DE102016224683A1 - Verfahren und Vorrichtung zur und Bewertung der thermischen Randzoneneigenschaften während der Bearbeitung an einer Oberfläche eines mittels Schleifen bearbeiteten Werkstücks - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Bewertung der thermischen Randzoneneigenschaften während der Bearbeitung an einer Oberfläche eines mittels Schleifen bearbeiteten Werkstücks, bei dem eine Oberfläche eines Werkstücks, das aus zumindest an der bearbeiteten Oberfläche aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist, mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird. Während der Bearbeitung wird durch den mechanischen Kontakt das Werkstück angeregt wird und durch diese Anregung eine im Werkstück sich ausbreitende Schallwelle erzeugt, die mit magnetostriktiven Bloch-Wänden wechselwirkt, wobei durch diese Anregung Ummagnetisierungsvorgänge ausgelöst werden, die in mindestens einem Magnetfeldsensor eine elektrische Spannung induzieren. Dabei ist die Größe dieser induzierten elektrischen Spannung von den Randzoneneigenschaften abhängig. Dabei wird/werden mit dem mindestens einen Magnetfeldsensor die Amplitude und/oder der Mittelwert der magnetischen Anregung detektiert und mit einem dementsprechenden vorgebbaren Schwellwert verglichen, wobei der mindestens eine Magnetfeldsensor an der zu bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur und Bewertung der thermischen Randzoneneigenschaften(Schleifbrand) während der Bearbeitung an einer Oberfläche eines mittels Schleifen bearbeiteten Werkstücks. Durch aufgetretenen Schleifbrand werden die Eigenschaften eines dementsprechend bearbeiteten Werkstoffes zumindest lokal negativ beeinflusst. Es können dadurch lokal differenziert mechanische Spannungszustände oder Gefügeumwandlungen auftreten, die der eigentlich gewünschten Homogenität des Werkstückwerkstoffs zumindest in seinem oberflächennahen Bereich entgegen stehen.
- Bisher wird auch der Effekt des Barkausenrauschens im Nachgang zu einer Schleifbearbeitung ausgenutzt, um ggf. aufgetretenen Schleifbrand zu detektieren. Dazu wird ein Sensor mit zwei elektrischen Spulen eingesetzt, wobei eine der elektrischen Spulen zum Generieren von Barkhausenrauschen an der Oberfläche eines vorab durch Schleifen bearbeiteten Werkstücks dient und die zweite elektrische Spule zum Erfassen des Barkhausenrauschens eingesetzt wird. Die beiden elektrischen Spulen sind dazu in einem geeigneten Abstand zueinander angeordnet. Ergibt sich eine Veränderung der Amplitude des mit der zweiten elektrischen Spule detektierten Barkhausenrauschens kann diese Veränderung als Maß für einen vorab eingetretenen Schleifbrand genutzt werden. Das so nachteilig beeinflusste Werkstück muss dann ggf. nachbearbeitet oder sogar ausgesondert werden.
- Schleifbrand kann insbesondere durch ein Überschreiten einer Anlasstemperatur auftreten und eine Verringerung der Härte des durch Schleifen bearbeiteten Werkstoffs bewirken.
- Bei den bekannten Möglichkeiten dazu, muss eine der elektrischen Spulen direkten Kontakt zur durch Schleifen bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks haben. Eine quasi in-situ Messung unmittelbar während der Schleifbearbeitung ist nicht möglich. Außerdem ist der messtechnische Aufbau einer so ausgebildeten Sensorik entsprechend aufwändig.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine ausreichend genaue Erkennung von auftretendem Schleifbrand unmittelbar während der Bearbeitung anzugeben, die möglichst auch den Bearbeitungsprozess und damit die zukünftige Vermeidung von Schleifbrand beeinflussen können.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Der Anspruch 6 betrifft eine Vorrichtung dazu. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Ansprüchen realisiert werden.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung oder ggf. der Vermeidung des Auftretens von Schleifbrand an einer Oberfläche eines mittels Schleifen bearbeiteten Werkstücks wird eine Oberfläche eines Werkstücks, das zumindest an der bearbeiteten Oberfläche aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist, mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet. Während der Bearbeitung wird durch den mechanischen Kontakt das Werkstück angeregt. Durch diese Anregung wird eine im Werkstück sich ausbreitende Schallwelle erzeugt, die mit magnetostriktiven Bloch-Wänden wechselwirkt. Durch diese Anregung werden Ummagnetisierungsvorgänge ausgelöst, die in mindestens einem Magnetfeldsensor eine elektrische Spannung induzieren. Die Größe dieser elektrischen Spannung ist abhängig von den Randzoneneigenschaften. Bei der Anregung wird/werden mit dem mindestens einem Magnetfeldsensor, insbesondere mindestens einer elektrischen Detektionsspule oder einem Hall-Sensor, die Amplitude und/oder der Mittelwert der magnetischen Anregung detektiert und mit einem dementsprechenden vorgebbaren Schwellwert verglichen.
- Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist dabei an der zu bearbeitetenden Oberfläche des Werkstücks.
