Universität Stuttgart
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Item Open Access Beurteilung von Oberflächen durch Prozeßsimulation(1992) Heisel, Uwe; Fischer, Andreas; Maier, VolkerDie Oberflächenqualität wird durch das dynamische Verhalten der Maschine beim Umfangsplanfräsen wesentlich beeinflußt. Beim Fräsvorgang entstehen durch den Zahneingriff auf der Werkstückoberfläche Zykloidenbewegungen in Form von spitzen Wellenbergen und runden Wellentälern. Zur Beurteilung von Oberflächen wurde ein Softwarepaket entwickelt, mit dem sowohl der kinematisch reine Prozeß als auch der durch das dynamische Verhalten der Maschine gestörte Prozeß, dargestellt werden kann. Durch Definition einer Kennzahl für die Ungleichmäßigkeit der Rillenabfolge können mit diesem Instrumentarium verschiedene Prozesse bzw. deren Störungen in ihrer Auswirkung auf die Oberflächenqualität verglichen werden. Am Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart werden mit Betriebsschwingungs- und Modalanalysen, Konstruktionsänderungen auch im Hinblick auf Oberflächenqualität in der Holzbearbeitung durchgeführt. In einer dreiteiligen Serie zur Oberflächenqualität beim Umfangsplanfräsen werden die Möglichkeiten beschrieben, die aus der Auswertung von Oberflächenprofilen zur Maschinenoptimierung entstehen.Item Open Access Numerical modeling of cutting characteristics during short hole drilling : modeling of kinetic characteristics(2023) Storchak, Michael; Stehle, Thomas; Möhring, Hans-ChristianAnalyzing the cutting process characteristics opens up significant opportunities to improve various material machining processes. Numerical modeling is a well-established, powerful technique for determining various characteristics of cutting processes. The developed spatial finite element model of short hole drilling is used to determine the kinetic characteristics of the machining process, in particular, the components of cutting force and cutting power. To determine the component model parameters for the numerical model of drilling, the constitutive equation parameters, and the parameters of the contact interaction between the drill and the machined material on the example of AISI 1045 steel machining, the orthogonal cutting process was used. These parameters are determined using the inverse method. The DOE (Design of Experiment) sensitivity analysis was applied as a procedure for determining the component models parameters, which is realized by multiple simulations using the developed spatial FEM model of orthogonal cutting and the subsequent determination of generalized values of the required parameters by finding the intersection of the individual value sets of these parameters. The target values for the DOE analysis were experimentally determined kinetic characteristics of the orthogonal cutting process. The constitutive equation and contact interaction parameters were used to simulate the short hole drilling process. The comparison of experimentally determined and simulated values of the kinetic characteristics of the drilling process for a significant range of cutting speed and drill feed changes has established their satisfactory coincidence. The simulated value deviation from the corresponding measured characteristics in the whole range of cutting speed and drill feed variation did not exceed 23%.Item Open Access Enhanced processing of regrind as recycling material in single-screw extruders(2021) Thieleke, Philipp; Bonten, ChristianRegrind processing poses challenges for single-screw extruders due to the irregularly shaped particles. For grooved feed zones, the output is lessened by the reduction of bulk density in comparison to virgin material. Simultaneously, the melt temperature increases, reducing the extruder’s process window. Through experimental investigations on a test stand, a novel feed zone geometry (nominal diameter 35 mm) is developed. It aligns the regrind’s specific throughput with that of virgin material. The regrind processing window is essentially increased. As the solids conveying in the novel feed zone cannot be simulated with existing methods, numerical simulations using the discrete element method are performed. Since plastic deformation occurs in the novel feed zone geometry, a new hysteresis contact model is developed. In addition to spheres, the regrind and virgin particles are modeled as superquadrics to better approximate the irregular shape. The new contact model’s simulation results show excellent agreement with experimental compression tests. The throughput of the extruder simulations is considerably underestimated when using spheres to represent the real particles than when using irregularly shaped superquadrics. Corresponding advantages can be seen especially for virgin material.Item Open Access Molecular dynamics simulations of screw dislocation mobility in bcc Nb(2021) Zotov, Nikolay; Grabowski, BlazejThe screw dislocation mobility in bcc Nb has been studied by molecular dynamics (MD) simulations at different strain rates and temperatures using an embedded-atom method (EAM) potential. Static properties of the screw dislocation, as determined with the EAM potential, are in agreement with previous density-functional-theory calculations. The elementary slip plane of the screw dislocation remains (110) for all studied strain rates (in the range 6.3 × 107-6.3 × 109 s-1) and temperatures (5 to 