A STUDY ON STRAIGHTNESS CONTROL IN DEEP HOLE DRILLING OF INCONEL-718

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Technologische Analyse des Tiefbohrens mit Minimalmengenschmierung und simulationsbasierte Kompensation des Mittenverlaufs

In der spanenden Fertigung verursacht der eingesetzte Kühlschmierstoff hohe Kosten für die Beschaffung, Wartung und Entsorgung sowie für den Betrieb der KSS-Anlagen, die wiederum einen großen Anteil am Gesamtenergieverbrauch der Fertigungsanlage besitzen. Die Trockenbearbeitung ermöglicht folglich neben der damit einhergehenden Verbesserung des betrieblichen Gesundheits- und Umweltschutzes große Energie- und Kosteneinsparungen. Beim Verzicht auf Kühlschmierstoffe stellt das Tiefbohren aufgrund des herausfordernden Späneabtransports eines der anspruchsvollsten Verfahren dar. Zusätzlich resultiert durch die hohe Adhäsionsneigung des Aluminiums die Problematik starker Materialanhaftungen an den Werkzeugen. Daher kann meist nicht auf den Kühlschmierstoff verzichtet, und es muss zur Gewährleistung der Prozesssicherheit die Minimalmengenschmierung (MMS) eingesetzt werden. Die dabei als Trägermedium verwendete Druckluft kann nur bedingt die im Zerspanprozess entstehende Wärme abführen, sodass insbesondere durch die vergleichsweise langen Prozesszeiten und die im Inneren des Werkstückes liegende Wirkstelle beim Tiefbohren ein signifikanter Wärmeeintrag ins Bauteil resultiert. Dieser führt zu Ausdehnungen und Verzügen und kann thermisch bedingte Abweichungen sowie Toleranzüberschreitungen verursachen. Im Rahmen dieser Dissertation wird daher das Ziel verfolgt, durch technologische Untersuchungen zunächst grundlegende Erkenntnisse über die thermomechanisch bedingten Bauteildeformationen und -abweichungen beim Tiefbohren von Aluminiumguss unter Minimalmengenschmierung zu erlangen sowie eine simulationsgestützte Vorhersage der durch den Tiefbohrprozess hervorgerufenen Werkstückbeeinflussung zu ermöglichen. Basierend darauf erfolgt die NC-Kompensation der resultierenden Abweichungen, wobei der Mittenverlauf der Bohrung im Fokus der Arbeit steht, da dieses Qualitätsmerkmal von besonderer Bedeutung für die spätere Funktionsfähigkeit des Bauteils ist. Die experimentellen Untersuchungen haben den im Vergleich zur Schnittgeschwindigkeit erheblichen Einfluss des Vorschubes auf den Wärmeeintrag ins Bauteil aufgezeigt. Sowohl beim Wendeltiefbohren als auch beim Einlippentiefbohren führt eine Vorschubsteigerung zu reduzierten thermischen Werkstückbelastungen. Insbesondere bei randnahen Bohrpositionen, bei denen eine geringe Wandstärke der Bohrung vorliegt, gewährleistet das Wendeltiefbohren eine geringe Mittenabweichung, wohingegen die Nachgiebigkeit der Bohrungswand aufgrund der Führungsleistenabstützung nachteilige Auswirkungen auf den Mittenverlauf beim Einlippenbohren aufweist. Mit Sonderwerkzeugen konnten die Prozessgrenzen des Wendeltiefbohrens auf Vorschubwerte von mehreren Millimetern erweitert werden, die eine sehr hohe Produktivität bei moderatem Wärmeeintrag und Abweichungsniveau ermöglichen. Die energetische Analyse verdeutlicht das große Einsparpotenzial durch die MMS-Bearbeitung sowie Vorteile aufseiten des Einlippenbohrers, der durch seinen größeren Kühlkanalquerschnitt weniger Energie für die MMSbzw. Druckluftbereitstellung benötigt. Durch die geometrisch-kinematische Kopplung einer Finite-Elemente-Simulation des Bauteils und eines analytischen Werkzeugmodells konnte erstmalig der thermomechanisch bedingte Mittenverlauf beim Tiefbohren vorhergesagt werden. Die entwickelte Modellierungsmethodik ermöglicht außerdem die nicht durch Experimente realisierbare Ermittlung von radialen NC-Kompensationsbahnen für das Tiefbohren, die eine gezielte Beeinflussung der Bohrrichtung und die Vermeidung des Mittenverlaufs gewährleisten

