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Contact between abrasive media and workpiece in robot-guided centrifugal finishing = Kontakt zwischen Schleifkörper und Werkstück im robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen
2023
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-12-08
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-02812
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/953931/files/953931.pdf
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren (417410)
- Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen (417200)
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
robot-guided centrifugal finishing (frei) ; robotergeführte Fliehkraftgleitschleifen (frei) ; SCHLTF100 (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Das robotergeführte Fliehkraftgleitschleifen eignet sich für die Bearbeitung von komplexen Flächen und Geometrien, wie z. B. bei Triebwerksschaufeln. Im Vergleich zu anderen bereits etablierten Gleitschleifverfahren weist das robotergeführte Fliehkraftgleitschleifen eine deutlich geringere Prozesszeit auf. Zusätzlich wird dem robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen ein großes Potenzial zur Einbringung oberflächennaher Druckeigenspannungen in das Werkstück zugeschrieben. Dadurch können konventionelle Prozesse wie das Kugelstrahlen, die ebenfalls zur Einbringung von oberflächennahen Druckeigenspannungen dienen, substituiert werden. Der Nachteil stellt jedoch der hohe zeitliche und finanzielle Aufwand für die Prozessauslegung dar. Dies liegt darin, dass der Kontakt zwischen den am Prozess beteiligten Wirkpartnern, Schleifkörper und Werkstück nicht ausreichend wissenschaftlich erforscht ist. Dadurch ist eine wissensbasierte Prozessauslegung nicht möglich. Gegenstand dieser Dissertation ist daher die Erklärung der Oberflächenintegrität in Abhängigkeit von den Prozesszustandsgrößen zwischen Schleifkörper und Werkstück beim robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen. Die Vorgehensweise unterteilt sich in drei Hauptschritte. Im ersten Hauptschritt wurde der Kontakt zwischen Schleifkörper und Werkstück untersucht. Dazu wurden empirischen Untersuchungen des Kontakts zwischen Schleifkörper und Werkstück im robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen durchgeführt. Zusätzlich wurde mithilfe der Diskrete-Elemente-Methode der Kontaktprozess zwischen Schleifkörper und Werkstück analysiert. Der zweite Hauptschritt diente zur Untersuchung der Reibung und der Zerspanungsmechanismen. Dazu wurden zuerst empirische Reibuntersuchungen mit einem entwickelten Tribometer durchgeführt. Anschließend erfolgten empirische Untersuchungen der Zerspanungsmechanismen im robotergeführten Fliehkraftgleitschleifen. Innerhalb des dritten Hauptschritts wurde die resultierende Oberflächenintegrität untersucht. Dazu wurden empirische Untersuchungen des robotergeführten Fliehkraftgleitschleifens mit Werkstücken, die unterschiedlich vorbearbeitet wurden, durchgeführt. Abschließend wurden die Erkenntnisse in einem Erklärungsmodell zusammengeführt, das auf Basis von den Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen zwischen den Prozesseingangsgrößen und den Kontaktparametern und von den Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen zwischen den Prozesszustandsgrößen und den Prozessergebnisgrößen entwickelt wurde.Robot-guided centrifugal finishing is a new manufacturing technology that is suitable for machining complex surfaces and geometries, such as engine blades. Compared with other established mass finishing processes, robot-guided centrifugal finishing has a significantly shorter process time. In addition, robot-guided centrifugal finishing is considered to have great potential for inducing residual compressive stresses close to the surface of the workpiece. This means that conventional processes such as shot peening, which are also used to induce residual compressive stresses close to the surface, can be substituted. The disadvantage, however, is the time- and cost-intensive process design. This is due to the fact that the contact between abrasive media and the workpiece, has not been sufficiently scientifically researched. Thus, a knowledge-based process design is not possible. The subject of this dissertation is the explanation of the surface integrity as a function of the process state variables between abrasive media and the workpiece during robot-guided centrifugal finishing. The approach is divided into three main steps. In the first main step, the contact between abrasive media and the workpiece was investigated. For this purpose, empirical investigations of the contact between abrasive media and the workpiece in robot-guided centrifugal finishing were carried out. In addition, the contact process between abrasive media and the workpiece was analyzed using the discrete element method. The second main step served to investigate friction and material removal mechanisms. First, empirical friction tests were carried out using a developed tribometer. Subsequently, empirical investigations of the material removal mechanisms in robot-guided centrifugal finishing were carried out. Within the third main step, the resulting surface integrity was investigated. For this purpose, empirical investigations of robot-guided centrifugal finishing were carried out with workpieces that had been pre-machined by different manufacturing technologies. Finally, the findings were combined in an explanatory model, which was developed on the basis of the cause-and-effect relationships between the process input variables and the contact parameters and of the cause-and-effect relationships between the process state variables and the process result variables.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021835528
Interne Identnummern
RWTH-2023-02812
Datensatz-ID: 953931
Beteiligte Länder
Germany
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