Universität Stuttgart
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Item Open Access Modeling and optimization of turning duplex stainless steels(2015) Ali, Rastee Dalshad; Heisel, Uwe (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. h. c. mult. Dr. h. c. mult.)In the present dissertation, machining investigations into duplex stainless steels are performed under different and systematically well-structured modeling and optimization frameworks. Focusing on the main objective of finding optimum machining process parameters and com-prehensively applying the statistical design of experiments to design the experiments, the study tackles the challenge of integrating modeling and optimization algorithms using six different approaches. Firstly, sets of non-dominated optimal solutions are obtained during cutting standard EN 1.4462 and super EN 1.4410 duplex grades employing statistical regres-sion and Multi-Objective Bat Algorithm. Secondly, fuzzy implication rules are used to derive a universal characteristics index to simultaneously eliminate the discrepancy among the rank-ing system of four multiple attribute decision-making methods and define the optimum cut-ting condition during the facing of austenitic EN 1.4404, duplex EN 1.4462 and 1.4410 stain-less steels at constant cutting speeds. Thirdly, the Taguchi-VIKOR-Meta-heuristic concept is proposed and applied to the mono- and multi-objective optimization of austenitic and duplex stainless steels. Fourthly, a novel approach based on the fuzzy set theory is applied to optimize the multiple surface quality characteristics of austenitic and duplex stainless steels. Fifthly, the multi-pass facing of duplex stainless steels at constant cutting speeds is sustainably optimized using the hybridization of statistical and computation modeling as well as optimization techniques. A new sustainability index is defined and a novel Cuckoo Search for neural network system algorithms is employed for the modeling and optimization. Lastly, the finite element simulation of turning duplex stainless steels is performed, and a novel procedure of the inverse identification of the input parameters is proposed. Statistical and computational optimization techniques are employed to minimize the percentage difference between experimental and numerical results. The study also covers the hypothetical application of finite element simulations in defining the optimum criteria during cutting duplex stainless steels.Item Open Access Neue Systematik mit erweiterten Definitionen der Bezüge und Tolerierungen für Geometrieelemente(Stuttgart : Institut für Werkzeugmaschinen, 2019) Yan, Yiqing; Heisel, Uwe (Prof. i. R. Dr.-Ing. Prof. h. c. mult. Dr. h. c. mult.)Die ISO Geometrische Produktspezifikation (GPS) ist ein internationaler Standard für Bemaßungen, Spezifikationen und die Verifikation von Geometrieelementen. Die ISO GPS Normung besitzt 143 einzelne Normungen, wovon zwei zu den wichtigsten gehören: DIN EN ISO 5459 Bezüge und Bezugssysteme und DIN EN ISO 1101 Tolerierung von Form, Richtung, Ort und Lauf. In den beiden Normen fehlt jeweils eine grundsätzliche logische und in sich konsistente Systematik, um die vollständigen Definitionen der Bezüge und Toleranzsymbole für alle Geometrieelemente zu erstellen. Schwerpunkt der ISO ist der klassische Maschinenbau mit Regel-Geometrien. Freiformgeometrien werden in ISO nicht explizit berücksichtigt. Von daher existieren Definitionslücken, Defizite und Widersprüche zwischen und innerhalb der ISO GPS Normen. Dies führ zu Missverständnissen, Interpretationsspielräumen und Irreproduzierbarkeit der Definitionen von Bezügen und Tolerierungen an Geometrieelementen in Theorie und Praxis. Diese Arbeit fokussiert sich auf die Entwicklung einer vollständigen Systematik zur Ergänzung und Erweiterung der Definitionen von Bezügen und Tolerierungen für alle Geometrieelemente in allen Industriebereichen, indem die Herkunft und das physikalische Verhalten der Bezugsgeometrieelemente und der tolerierten Geometrieelemente analysiert werden. Die Analysemethode ist komplett neu im Vergleich zu den ISO GPS Denkmodell. Als Ergebnis wurde eine vollständige Systematik mit erweiterten Definitionen der Bezüge und Tolerierungen für alle Geometrieelemente auf Basis der wichtigsten ISO GPS Normen (DIN EN ISO 5459, 1101, 1660 und 5458) entwickelt. Die entwickelte Systematik kann nicht nur für den klassischen Maschinenbaubereich, sondern auch in Industrien verwendet werden, welche mit Freiformgeometrien arbeiten. Sie bietet nicht nur theoretisch, sondern auch praxisorientierte Definitionen und Beispiele zu Bezügen und Tolerierungen an. Zwei von den entwickelten Vorschlägen in dieser Arbeit wurden bereits in den ISO/DIS 5459:2017 Entwurf aufgenommen.Item Open Access Standwegverlängerung durch gezielte Änderung der Mikrogeometrie an Diamantwerkzeugen für die Holz- und Holzwerkstoffbearbeitung(2008) Enßle, Magnus; Heisel, Uwe (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Dem Ausbrechen von Diamantpartikeln an der PKD-Schneide durch Einschlüsse in Holzwerkstoffen kann durch Anbringen einer speziellen Mikrogeometrie an der Schneide entgegengewirkt werden. Durch sie wird die Schneidenschartigkeit verringert und somit die Ober-flächenqualität verbessert. Weitgehend unbekannt sind die notwendigen Mikrofreiwinkel und die Fasenbreiten, welche eine bestmögliche Bearbeitungsqualität bei gleichzeitiger Steigerung des Standweges ermöglichen. Dabei ist die exakte Fertigung kleinster Fasen unter 100 µm Breite nicht trivial. Neue, noch in der Entwicklung befindliche Laserverfahren können hier Abhilfe schaffen. In dieser Arbeit konnten Werkzeuge entwickelt werden, deren Stabilität gegen Schneidenausbruch im Vergleich zu den Standard-PKD-Messern um ein Vielfaches verbessert wurde. Eine deutliche Reduzierung der Schartigkeit führt zu deutlich besseren Oberflächen. Bei der Bearbeitung von (Weich-)Holz sind schlanke Schneidkeile und Spanwinkel im Bereich zwischen 20° und 25° erforderlich. Der Einsatz von CVD-diamantbeschichteten Hartmetallmessern kam aufgrund der Schneidenverrundung durch die Beschichtung ohne ein an-schließendes Schärfen der Schneide für die Holzbearbeitung nicht in Frage. Eine verrundete Schneide führt zur Zelldeformation des empfindlichen Werkstoffes. Ein neu entwickeltes Plasmaschärfverfahren ermöglicht das Fertigen scharfer Schneiden. Der unterbrochene Schnitt, die Inhomogenitäten im Holz (z.B. Äste) sowie Sandeinschlüsse im Holz beanspru-chen die wenig duktile Diamantschicht und führen zu Materialabplatzern an der Schneidkan-te. Optimale Randbedingungen hinsichtlich Substratvorbehandlung, Schichtdicke und Schneidkantenradius der zu beschichtenden Hartmetallmesser wurden für die Holzbearbeitung neu entwickelt.