In der Antriebstechnik sind einsatzgehärtete Stähle weit verbreitet. Oftmals werden durch die Schleifbearbeitung am Ende der Prozesskette Werkstücke mit hoher Maß- und Formgenauigkeit und qualitativ hochwertigen Oberflächen erzeugt. Neben geometrischen Kenngrößen werden durch die thermomechanische Beanspruchung beim Schleifen auch die Randzonen- und damit die Funktionseigenschaften des anschließend fertigen Bauteils maßgeblich bestimmt. Zur stichprobenartigen Überprüfung der Randzoneneigenschaften wird häufig auf zerstörende Messverfahren zurückgegriffen. Zerstörungsfreie Verfahren sind schon seit einigen Jahren Forschungsgegenstand. Die Barkhausenrauschanalyse als mikromagnetisches Messverfahren besitzt das Potential die Randzone mit Hilfe mikromagnetischer Kenngrößen zerstörungsfrei zu beschreiben. Durch gegenläufige Effekte, die durch die verschiedenen mikromagnetischen Eigenschaften der unterschiedlichen Randzoneneigenschaften hervorgerufen werden, verhindern oftmals Mehrdeutigkeiten der quantitativ ermittelten mikromagnetischen Kennwerte eindeutige Aussagen. Daher wird in dieser Arbeit die kombinierte Betrachtung einer mikromagnetischen Kenngröße und des Wissens aus dem Schleifprozess vorgenommen. Das Schleifprozesswissen ist dabei in analytisch-empirischen Prozessmodellen enthalten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher das Aufzeigen des Potentials der Kombination aus mikromagnetischer Kenngröße und analytisch-empirischem Prozessmodell zur zerstörungsfreien Identifikation thermischer Prozessgrenzen (Schleifbrand). Darauf aufbauend wird eine In-Prozess-Überwachung, also eine In-Prozess-Charakterisierung des Randzonenzustands zur Vermeidung von kritischen Anlasszonen und kritischen Eigenspannungsverlagerungen in der Randzone einsatzgehärteter Werkstücke erarbeitet.
Aktualisiert: 2022-06-09
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In der vorliegenden Dissertation wird die Charakterisierung schleiftechnisch generierter, thermo-mechanischer Randzonenbeeinflussungen mithilfe des mikromagnetischen Barkhausenrauschens detailliert untersucht. Dazu werden werkstoffspezifische Einflussgrößen aus der Wärmebehandlung und prozessseitige Einflussfaktoren durch eine Schleifbearbeitung sowie ihre Wechselwirkungen untereinander analysiert. Ausgehend von dem Stand der Technik und der wissenschaftlichen Kenntnisse werden drei Arbeitshypothesen definiert und im Verlauf dieser Arbeit umfassend evaluiert.
Es wird gezeigt, dass unterschiedliche Werkstoffzustände durch eine Überlagerung des spezifischen Randzonenausgangszustands aus der Wärmebehandlung mit der Randzonenbeeinflussung während der Schleifbearbeitung in unterschiedlichen Signalhöhen des Barkhausenrauschens resultieren. Demnach ergeben sich in Abhängigkeit des Werkstoffzustands individuelle Grenzwerte für eine Klassifizierung thermo-mechanischer Randzonenbeeinflussungen unterschiedlicher Intensität. Die Untersuchungen veranschaulichen zudem, dass eine mehrstufige Prozessführung aus kombinierter Schrupp- und Schlichtbearbeitung zu unterschiedlichen Signalen gegenüber einer reinen Schruppbearbeitung führen kann, sofern auch nach der Schlichtbearbeitung noch Anlasszonen in der Randzone vorliegen. Abschließend wird gezeigt, dass sich unter Variation der Analysierfrequenz in Abhängigkeit des Randzonenzustands eine individuelle Charakteristik im Verlauf des Barkhausenrauschens ergibt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird eine Strategie zur Klassifizierung des Randzonenzustands geschliffener Bauteile entwickelt.
Aktualisiert: 2021-04-01
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Die Dissertation befasst sich mit der Aufstellung einer thermomechanischen Prozessgrenze für Schleifprozesse, welche auf Grundlagen der Werkstoffphysik beruht. Die thermomechanische Prozessgrenze wird zuerst theoretisch abgeleitet und nachfolgend mithilfe von Schleifexperimenten validiert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Anwendung der thermomechanischen Prozessgrenze für die häufigsten Verzahnungsschleifprozesse, das diskontinuierliche Profilschleifen sowie das kontinuierliche Wälzschleifen.
Aktualisiert: 2021-04-01
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Bei der Herstellung von Produkten führt grundsätzlich jeder Bearbeitungsschritt zu einer Veränderung nicht nur der Geometrie, sondern auch der Bauteileigenschaften. Veränderungen, die einmal ins Bauteil eingebracht worden sind, wirken sich entlang der folgenden Fertigungskette auf die Bearbeitung aus und beeinflussen letztlich auch das Bauteilverhalten im Einsatz. Aus der Problemlage, dass sich einzelne Fertigungsprozesse entlang der Herstellungskette gegenseitig beeinflussen, ergibt sich der Bedarf, neben den einzelnen Prozessschritten auch Wechselwirkungen zu erkennen und sicher zu beherrschen.
Beim diskontinuierlichen Zahnflankenprofilschleifen kann es zu einer unzulässigen thermischen Veränderung der Bauteilrandzone kommen, die häufig auch als Schleifbrand bezeichnet wird. Ein wesentlicher Grund für die Entstehung einer unzulässigen thermischen Veränderung der Bauteilrandzone ist eine ungeeignete Prozessführung. Darüber hinaus gibt es weitere Faktoren, die aus den vorgelagerten Prozessschritten abzuleiten sind. Eine wesentliche Einflussgröße ist hierbei die Wärmebehandlung durch Einsatzhärten, bei der es zu größeren Härteverzügen und zu einer ungewollten Veränderung der zu schleifenden Bauteilrandzone kommen kann.
Im Rahmen dieser Arbeit werden im ersten Schritt Möglichkeiten zur Auslegung eines geeigneten Prozesses aufgezeigt und anschließend die Einflüsse aus der Wärmebehandlung auf den Prozess untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die beim Einsatzhärten durch Gasaufkohlen auftretende Randoxidation den nachfolgenden Schleifprozess negativ beeinflusst. Für das Profilschleifen werden Maßnahmen vorgestellt, wie diesen Effekten begegnet werden kann.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Das kontinuierliche Wälzschleifen ist eines der produktivsten Verfahren zur Feinbearbeitung von Stirnradverzahnungen. Trotz des weitreichenden industriellen Einsatzes liegen bisher nur begrenzt wissenschaftliche Kenntnisse über das Verfahren vor. Eine Herausforderung stellt die Prozessauslegung dar, die häufig auf Erfahrungswissen des Anwenders basiert. Im Rahmen der Arbeit werden Wirkzusammenhänge aufgezeigt. Der Fokus liegt auf der Vorhersage von Gefügebeeinflussungen der Bauteilrandzone.
Aktualisiert: 2021-07-10
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