Micromachining

To present their work in the field of micromachining, researchers from distant parts of the world have joined their efforts and contributed their ideas according to their interest and engagement. Their articles will give you the opportunity to understand the concepts of micromachining of advanced materials. Surface texturing using pico- and femto-second laser micromachining is presented, as well as the silicon-based micromachining process for flexible electronics. You can learn about the CMOS compatible wet bulk micromachining process for MEMS applications and the physical process and plasma parameters in a radio frequency hybrid plasma system for thin-film production with ion assistance. Last but not least, study on the specific coefficient in the micromachining process and multiscale simulation of influence of surface defects on nanoindentation using quasi-continuum method provides us with an insight in modelling and the simulation of micromachining processes. The editors hope that this book will allow both professionals and readers not involved in the immediate field to understand and enjoy the topic

Special Issue of the Manufacturing Engineering Society (MES)

This book derives from the Special Issue of the Manufacturing Engineering Society (MES) that was launched as a Special Issue of the journal Materials. The 48 contributions, published in this book, explore the evolution of traditional manufacturing models toward the new requirements of the Manufacturing Industry 4.0 and present cutting-edge advances in the field of Manufacturing Engineering focusing on additive manufacturing and 3D printing, advances and innovations in manufacturing processes, sustainable and green manufacturing, manufacturing systems (machines, equipment and tooling), metrology and quality in manufacturing, Industry 4.0, product lifecycle management (PLM) technologies, and production planning and risks

Optimization of Operation Sequencing in CAPP Using Hybrid Genetic Algorithm and Simulated Annealing Approach

In any CAPP system, one of the most important process planning functions is selection of the operations and corresponding machines in order to generate the optimal operation sequence. In this paper, the hybrid GA-SA algorithm is used to solve this combinatorial optimization NP (Non-deterministic Polynomial) problem. The network representation is adopted to describe operation and sequencing flexibility in process planning and the mathematical model for process planning is described with the objective of minimizing the production time. Experimental results show effectiveness of the hybrid algorithm that, in comparison with the GA and SA standalone algorithms, gives optimal operation sequence with lesser computational time and lesser number of iterations

Optimization of Operation Sequencing in CAPP Using Hybrid Genetic Algorithm and Simulated Annealing Approach

In any CAPP system, one of the most important process planning functions is selection of the operations and corresponding machines in order to generate the optimal operation sequence. In this paper, the hybrid GA-SA algorithm is used to solve this combinatorial optimization NP (Non-deterministic Polynomial) problem. The network representation is adopted to describe operation and sequencing flexibility in process planning and the mathematical model for process planning is described with the objective of minimizing the production time. Experimental results show effectiveness of the hybrid algorithm that, in comparison with the GA and SA standalone algorithms, gives optimal operation sequence with lesser computational time and lesser number of iterations

Autonomous Navigation of Automated Guided Vehicle Using Monocular Camera

This paper presents a hybrid control algorithm for Automated Guided Vehicle (AGV) consisting of two independent control loops: Position Based Control (PBC) for global navigation within manufacturing environment and Image Based Visual Servoing (IBVS) for fine motions needed for accurate steering towards loading/unloading point. The proposed hybrid control separates the initial transportation task into global navigation towards the goal point, and fine motion from the goal point to the loading/unloading point. In this manner, the need for artificial landmarks or accurate map of the environment is bypassed. Initial experimental results show the usefulness of the proposed approach.COBISS.SR-ID 27383808

Autonomous Navigation of Automated Guided Vehicle Using Monocular Camera

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Proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress

Published proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress, hosted by York University, 27-30 May 2018