Auslegung von Systemen zur ultraschallunterstützten Zerspanung

Ähnliche Dokumente
Studien über die Bestimmung des ätherischen Oeles in Arzneidrogen und Gewürzen

9 Periodische Bewegungen

Physik Profilkurs ÜA 07 mechanische Wellen Ks. 2011

12. Vorlesung. I Mechanik

Simulation of Power System Dynamics using Dynamic Phasor Models

Bei gekoppelten Pendeln breitet sich die Schwingung von einem zum nächsten aus

4.5 Gekoppelte LC-Schwingkreise

Experimentalphysik E1

Akustische Berechnung einer schwingenden Platte mit piezoelektrischer Anregung und Vergleich mit Messungen

Einführung in die Physik I. Schwingungen und Wellen 1

EPI WS 2008/09 Dünnweber/Faessler

Vorlesung Physik für Pharmazeuten und Biologen

Experimentalphysik E1

Einsatz von optislang in der Prozessstabilitästuntersuchung und -optimierung von Werkzeugmaschinen

9. Akustik. I Mechanik. 12. Vorlesung EP. 7. Schwingungen 8. Wellen 9.Akustik

Physik III im Studiengang Elektrotechnik

Dynamische Lasten. 1. Kraft- und Weganregung 2. Deterministische Lasten. 3. Stochastische Lasten

5. Fourier-Transformation

Innovatives Ausspitzen mit V-Pro

Schneller, sauberer, effizienter HPC-Fräser von Hollfelder-Gühring! Der rasend schnelle HPC-Fräser, ein Evolutionssprung in der PKD-Frästechnologie

Anlage zur Akkreditierungsurkunde D-K nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005

1. Klausur in K2 am

4.6 Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden

Harmonische Schwingung

Einführung in die Physik

Ueber die Wirkung systematischer Entwässerungen in Hanglagen

Einsatz von Diamantwerkzeugen Nicht eisenhaltige Werkstoffe und betroffene Industriezweige

Brewster-Winkel - Winkelabhängigkeit der Reflexion.

HPC-Bearbeitung. Leistungssteigerung im ELB-Tieflochbohren. Institut für Fertigungstechnik. Labor für Produktionstechnik

SCHWINGUNGEN WELLEN. Schwingungen Resonanz Wellen elektrischer Schwingkreis elektromagnetische Wellen

6. Erzwungene Schwingungen

Aufgaben zur Vorbereitung der Klausur zur Vorlesung Einführung in die Physik für Natur- und Umweltwissenschaftler v. Issendorff, WS2013/

100 Klausurergebnis ,6 -

Grundlagen der Physik 2 Schwingungen und Wärmelehre

iglidur C iglidur C: PTFE- und silikonfrei für den Trockenlauf geeignet gute Abriebfestigkeit wartungsfrei

ULTRASCHALL. Einleitung. Eingenschaften des Ultraschalls. Einleitung. mechanische Schwingung, mechanische Welle

A study on computer-aided design of PIN-diode phase modulators at microwave frequencies

9. Akustik. I Mechanik 9.Akustik II Wärmelehre 10. Temperatur und Stoffmenge. 13. Vorlesung EP

Schwingungen und Wellen

Aufgabe Max.Pkt. Punkte Visum 1 Visum Total 60

Erweichung, Kühlung. Temperatur, Martin Wyrsch, ALESA AG. Freiflächen-Kühlung = optimale Temperatur und Spankontrolle

Lösung zur Übung 3 vom

Die neuen Werkzeuge für die Alu-Bearbeitung FP 85. Jongen Werkzeugtechnik

Übertragung in Koaxialkabeln

Anfänger-Praktikum I WS 11/12. Michael Seidling Timo Raab. Praktikumsbericht: Gekoppelte Pendel

Arbeitsbereich: Putzerei Arbeitsplatz: Putzer. Arbeitsprozess und Zuständigkeit:

Klausur 3 Kurs 11Ph1e Physik

Leistung bei Wechselströmen

The projectivity of the moduli space of stable curves. I: Preliminaries on "det"...

