• Land: Deutschland
  • Autor(en): Taghi Tawakoli, Amir Daneshi
  • Artikel vom: 10 Juli 2012
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  • Kategorie(n): Abrichtwerkzeuge, WERKZEUG ANWENDUNGEN, Abrichten
  • Auf den Punkt gebracht: Innovative Abrichtrolle optimiert die Abrichtprozesse

    Auf der anderen Seite stehen die während des Abrichtens anfallenden Kosten. Infolgedessen ist ein ständiger Optimierungsprozess durch Ändern der Schleifscheibentopographie sowie ein optimaler Abrichtprozess mit neuer Abrichtkinematik in dieser Hinsicht von grossem Interesse [Tawa06a]. Das Generieren neuer Strukturen auf Schleifscheiben, um einen Prozess mit einem optimalen Spanbildungsmechanismus zu erreichen, ist aktuell ins Interesse gerückt. Die Motivation für diese Forschungen sind geringere Schleifkräfte, die zu niedrigereren Temperaturen in der Schleifkontaktzone führen. Dies ist auf die kleinere Anzahl aktiver Körner zurückzuführen, die am Materialabtragsprozess während des Schleifens mit strukturierten Scheiben teilnehmen [Tawa07, Tawa08a]. Es ist offensichtlich, dass die Form der Struktur einen massgeblichen Einfluss auf die Effektivität dieser Scheiben hat. Obwohl Forscher einige Untersuchungen durchgeführt haben, die strukturierten Schleifscheiben anzuwenden, wurde bisher keine praktisch relevante Methode eingeführt, um die Strukturen während des Schleifens auf der Schleifscheibe zu erzeugen. Eine neue Abrichtmethode über welche die gewünschte Struktur während des Schleifprozesses auf der Schleifscheibe erzeugt werden kann, wird in diesem Artikel vorgestellt.

    Die Anwendung neuer Abrichtprozesse und Werkzeugkonzepte, die speziell die hohen Kosten der Beschaffung teurer Diamantrollen beinhalten, ist eine der Forschungsprioritäten für die Prozessverbesserung in der Schleiftechnologie [Tawa07, Tawa08a]. Profil- und Formrollen sind zwei Formen von Abrichtwerkzeugen, die derzeit hauptsächlich für die Präzisionsproduktion in der Industrie verwendet werden. Beide Typen haben ihre Vor- und Nachteile, die es Wert sind, in die neuen Abrichtentwicklungen und -optimierungen integriert zu werden. Das innovative Abrichten mit „T-Dress“ ist ein neu entwickeltes Abrichtwerkzeug, das die Vorteile sowohl von Profilrollen, als auch Formrollen nutzt, da es einen relativ schnellen Abrichtprozess mit niedrigeren Abrichtkräften und Temperaturen, aufgrund des Punktkontaktes, erlaubt. In dieser Arbeit wird ein neues innovatives Abrichtkonzept, T-Dress, vorgestellt, das neben dem gewünschten Profil auch Strukturen auf der Schleifscheibenoberfläche erzeugt. Wegen des besonderen Eingriffkonzeptes wird die Kinematik der Strukturierung beschrieben. Anschließend werden die Effekte der Strukturen, die mit dem „T-Dress“ generiert wurden auf die Schleifkräfte und die Werkstückrauheit gezeigt. Es ist hervorzuheben, dass diese Untersuchung als eine frühe Studie angesehen werden kann, um das große Potential der neuen Abrichtmethode durch Strukturieren mit TDress aufzuzeigen.

    Kinematik beim Abrichten mit T-Dress

    Das T-Dress ist ein rotierendes Abrichtwerkzeug, wobei im Gegensatz zu den konventionellen Profilrollen der Kontakt zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifscheibe, nicht auf einer Linie, sondern in der Theorie nur an einem Punkt stattfindet. Die Abrichtkräfte, die resultierende Deformation und die thermischen Entwicklungen sind deshalb bei der T-Dress-Rolle geringer, als bei den konventionellen Profilrollen. Darüber hinaus sind die Produktionskosten dieses Werkzeugs aufgrund der deutlich geringeren Anzahl Diamanten niedriger als die Kosten für die Herstellung einer vollen Profilrolle.

