Am IFW wurde mithilfe der Diskreten Elemente Methode seit 2018 erfolgreich ein numerischer Ansatz zur Optimierung der Mischzeit in der Schleifwerkzeugherstellung entwickelt. Dieser dient zugleich der Analyse der Partikelinteraktion, Partikelverteilung und Mischkinematik. Berücksichtigt werden über Analogieversuche parametrisierte Reib- und Stoßeffekte. Abstandsbasierte Durchmischungskriterien quantifizieren die Durchmischung in Abhängigkeit der Prozessstellgrößen, um die Wirtschaftlichkeit des Prozesses zu steigern und die Qualitätsstandards sicherzustellen. Über die Einbindung der Simulation in das Prozesskettenmodell wurden experimentell validierte Wechselwirkungen identifiziert.

Seit 2018 befasst sich das IFW intensiv mit der numerischen Simulation der Herstellung von metallisch gebundenen Schleifwerkzeugen. Im ersten Prozessschritt des Mischens erzeugt ein Schüttelmischer aus den Rohstoffen Diamant und Bronze eine homogene Partikelverteilung. Die Modellierung der Mischkinematik, der Partikelgestalt und des Partikelkontaktes erfolgt über die Diskrete Elemente Methode.

Um die Gleit- und Rollbewegungen abzubilden, mussten zunächst Parametrisierungen wichtiger Kenngrößen wie dem Reibkoeffizienten und der Stoßzahl der beteiligten Stoffe erfolgen. Die Bestimmung der Reibkoeffizienten wurde erfolgreich mit einem Tribometer durchgeführt und die Stoßzahl wurde im Pendelversuch ermittelt. Die abstandsbasierte und konzentrationsbasierte Analyse der Durchmischung in Abhängigkeit der Prozessstellgrößen wird über eigens entwickelte Durchmischungskriterien realisiert. Dies stellt die homogene Partikelverteilung sicher, die für ein konstantes Rauheitsprofil des mit dem Schleifwerkzeug bearbeiteten Werkstück essenziell ist.

Notwendige Mischzeiten werden aktuell simulationsbasiert in Abhängigkeit der Korngröße, Kornkonzentration und Mischgeschwindigkeit untersucht, um die Zahl der empirischen Versuche zu reduzieren. Daher steigert die wissensbasierte kosteneffiziente Auslegung die Wirtschaftlichkeit und Beobachtbarkeit des Mischprozesses.

Das Simulationsmodell ist bereits in der Herstellungskette, bestehend aus den Schritten Mischen, Einformen, Kaltpressen und Heißpressen, integriert. Über das Prozesskettenmodell wurden bereits Wechselwirkungen identifiziert, die mit der hauseigenen Labortechnik validiert werden.

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Für weitere Informationen steht Ihnen Mateus Kostka, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, unter Telefon +49 511 762 18357 oder per E-Mail unter [email protected] gern zur Verfügung.