelIierung des Schleifhärteprozesses und die numerische Simulation des Arbeitsergebnisses mittels FiniteElemente-Methode (FEM) hinsichtlich des Spannungs- und Gefügezustandes, der Härte und Einhärtungstiefe sowie des Werkstüc...
ISBN 978-3-933762-29-0 Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten war es, den Gr... more ISBN 978-3-933762-29-0 Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten war es, den Größeneffekt der spezifischen Schleifenergie für eine mechanische Randzonenverfestigung infolge plastischer Verformung zu nutzen. Der Nachweis der Machbarkeit für den neuartigen Schleifansatz zur Prozesskombination von abrasiven Materialabtrag und mechanischer Prozesswirkung wurde mit einer Variation von technologischen und werkzeugseitigen Grundlagen geführt. Dadurch konnten die spezifischen Energien und die Spanbildungsmechnismen so eingestellt werden, dass sie eine mechanische Verfestigung beim Schleifen maximieren. Ein Schleifverfahren als einen mechanischen Verschleißprozess zu betrachten, erweist sich als eine geeignete Methode, um das Prozessverhalten von Schleifwerkzeugen zu beschreiben. Dadurch wird ein direkter Rückschluss auf den Spanbildungsmechanismus und somit auf die Randzonenbeeinflussung möglich. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Stellgrößen Schnittgeschwindigkeit...
Mit der im Projekt "Infrared Radiation Thermal Monitored Grinding" (IR-TherMoGrind) im ... more Mit der im Projekt "Infrared Radiation Thermal Monitored Grinding" (IR-TherMoGrind) im Rahmen des Förderprogramms Prolnno II des BMWi entwickelten Schleifscheibe ist es erstmals gelungen, stabile und reproduzierbare Temperaturen während des Schleifprozesses in der Kontaktzone zu messen. Bis dato konnten unter Verwendung von Thermoelementen nur Thermospannungssignale erfasst werden. Für Wissenschaft und Praxis ist die Korrelation der Temperatur im Schleifspalt mit den resultierenden Beeinflussungen der Werkstückrandzone von Bedeutung. Um Temperaturen, bei denen die Randzonenschädigungen einsetzen, in der Praxis gezielt meiden zu können, sollen künftig mit der IR-sensorintegrierten Schleifscheibe Temperaturgrenzen verschiedener Werkstoffe ermittelt werden. In den hier dargestellten Untersuchungen wurden Auswirkungen der thermischen Last auf die Werkstückoberfläche gezielt erzeugt. Zwischen den im Prozess werkzeugseitig gemessenen Temperaturen und deren Einfluss auf die Werks...