550 K). However, the consecutive cross-slip on different symmetry-equivalent (110) planes leads to an effective glide on (112) planes. It is demonstrated that the screw dislocation trajectories, velocities and waviness of the screw dislocation depend on the crystallographic indices, (110) or (112), of the maximum resolved shear stress plane. The waiting time for the start of the screw dislocation motion increases exponentially with decreasing strain rate, substantiating the necessity to apply in future accelerated MD techniques in order to compare with macroscopic stress-strain experiments.Item Open Access Stand der Erkenntnisse über Laseranwendung(1989) Heisel, Uwe; Weiss, EdmundDie Laserindustrie mit ihrer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in der Produktion gilt als ein Wachstumsmarkt, dem hohe Zuwachsraten vorhergesagt werden. Trotz der zunehmenden Verbreitung des Lasereinsatzes zur Materialbearbeitung sind jedoch viele Anwendungsmöglichkeiten fertigungstechnisch noch nicht entwickelt. Dies trifft insbesondere auf die Holzbearbeitung zu, wo die Lasertechnik vergleichsweise erst am Beginn ihrer Entwicklungsmöglichkeiten steht. Im folgenden soll sowohl ein Überblick über die Möglichkeit und Chancen als auch über die Problemfelder der Laseranwendung in der Holzindustrie gegeben werden.Item Open Access Automatische Werkzeugverschleiß- und -Bruchüberwachung beim Bohren und Fräsen(1981) Heisel, UweDie Automatisierung des Fertigungsablaufs bedingt Einrichtungen zur Werkzeugüberwachung. Als Kenngröße für den Prozeßzustand dienen Meßwerte, die den Zerspankraftkomponenten proportional sind. Sie können mit Hilfe von Kraftmeßlagern erfaßt und steuerungstechnisch ausgewertet werden. Vorteilhaft dabei ist, daß keine konstruktive Änderung der Lagerumbauteile erforderlich ist und keine Verringerung der Lagersteifigkeit in Kauf genommen werden muß. Erkannt werden können Werkzeugverschleiß, Werkzeugbruch und Schneidenausbruch sowie Anschnittstörungen selbst für kleine Werkzeuge, wie beispielsweise einen Bohrer 3 mmDmr. Die Störfälle führen über eine mikroprozessorgesteuerte Auswerteelektronik zum Stillsetzen der Maschine. Untersuchungen für das Bohren und Fräsen wurden unter Praxisbedingungen an einem Bearbeitungszentrum durchgeführt.Item Open Access Neue Möglichkeiten der Kompensation thermischer Störeinflüsse an Werkzeugmaschinen(1976) Ichimiya, Ryoichi; Heisel, UweAm Beispiel einer Dreh- und einer Ne-Fräsmaschine wurde auf der Grundlage experimenteller Untersuchungen gezeigt, daß ein als lineare Gleichung darstellbarer Zusammenhang zwischen der thermisch bedingten Verlagerung des Werkzeuges relativ zum Werkstück und einigen wenigen Temperaturen in der Werkzeugmaschine besteht. Um eine ausreichende Näherung der aus dieser Gleichung berechneten Werte an die gemessenen zu erreichen, werden für viele Fälle nur maximal drei Temperaturmeßstellen benötigt. Eine entsprechend mit verhältnismäßig geringem Aufwand aufgebaute Meßsteuerung dürfte im Rahmen von üblicherweise geforderten Genauigkeiten ausreichend arbeiten.Item Open Access Item Open Access Residual stresses in deep-drawn cups made of duplex stainless steel X2CrNiN23-4 : influence of the drawing depth(2021) Simon, Nicola; Erdle, Hannes; Walzer, Stefan; Gibmeier, Jens; Böhlke, Thomas; Liewald, MathiasResidual stress development in deep drawing processes is investigated based on cylindrical cups made of duplex stainless steel sheet. Using a two-scale approach combining finite element modelling with a mean field homogenization scheme the macro residual stresses as well as the phase-specific micro residual stresses regarding the phases ferrite and austenite are calculated for steel X2CrNiN23-4 for various drawing depths. The simulation approach allows for the numerical efficient prediction of the macro and phase-specific micro residual stress in every integration point of the entire component. The simulation results are validated by means of X‑ray diffraction residual stress analysis applied to a deep-drawn cup manufactured using corresponding process parameters. The results clearly indicate that the fast simulation approach is well suited for the numerical prediction of residual stresses induced by deep drawing for the two-phase duplex steel; the numerical results are in good agreement with the experimental data. Regarding the investigated process, a significant influence of the drawing depth, in particular on the evolution of the residual stress distribution in drawing direction, is observed. Considering the appropriate phase-specific strain hardening, the two-scale approach is also well suited for the prediction of phase specific residual stresses on the component level.Item Open Access FFS auf dem Prüfstand : Praxis-Untersuchung: Wie zuverlässig sind flexible Fertigungssysteme?(1992) Heisel, UweGegenstand der Untersuchung waren Flexible Fertigunssysteme (FFS) vom Berliner Werkzeugmaschinen-Hersteller Fritz Wemer. Die Einflußgrößen und deren Gewichtung auf den effektiven Nutzungsgrad von FFS wurden bei 14 Anwendem untersucht, wobei festzuhalten ist, daß die FFS entsprechend den Anforderungen der unterschiedlichen Anwender konfiguriert wurden. Die Branchen Maschinenbau, Werkzeugmaschinen und Textilmaschinenbau waren ebenso vertreten wie Druck- und Sondermaschinenbau. Relevante Daten für die Auswertung konnten bei 13 Unternehmen ermittelt werden.