Physik 8. Jahrgang Übersicht

Experimentalphysik II Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

6 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

TRLV Vibrationen Teil 1. Beurteilung der Gefährdung durch Vibrationen. Vorgehensweise

Schwingungen. Harmonische Schwingungen. t Anharmonische Schwingungen. S. Alexandrova FDIBA TU Sofia 1

120 Gekoppelte Pendel

Körperschall Sensoren und deren Anwendung in der Schleiftechnik

High Feed Cutting HFC XFeed und XFeed-R. passion for precision

Mechanische Schwingungen und Wellen

Physikalisches Praktikum I Bachelor Physikalische Technik: Lasertechnik, Biomedizintechnik Prof. Dr. H.-Ch. Mertins, MSc. M.

Anwendungstechnik: Wilfried Geis

Übungsaufgaben Physik II

Physik LK 11, 3. Klausur Schwingungen und Wellen Lösung

Theoretische Physik I: Lösungen Blatt Michael Czopnik

Numerische Prognose der Schallausbreitung in Schiffsinnenräumen Marian Markiewicz, Novicos GmbH, Kasernenstraße 12, Hamburg

Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine

V 35 Werkstoffuntersuchungen mit Ultraschall

Physik 1 Zusammenfassung

Aufgaben zur Wechselspannung

Stabilisierung turbulenter Flammen durch elektrische Felder

gekoppelte Pendelreihe Wellenmaschine Seilwelle (hin und her)

Produktinformation. HELIALU HSM90S-14-Werkzeuge für die Bearbeitung von Aluminium mit hohen Drehzahlen Seite 1 / 9 FRÄSEN METRISCH DEZ 2012

5 Schwingungen und Wellen

Gerhart Hauptmann ist bei uns zu Hause Tallafuss, Petra

Ferienkurs Experimentalphysik 3


Inhaltsverzeichnis. 1. Einleitung

Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde. Sommersemester VL #42 am

Praktikum I PP Physikalisches Pendel

Schwingungen und Wellen

Zusammenfassung. Kriterien einer physikalischen Messung 1. reproduzierbar (Vergleichbarkeit von Messungen an verschiedenen Orten und Zeiten)

Technologie Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser)

Aufgabe 1: Welcher Vektor beschreibt die Kreisfrequenz einer möglichen Bahn eines Elektrons in dem gegebenen homogenen Magnetfeld?

Name: PartnerIn in Crime: Datum: Versuch: Ultraschall 1125B

Meilensteine des FEM-Einsatzes im Entwicklungsprozessspanender Werkzeugmaschinen -Eine Zwischenbilanz. Gerhard Kehl Hochschule Esslingen

13. Elektromagnetische Wellen

Schwingungsüberwachung von Gondel und Turm

2. Einmassenschwinger. Inhalt:


Beanspruchungsermittlung an einem Ventilator im Betrieb

Cusanus-Gymnasium Wittlich. Physik Schwingungen. Fachlehrer : W.Zimmer. Definition

Grundkurs Physik (2ph2) Klausur

Grinding of Carbide and Ceramics with Magnetic Bearing Spindles

Labor für Technische Akustik

Praktikumsbericht Nr.6

Lineare Systeme mit einem Freiheitsgrad

HELLER & KOMET. Einstechen Verschleiß-Kompensation. Konturdrehen Plandrehen. Die maschinenintegrierte Planzuglösung alles aus einer Hand.

