Simulative Analyse des Spannungwalzvorgangs von Kreissägeblättern
Final Report Abstract
Der Spannungswalzvorgang hat sich empirisch und analytisch als effizienter Prozessschritt bei der Herstellung von Kreissägeblättern durchgesetzt. Durch diesen Vorgang kann die kritische Drehzahl angehoben, der Planlauf des Kreissägeblattes verbessert und sogar teilweise die während der Zerspanung entstehenden Wärmespannungen kompensiert werden. Im Sägeblatt ist eine Druckeigenspannung in radialer Richtung und am Außenrand zusätzlich eine Zugeigenspannung in tangentialer Richtung gewünscht. Diese beiden Eigenspannungszustände verbessern das dynamische Verhalten des Kreissägeblattes deutlich und demzufolge auch die Bearbeitungsqualität des zu zerspanenden Werkstücks. Infolge des Spannungswalzvorgags steigen die Eigenfrequenzen der Eigenformen mit Knotendurchmessern an. Diese sind sehr stark abhängig von der Walzkraft, dem wiederholten Walzvorgang, dem Walzradius und dem Bombierungsradius. Ab einer bestimmten Grenze kommt es jedoch zu einer tellerförmigen Wölbung der Kreissägeblätter, die drastisch den Planlauf und die Bearbeitungsqualität verschlechtert und somit vermieden werden muss. Deswegen ist eine genaue Bestimmung der optimalen Prozessparameter sehr wichtig. Die zurzeit verwendeten Prüfeinheiten zur Untersuchung des Vorspannungszustands von Kreissägeblättern eignen sich als einfache Methode zur groben Abschätzung der geeigneten Prozessparameter, die allerdings mit einen Trial-error-Verfahren und einer höheren Arbeitserfahrung verbunden sind. Außerdem kann das Verfahren nicht die Ursache für die durch den Walzvorgang zustande gekommenen Auswirkungen erklären. Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte FE-Modell ist in der Lage, den Spannungswalzvorgang von Kreissägeblättern realitätsnah zu simulieren. Damit ist es möglich, die entstehenden Eigenspannungen, die infolge des Spannungswalzens auftreten, sogar in der Walzspur zu berechnen. Die induzierten Eigenspannungen sind die Hauptursache für die Beeinflussung des dynamischen Verhaltens der Kreissägeblätter. Die experimentelle Ermittlung der Eigenspannungen in der Walzspur ist mit dem verwendeten DMS-Messverfahren nicht möglich. Eine Lösung dafür wäre die Röntgenographie, die jedoch mit sehr hohen Kosten und hohem Zeitaufwand verbunden ist. Zudem kann das entwickelte FE-Modell zahlreiche Informationen über die Einflüsse von verschiedenen Prozessparametern auf die induzierten Eigenspannungen, Walzspurtiefe und Walzspurverbreitung geben. Daher stellt es sich als ein zeit- und kostengünstiges Werkzeug zur Berechnung der optimalen Prozessparameter dar. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden zahlreiche Prozessparameter untersucht, wobei festgestellt wurde, dass die Walzkraft und der mehrfache Überwalzvorgang den größten Einfluss auf den Vorspannzustand der Kreissägeblätter haben. Durch anschließende Untersuchungen bezüglich der Auswirkungen der variierten Prozessparameter konnte festgestellt werden, welche die bestmöglichsten Prozessparameter für das zu untersuchende Kreissägeblatt sind. Mittels des FE-Modells ist es somit möglich, den Spannungswalzvorgang eines Kreissägeblatt mit beliebigen geometrischen Abmaßen und beliebigem Material zu simulieren und dann die Walzkraft soweit zu erhöhen, bis die induzierten Eigenspannungen an die hier ermittelten Werten für das mit optimalen Prozessparametern vorgespannte Kreissägeblatt herankommen. Als weiteren Vorteil des FE-Modells kann die Analyse der dynamischen (während des Walzvorgangs) und statischen (nach dem Walzvorgang) Eigenspannungsverläufe hervorgehoben werden. Eine derartige Art der Messungen ist mit den meisten Messverfahren nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Als Ausblick können mit den in dieser Arbeit untersuchten und optimierten Prozessparametern hergestellten Kreissägeblätter Zerspanversuche durchgeführt werden, um die Einflüsse der Spannungswalzparameter auf die Bearbeitungsqualität, den Verschleiß und die Standzeit des Werkzeuges detaillierter zu erforschen sowie eine Korrelation zwischen Spannungswalzparameter und zerspanungsprozessspezifischen Parametern herzuleiten. Zudem kann die Messung der Eigenspannungen in der Walzspur (z.B. mit Röntgenographie) zur Verifikation der Genauigkeit der berechneten Eigenspannungen in der Walzspur verwendet werden. Schäfer, M.: Die Tücken des Kreissägeblatts. In: Stuttgarter Zeitung 69 (2013) 283 Etspüler, M.: Das Sägeblatt, das unbekannte Wesen. In: VDI Nachrichten (2014) 23, S. 21 Schäfer, M.: Gesägt wird alles. In: IHK Magazin Wirtschaft (2014) 7, S. 34
Publications
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Durch Forschung Sägeprozesse optimieren. In: HOB - Die Holzbearbeitung (2013) 7/8, S.63-66
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Simulative Untersuchung von Kreissägeblättern. In: wt Werkstattstechnik online 103 (2013) 1/2, S. 69-75
Heisel, U.; Stehle, T.; Birenbaum, C.; Ghassemi, H.
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A simulation model for analysis of roll tensioning of circular saw blade. In: Advanced Materials Research Vol. 1018 (2014) S.57-66, Trans Tech Publications, Switzerland
Heisel, U.; Stehle, T., Ghassemi, H.
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Simulative und experimentelle Analyse des Spannungszustandes in gewalzten Kreissägeblättern. In: holztechnologie 55 (2014), S. 25-30
Heisel, U.; Stehle, T., Ghassemi, H.
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Simulative und experimentelle Analyse des Spannungszustandes in gewalzten Kreissägeblättern. Wagenführ, A. (Hrsg.): Tagungsband des 16. Holztechnologisches Kolloquiums, Selbstverlag der TU Dresden, S. 141-149, 2014
Heisel, U.; Stehle, T., Ghassemi, H.
