Karriere am WZL

 

Diplomarbeit oder Studienarbeit oder Masterarbeit oder Bachelorarbeit oder Projektarbeit

am Forschungsbereich Technologie der Fertigungsverfahren, Abteilung Schleifen, Umformen und Technologieplanung, Gruppe Umformende Fertigungsverfahren
 

Maschinelles Oberflächenhämmern - Simulation des Spindellagerverschleißes

Ausgangssituation

Das maschinelle Oberflächenhämmern (MOH) ist ein umformendes Fertigungsverfahren zur inkrementellen Oberflächenbehandlung von technischen Bauteilen. Durch hochfrequente Schläge eines sphärischen Hammerkopfes werden Rauheitsspitzen auf der Bauteiloberfläche umformtechnisch eingeglättet und gleichzeitig Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen eingebracht. Das MOH wird u.a. an konventionellen Fräsmaschinen betrieben. Hierdurch können beliebige Freiformflächen bearbeitet werden.

Aufgrund der elektrischen und pneumatischen Versorgungsleitungen des Hammerkopfes darf die Motorspindel der Fräsmaschine nicht rotieren. Dies hat zur Folge, dass die während des Hämmerns auftretenden hochfrequenten Belastungen punktuell über die Spindellagerkugeln auf die Spindellagerringe übertragen werden. An den Spindellagerringen tritt folglich Ermüdungsverschleiß in Form des False Brinelling-Effekts auf. Diesen Verschleiß gilt es zu reduzieren.

In einer vorrangegangenen Arbeit wurde bereits ein numerisches Modell zur Spindellagerbelastung mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) in der Software Abaqus 6.14 entwickelt. Mithilfe des entwickelten Modells wurde eine Analyse der Spindellagerbelastung in Abhängigkeit der auftretenden Beanspruchung durchgeführt. Dabei wurden die Flächenpressung, die Oberflächendeformation und die Kontaktnormalspannungen während der Oberflächendeformation untersucht.

Für die Vernetzung der Lauffläche der Lagerringe wurden in dem FE-Modell hexagonale C3D8R-Elemente verwendet. Um die Rechenzeit möglichst gering zu halten und trotzdem valide Ergebnisse zu erzielen, wurde eine minimale Anzahl an Elementen gewählt. Dabei wurden zunächst nur für die Auswertung relevante Bereiche der Lagerringlauffläche sehr fein (kleine Elementgröße) und weniger interessante Bereiche gröber aufgelöst. Es zeigte sich jedoch, dass die teils grobe Vernetzung die Ergebnisse des sehr feinen Netzes stark beeinflusst.

 
Das Ziel dieser Arbeit ist die numerische Analyse des Einflusses einer homogen, sehr feinen Vernetzung der Lagerlauffläche mit hoher Elementanzahl auf die Ergebnisse der Flächenpressung, der Oberflächendeformation und der Kontaktnormalspannung. Zusätzlich soll eine automatisierte Auswertung der Ausgabedateien mithilfe eines Skriptes in der Programmiersprache PYTHON erarbeitet werden.

Geboten wird:

– Umfassende Betreuung
– Einarbeitung in ein hochaktuelles und spannendes Umformverfahren
– Klar abgegrenzte Aufgabenstellung
– Einarbeitung in die Programmiersprache PYTHON
– Einarbeitung in die FE-Software Abaqus 6.14
– Unterstützung bei der Karriereplanung und Praktikumssuche

 
Voraussetzungen:
– Motivation und Einsatzbereitschaft
Zeitaufwand: 11,00 Arbeitsstunden

Ansprechpartner(in):
Robby Mannens, M.Sc. RWTH Aachen
 
Herwart-Opitz-Haus 54A 412
Tel.: +49 241 80-28244
Fax: +49 241 80-22293
Mail: R.Mannens@wzl.rwth-aachen.de