9. Periodische Bewegungen

Schwingungen und Wellen

Elektrische Schwingungen und Wellen

Formelzusammenstellung

Transkript:

Research Collection Presentation Auslegung von Systemen zur ultraschallunterstützten Zerspanung Author(s): Gull, Michael Publication Date: 2010 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-006806997 Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

Auslegung von Systemen zur ultraschallunterstützten Zerspanung Zürich, 18.11.2010 Michael Gull Michael Gull 11/2010 inspire AG 1

Gliederung Motivation Stand der Technik Modellvorstellung Kinematik Dynamik Übertragung der Verformung Dynamische Auslegung Messungen Michael Gull 11/2010 inspire AG 2

Motivation Anstieg der Nachfrage für die Bearbeitung sprödharter Materialien wie Keramik, PKD, CBN Bedürfnis, diese Materialien effizient zu bearbeiten Bild 1: Herstellung einer Zirkonoxid- Brücke [1] Bild 2: Formschleifen eines Zahnersatzes aus einem Keramikblock [1] [1] www.cerec.uzh.ch Michael Gull 11/2010 inspire AG 3

Stand der Technik I Grund für Ultraschall: Erhöhung des Zeitspanvolumens Ansatz: Einbringung von zusätzlicher Energie in den Prozess Erste Versuche in den 70er Jahren Hauptschwierigkeiten: Implementierung auf WZM wegen Energieübertragung Übertragung einer elektrischen Spannung auf ein schnell rotierendes Werkzeug Regelung der Oszillation und Kontrolle der Schwingungsamplitude während des Bearbeitungsprozesses Prozessverständnis am Wachsen Michael Gull 11/2010 inspire AG 4

Stand der Technik II: Vorteile US Schleifen: Wirkweise und daraus resultierende Vorteile / Nachteile Mikrorisse in der Oberflächenregion des Werkstücks durch oszillierende Bewegung Schwächung des Werkstückmaterials reduzierte Prozesskräfte höheres Zeitspanvolumen Gleichzeitiges Zersplittern bzw. Schärfung der Schleifkörner (Messung mit Raster Elektronen Mikroskop) reduzierte Prozesskräfte erhöhter Verschleiss Michael Gull 11/2010 inspire AG 5

Modellvorstellung / Kinematik 1 Modellvorstellung: Durch die Schwingung entsteht eine Kontaktunterbrechung zwischen Werkzeug und Werkstück, was zu einer Reibungsreduktion führt. Kinematik 1: Aufhebung der Haftreibung auf der Spanfläche des Reibkorns [1] [1]: D.E. Brehl, T.A. Dow / Precision Engineering 32 (2008) 153 172 Michael Gull 11/2010 inspire AG 6

Kinematik 2 Randbedingungen: Schnittgeschwindigkeit um 50 m/s Kleine Kontaktfläche zwischen Werkzeug (ø5 mm) und Werkstück Michael Gull 11/2010 inspire AG 7

Kinematik 2 Kinematik 2: Das Schleifkorn durchfährt in der zu bearbeitenden Kontaktfläche die Wegstrecke x mit mindestens einer Oszillation. Bestimmung der Anregungsfrequenz: x = 2.5 mm v c = 50 m/s t = 50 µs f = 20 khz Michael Gull 11/2010 inspire AG 8

Dynamik Schleifdorn: m = 10 g x 0 = 5 µm x = x0 sin x& = x ω cos max 0 && x = x F 0 ω 2 ω ( ωt) ( ωt) 2 sin( ωt) Michael Gull 11/2010 inspire AG 9

Übertragung der Verformung I Übertragung der Anregung in die gleiche Richtung wie Anregungsrichtung Formschluss anstelle von Kraftschluss Übertragung der Anregung Verformungsrichtung Anregungsrichtung Übertragung der Anregung Verformungsrichtung Anregungsrichtung Übertragung der Anregung Michael Gull 11/2010 inspire AG 10

Übertragung der Verformung II Optimale Übertragung: Formschluss geringe Reibung geringe Wärmeentwicklung Nicht optimale Übertragung: Kein vollständiger Formschluss hohe Reibung hohe Wärmeentwicklung Michael Gull 11/2010 inspire AG 11