    Abb. 1 zeigt die Basisstruktur des neuen T-Dress-Abrichtwerkzeugs. Das Grundkonzept des neuen Abrichtwerkzeugs mit Punktkontakt basiert auf einen metallischen Abrichtkörper (1 in Abb. 1), auf den ein oder mehrere abrasive Diamantsegmente (2 in Abb. 1) mit einer definierten Form abgesetzt sind. Das befähigt den Abrichter, neben der Profilierung, die gewünschte Struktur auf die Schleifscheibe aufzubringen.

    Aufgrund des speziellen Winkels zwischen dem abrasiven Profilsegment und der Achse der Abrichtrolle beginnt die Berührung der abrasiven Diamanten und der Schleifscheibenoberfläche an einem Punkt. Dieser wird bei weiterer Rotation der Schleifscheibe und des Abrichters in axialer Richtung (Richtung der Scheibenbreite) von einer Seite auf die andere Seite des Schleifbelags verschoben. Der Versatzabstand hängt vom Abrichtgeschwindigkeitsverhältnis qd (νsd /νs) ab. Der Punktkontakt während des Abrichtens führt zu einem Abrichtprozess mit extrem niedrigen Kräften und Verformungen. Die auf das T-Dress aufgebrachten abrasiven Segmente werden auf die Scheibenoberfläche übertragen, jedoch mit einem unterschiedlichen Winkel, der von der Abrichtgeschwindigkeitsverhältnis qd abhängt. Aufgrunddessen können durch Verwendung des T-Dress Strukturen mit verschiedenen Formen auf der Schleifscheibe aufgebracht werden (Abb. 2).

    Zusätzlich zum Punktkontakt besteht ein weiterer Vorteil des T-Dress in der größeren Länge des schrägen Profilbelags im Vergleich zum realen Werkstück- und/oder Schleifscheibenprofil. Das Schleifen eines V-Profils mit steilen Flanken ist möglicherweise ein gutes Beispiel, um diesen Vorteil zu zeigen. Der Abrichtkörper (1 in Abb. 1) besitzt das selbe Profil, während das Profil der abtragenden Diamantsegmente (2 in Abb. 1) in einem bestimmten Winkel (z.B. 30° relativ zur Rollenachse) eine größere Länge (z.B. doppelt so lang, wie die Breite der Abrichtrolle bzw. der abgerichteten Schleifscheibe) besitzen. Deshalb wird der Abstand zwischen den Flanken des V-förmigen Profils zweimal größer, als der des aktuellen Profils. Auch die Radien des Vförmigen Profils sind zweimal gößer, als die des aktuellen Profils. Das bewirkt, dass die Abnutzung der Profile in den scharfen Ecken geringer ist, als bei herkömmlichen Profilrollen.

    Eine Variation des T-Dress ist ein Abrichtkörper, der von einer bestimmten Anzahl linearer abrasiver Diamantensegmente besteht, die in CVD-Technik hergestellt werden können (Abb. 3a). Es handelt sich hierbei um den Abrichter, der in dieser Arbeit eingesetzt wurde, ein Abrichter mit linearen Diamantsegmenten, die in CVDTechnik aufgebracht wurden. Für die Untersuchungen wurden drei Abrichtwerkzeuge mit gleichen Profilformen konzipiert und hergestellt. In Abb. 3 werden zwei T-Dress-Rollen, einmal mit CVD-Belag (a) und einmal mit galvanischer Belegung (b) gezeigt. Für vergleichende Untersuchungen wurde eine konventionelle Rolle mit Vollbelegung hergestellt (c).

