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Adina Grimmert
Simulationsbasierte Vorhersage von Prozesskenngrößen zur Vorauslegung von Schleifprozessen in der Serienfertigung von Triebwerksbauteilen
Die Bewertung von Schleifprozessen durch Simulationsmodelle bietet großes Potenzial für die Vorauslegung. Hierbei können Ressourcen für physische Versuche gespart sowie optimale und robuste Stellgrößen hinsichtlich der Produktivität und zur Vermeidung von Vorschädigungen ausgelegt werden. Durch die komplexen Eingriffsbedingungen der Profilschleifprozesse von Turbinenschaufeln und die großen Parameterbereiche der verwendeten Stellgrößen gibt es in der Literatur keine Prozesssimulation, die den Prozess zufriedenstellend abbildet.
Daher wurde in dieser Arbeit eine makroskopische Schleifprozesssimulation zur Berechnung der mechanischen und thermischen Bauteilbelastungen für die Schleifbearbeitung von Turbinenlaufschaufeln aus Nickelbasis-Superlegierungen entwickelt. Umfangreiche experimentelle Versuchsreihen dienten der Parametrisierung von Kraft- und Wärmeeintragsmodellen. Hierbei kamen Optimierungsalgorithmen, Kreuzvalidierungen sowie das Lösen inverser Wärmeübertragungsprobleme zum Einsatz. Des Weiteren wurde mithilfe eines neuen abstandsbasierten Ansatzes unter Verwendung der Finiten-Elemente-Methode die Berechnung komplexer Eingriffsbedingungen und die Simulation des Zerspanungsprozesses entwickelt. Diese Simulation ermöglicht die inverse Ermittlung zulässiger und optimaler Stellgrößen unter Berücksichtigung synthetischer mechanischer und thermischer Grenzen der Prozesskenngrößen. Die Prozesssimulation wurde anhand eines Serienprozesses zum Schleifen einer Turbinenlaufschaufel validiert.
Die in dieser Arbeit entwickelte Simulation bietet die Basis für eine Prozessvorauslegung in Hinblick auf Prozessgrenzen. Des Weiteren eignet sich die Simulation dazu, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Bauteil zu analysieren und das Prozessverständnis zu steigern.
Daher wurde in dieser Arbeit eine makroskopische Schleifprozesssimulation zur Berechnung der mechanischen und thermischen Bauteilbelastungen für die Schleifbearbeitung von Turbinenlaufschaufeln aus Nickelbasis-Superlegierungen entwickelt. Umfangreiche experimentelle Versuchsreihen dienten der Parametrisierung von Kraft- und Wärmeeintragsmodellen. Hierbei kamen Optimierungsalgorithmen, Kreuzvalidierungen sowie das Lösen inverser Wärmeübertragungsprobleme zum Einsatz. Des Weiteren wurde mithilfe eines neuen abstandsbasierten Ansatzes unter Verwendung der Finiten-Elemente-Methode die Berechnung komplexer Eingriffsbedingungen und die Simulation des Zerspanungsprozesses entwickelt. Diese Simulation ermöglicht die inverse Ermittlung zulässiger und optimaler Stellgrößen unter Berücksichtigung synthetischer mechanischer und thermischer Grenzen der Prozesskenngrößen. Die Prozesssimulation wurde anhand eines Serienprozesses zum Schleifen einer Turbinenlaufschaufel validiert.
Die in dieser Arbeit entwickelte Simulation bietet die Basis für eine Prozessvorauslegung in Hinblick auf Prozessgrenzen. Des Weiteren eignet sich die Simulation dazu, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Bauteil zu analysieren und das Prozessverständnis zu steigern.
Schlagwörter: Profilschleifen; Simulation; FEM; Triebwerk; Nickelbasis-Superlegierung
Schriftenreihe Virtual Machining
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Inform. Petra Wiederkehr, Dortmund
Band 7
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