Dynamische Auslegung: Grundlagen I Analogie zwischen der Fundamentierung von Werkzeugmaschinen und Ultraschallsystemen Analogie: Modellansatz Kenntnisse über Eigenmode Unterschiede: Fundamentierung η > 3 Ultraschall η = 1 Michael Gull 11/2010 inspire AG 12

Dynamische Auslegung: Grundlagen II Stehende Welle: Überlagerung zweier entgegengesetzter Wellen Bedingungen: gleiche Frequenz, Amplitude l = c 2 f = 1 2 f E ρ Michael Gull 11/2010 inspire AG 13

Dynamische Auslegung: Simulation mit FEM I Ansys Modalanalyse: Ohne Anregung Hilft die Eigenmoden (Längs-, Biege- und Torsionsschwingung) der Sonotrode in einem Frequenzbereich zu finden Hilft zur Optimierung der Länge / Gestalt der Sonotrode Harmonische Analyse: Harmonische Kraftanregung in axialer Richtung Zeigt auf, welche der gefundenen Moden angeregt werden Zeigt, ob die angeregte Mode gut isoliert ist Zeigt das Verhältnis zwischen longitudinaler und transversaler Schwingungsamplitude Michael Gull 11/2010 inspire AG 14

Dynamische Auslegung: Simulation mit FEM II Modalanalyse: Längsmode bei 70 khz Michael Gull 11/2010 inspire AG 15

Dynamische Auslegung: Simulation mit FEM III Modalanalyse: Längsmode bei 35 khz Michael Gull 11/2010 inspire AG 16

Dynamische Auslegung: Simulation mit FEM IV Harmonische Analyse Frequenz (Hz) Michael Gull 11/2010 inspire AG 17

Messung: Grundlagen Laservibrometer Funktionsweise Laservibrometer Quelle: www.polytec.com Michael Gull 11/2010 inspire AG 18

Messung Wendeschneidplatte I Messpunkte an verschiedenen Flächen Michael Gull 11/2010 inspire AG 19

Messung Wendeschneidplatte II Beispiel Frequenzspektrum Michael Gull 11/2010 inspire AG 20

Messung rotierende Spindel I Amplitudenmessung bei nichtrotierender Spindel und maximaler Generatorleistung: Amplitude: ± 3.2 µm Frequenz: 70 khz Michael Gull 11/2010 inspire AG 21

Messung rotierende Spindel II Amplitudenmessung bei rotierender Spindel und verschiedenen Generatorleistungen: Michael Gull 11/2010 inspire AG 22

Messung rotierende Spindel III Vergleich mit den Herstellerangaben: Michael Gull 11/2010 inspire AG 23

Versuchsdurchführung I Bearbeitung von einem PKD-Werkstück US - Schwingung im Bereich von 35 khz Diamantschleifscheibe Schnittgeschwindigkeit v c = 22 m/s Vorschub kraftgesteuert Michael Gull 11/2010 inspire AG 24

Versuchsdurchführung II Durch den Einsatz einer US Anregung des Werkstückes konnte die Abtragsleistung verdoppelt werden. Schleifscheibe Tyrolit US US-Frequenz [khz] Schleifzeit [s] Abtrag [mm] Q w [mm 3 /s] Bemerkungen nein - 10 1.6 0.80 Keine Ausbrüche nein - 10 1.7 0.87 ja 35.9 ca. 8 2.3 1.70 Kante weggebrochen ja 36.2 ca. 8 2.6 2.10 Keine Ausbrüche Schleifscheibe Diacraft US US-Frequenz [khz] Schleifzeit [s] Abtrag [mm] Q w [mm 3 /s] Bemerkungen nein - 23 2.0 0.48 Keine Ausbrüche ja 36.2 10 1.8 0.95

Auslegung von Systemen zur ultraschallunterstützten Zerspanung Zürich, 18.11.2010 Michael Gull gull@inspire.ethz.ch Michael Gull 11/2010 inspire AG 26