Parameteranalyse des Bandschleifprozesses durch kinematische Simulation

Abstract

Der Schleifprozess ist ein Fertigungsverfahren, welches bereits sehr lange angewendet wird. Haupanwendungsgebiet ist dabei die Verbesserung von Oberflächen, wobei auch präzise Formtoleranzen eingehalten werden können. Diese Anforderungen werden auch an den in dieser Arbeit betrachteten Bandschleifprozess gestellt. Als Referenz dient ein Fertigungsprozess der Berndorf Band GmbH, welcher als Werkstück ein Endlosstahlband bearbeitet und daher eine Stelle auch mehrmals überschliffen wird.Dieser Prozess soll in der vorliegenden Arbeit untersucht und eine kinematische Simulation entwickelt werden. Dazu ist es nötig zuerst die Einflussparameter zu identifizieren. Diese können jedoch nicht alle direkt in die Simulation implementiert werden, da die Komplexität des Schleifprozesses, durch seinen stochastischen Charakter, zu hoch ist. Daher müssen die Wirkmechanismen verstanden werden, um die wichtigsten Prozessparameter zu identifizieren. Auf dieser Basis wird eine Literaturrecherche zu bereits vorhandenen kinematischen Simulationen durchgeführt und die verwendeten Methoden zusammengefasst und analysiert. Dadurch ist es möglich, jene Methoden zu identifizieren, welche für die Simulation des betrachteten Bandschleifprozesses am besten geeignet sind. Um die gewählten Prozessparameter bestimmen zu können, werden Messungen am realen Bandschleifprozess durchgeführt. Diese Messungen dienen auch der Verifizierung von späteren Simulationsergebnissen.Die implementierte Simulation basiert grundlegend auf der Repräsentation einer generierten Schleifbandoberfläche durch ein Gitter an Punkten. Dafür wird auf stochastische Methoden zur Erzeugung von Zufallsoberflächen zurückgegriffen. Jedem Punkt wird anschließend eine Bewegungsbahn zugeordnet und die Schnittmenge aus der Werkstückoberfläche entfernt. Zusätzlich werden das elastische Rückweichen von Einzelkörnern sowie die plastische Verdrängung vom Werkstückmaterial zu den Kornseiten hin modelliert. Bei Untersuchungen mit dieser Simulation kann erkannt werden, dass das Zustellverhalten den größten Einfluss auf das Rauheitsergebnis aufweist. Das elastische Verhalten sowie die Verdrängung haben auch eine eindeutige Wirkung, wobei kurzfristige Effekte nicht eindeutig erklärt werden können und stark von gewählten Filterparametern abhängig sind. Eine Reproduktion des realen Verhaltens mit der entwickelten Simulation ist jedoch möglich, weshalb das gewählte Vorgehen als geeignet angesehen werden kann.

The grinding process is a manufacturing method which has been used for a long time. The main application is the improvement of technical surfaces, while it is also possible to reach tight shape tolerances. Exactly these requirements are also required for the analysed belt grinding process. As a reference a grinding process of the Berndorf Band GmbH is used. The workpiece of that process is a continuous steel band, so there are lots of grinding passes over the surface until the process is finished.The goal of this thesis is to analyse this process and develop a kinematic simulation. To do this, it is necessary to identify all parameters which influence the grinding process. However, not all these parameters can be directly implemented into the simulation, because the interaction between the grinding belt and the workpiece is too complex, due to the stochastic characteristics of the process. Therefore, the grinding mechanisms must be understood, to be able to select the most important process parameters. On this basis, the literature is searched for existing kinematic simulations and the methods used. With this overview it is then possible to identify the methods which are best suited for the simulation of the analysed belt grinding process. To be able to determine the values of the selected parameters, measurements on the real process are carried out. These measurements are also the basis for the verification of later simulation results.The basis for the implemented simulation is the representation of the grinding belt surface by a grid of points. This surface must be generated based on measurements and for that, stochastic methods to generate random surfaces are used. Each point then gets assigned a trajectory and the intersection is removed from the workpiece material. Additionally, the elastic retraction of each cutting grain and the plastic displacement of material towards the grain sides are modelled. Investigations with this simulation show that the feed of the grinding belt to the workpiece shows the greatest influence on the simulated roughness. The elastic behaviour and the displacement of material also show a clear effect, although short-term effects cannot be clearly explained, and they also strongly depend on selected filter parameters. However, it is possible to reproduce the grinding behaviour with the developed simulation and therefore the used methods and implementations can be considered suitable for such a simulation.