    Eine T-Dress-Rolle ist rechts in Abb. 4 schematisch dargestellt. Die rotierende Abrichtrolle bewegt sich mit der Geschwindigkeit νftd in „X“-Richtung über den Maschinentisch unter der Schleifscheibe, während die Schleifscheibe mit einer bestimmten Geschwindigkeit νs rotiert. Das System ist so eingerichtet, dass in der Tiefe von αed abgerichtet wird. Wie links in Abb. 5 dargestellt, berührt das abrasive Segment die Schleifscheibenoberfläche entlang der Bogenlänge Ld. Der Eingriff beginnt an Punkt A und endet an Punkt B. Folglich ist die Position der Schleifscheibenoberfläche und der Oberfläche des T-Dress Profilrolle im X-Y-Koordinatensystem durch die entsprechenden Gleichungen 1 und 2 definiert. wobei rs und rd die jeweiligen Schleifscheiben- und T-Dress Radien sind. Die Kontaktpunkte der Gleichungen 1 und 2 geben die Startposition (Punkt A links in Abb. 4) und die Endposition (B links im Abb. 4) des Eingriffs des T-Dress-Diamantsegments und der Schleifscheibenoberfläche an. Aus den Funktionen 1 und 2 folgt: x und y sind die Koordinaten des Punktes A (Abb. 5) und Länge c ist der Abstand zwischen der Schleifscheiben- und der T-Dress Abrichtrollenachse. Er wird über folgende Formel berechnet (5): c= rs +rd - aed – Die Bogenlänge Ld in Abb.5, länge x und der zentralen Winkel 2 Durchmesser (links in Abb. 4) ergeben die folgende Gleichungen: (siehe PDF Dokument zum downloaden)

    Der Parameter Ld gibt die Länge an, die ein Diamantsegment der T-Dress-Abrichtrolle während der Abrichtoperation passiert, ohne seine Segmentbreite wd zu berücksichtigen. Der Vorschub der T-Dress-Abrichtrolle νftd ist, aufgrund seines extrem kleinen Wertes im Verhältnis zu der Schleifscheiben- und der TDress- Umfangsgeschwindigkeit (z.B. νs und νsd), nicht in der Berechnung berücksichtigt. Unter Berücksichtigung sowohl der Segmentbreite des Diamantsegmentes wd, als auch des Abrichtgeschwindigkeitsverhältnisses qd , wird die Breite der Schleifscheibenoberfläche, die durch ein einzelnes Diamantsegment Ls (Abb. 6) abgerichtet wird, auf der Basis folgenden Ansatzes berechnet:

    Ein einzelnes Diamantsegment der T-Dress-Abrichtrolle beginnt den Eingriff auf der Scheibenoberfläche wenn es P.1 erreicht (siehe Abb. 5). An diesem Punkt werden die Körner an der linken Kante des Diamantsegments entfernt. Der Eingriffsstatus zwischen der Schleifscheibe und dem Diamantsegment unterscheidet sich beim Gleichlauf- und Gegenlauf-Abrichten, wenn der Eingriff durch weitere Rotationen der Schleifscheibe und der T-Dress-Abrichtrolle fertig gestellt wird, wobei das Diamantsegment sich von P.1 bis P.4 bewegt. Von P.1 bis P.2 kommt die gesamte Breite des Diamantsegments in Kontakt, in P.3 erreicht das Diamantsegment die maximale Eingriffstiefe, z.B. αed. P.4 ist die Position des Diamantsegments, bei der es die Schleifscheibe verlässt. Beim Gegenlaufabrichten bewegt sich während der Rotation von P.1 zu P.2 der Schneidpunkt des Diamantsegments, der das Profil auf der äußeren Schleifscheibenoberfläche (auf dem Schleifscheibenumfang) erzeugt, kontinuierlich von der linken zur rechten Kante des Segments, während dieser Schneidpunkt sich beim Gegenlaufabrichten nicht bewegt und an der linken Schneidkante verbleibt. Von P.2 bis P.3 tragen beim Gegenlaufabrichten beide Kanten Material ab. Dahingegen bildet die rechte Kante die Form der Schleifscheibenoberfläche. Andererseits entfernt die linke Kante die Schleifscheibenkörner von P.2 bis P.3. Während das Segment sich von P.3 bis P.4 bewegt, kommt beim Gegenlaufabrichten die rechte Kante in Kontakt und die äußere Oberfläche wird auf Basis des Weges der linken Kante erzeugt. Beim Gleichlaufabrichten schneidet von P.3 bis P.4 lediglich die rechte Kante die Schleifscheibenkörner.

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