- Bevorzugt wird die Bearbeitung mit einem rotierenden Schleifwerkzeug durchgeführt wird. Durch den mechanischen Kontakt kann das Werkstück mit mindestens der Umdrehungsfrequenz des Werkzeuges angeregt werden.
- Die von dem mindestens einen Magnetfeldsensor detektierten Messsignale sollten vorteilhaft an eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden und bei Erkennung einer Abweichung von einem vorgebbaren Schwellwert sollte mindestens ein Bearbeitungsparameter zum Vermeiden von Schleifbrand verändert werden.
- Als Bearbeitungsparameter können die das spezifische Zeitspanvolumen oder die Abrichtstandzahl verändert werden. So kann/können beispielsweise der Abrichtzeitpunkt verschoben werden oder durch ein verringertes spez. Zeitspanvolumen der bei einer Rotation des Schleifwerkzeugs erreichte Werkstoffabtrag reduziert werden.
- Werden mehrere Magnetfeldsensoren gleichzeitig genutzt, sollte bei einer detektierten vorgebbaren Abweichung eines Messsignals, das mit einem einzigen der Magnetfeldsensoren detektiert worden ist, von einem vorgebbaren Schwellwert mindestens ein Bearbeitungsparameter der Schleifbearbeitung verändert werden, um das Auftreten von Schleifbrand sicher vermeiden zu können. Dabei kann auch ein lokal begrenzter möglicherweise auftretender Schleifbrand, der beispielsweise an einem Rand eines Bearbeitungsbereiches auftreten könnte, vermieden werden.
- Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollte der mindestens eine Magnetfeldsensor in einem Abstand im Bereich 0 mm bis 1mm zur bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks angeordnet sein.
- Vorteilhaft können zwei Magnetfeldsensoren vorhanden und eingesetzt sein, die in einem Gehäuse untergebracht sein können. Damit ist einer Erhöhung der Messdynamik möglich.
- Die magnetische Anregung kann als Barkhausenrauschen generiert und detektiert werden.
- Bei der Erfindung ist es möglich auf eine elektrische Spule, mit der eine elektrische oder elektromagnetische Anregung erreicht werden kann, zu verzichten. Dies vereinfacht den erforderlichen Messaufbau sowohl konstruktiv, wie auch bezüglich der Kosten. Außerdem muss keine Rücksicht auf eine mögliche Anordnung einer zur Anregung genutzten elektrischen Spule genommen werden. Die Zugänglichkeit bei der Schleifbearbeitung ist daher verbessert. Die magnetische Anregung kann allein durch den mechanischen Kontakt zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück und dem dabei erfolgten Energieeintrag in den Werkstückwerkstoff erreicht werden.
- Mit der Erfindung können die Qualität der fertig bearbeiteten Werkstücke erhöht, die Sicherheit und Reproduzierbarkeit bei der Durchführung des Schleifverfahrens verbessert werden. Demzufolge können die Kosten für Ausschuss oder ggf. erforderliche Nachbearbeitungen reduziert werden.
- Außerdem ist eine 100 %-ige Prüfung und dies sogar unmittelbar bei der Schleifbearbeitung möglich, so dass separate und in der Regel nachfolgend durchzuführende Prüfungen vermieden werden können. Durch eine mögliche Archivierung (Speicherung) der detektierten Messsignale mit Zuordnung zum jeweiligen Werkstück kann eine Produktnachverfolgbarkeit ermöglicht werden.
- Wie bereits zum Ausdruck gebracht, kann eine Regelung während des Bearbeitungsprozesses durchgeführt werden, mit der gezielt Einfluss auf eine Vermeidung von Schleifbrand an einem gerade bearbeiteten Werkstück oder nachfolgend mit entsprechend durch die Regelung angepassten Bearbeitungsparametern als Ausgangsbasis für Bearbeitungsparameter an anderen noch zu bearbeitenden Werkstücken genommen werden kann. Die Erfindung ist jedoch auch ohne eine Regelung einsetzbar.
- Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Werkstoff: 100Cr6 Bauteil: Nockenwelle Härte: 60...63 HRC Schleifkörper: CBN-Schleifkörper mit 80 mm Durchmesser und 15 mm Breite Schnittgeschwindigkeit: 68 m/s Werkstückdrehzahl: 55 U/min Aufmaß: 0,5 mm radial Spez. Zeitspanvolumen: 4 mm3/(mm*s) bis 18 mm3/(mm*s) Schruppen Sensor: Seriensensor ohne Magnetisierungsspannung Messtelle: 180 ° gegenüber Schleifposition Messsignal: induzierte elektrische Spannung < 0,1 V ohne Schleifbrand induzierte elektrische Spannung 0,2 V bis 0,4 V mit Schleifbrand
Claims (9)
- Verfahren zur Überwachung und Bewertung der thermischen Randzoneneigenschaften während der Bearbeitung an einer Oberfläche eines mittels Schleifen bearbeiteten Werkstücks, bei dem eine Oberfläche eines Werkstücks, das aus zumindest an der bearbeiteten Oberfläche aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist, mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird und während der Bearbeitung durch den mechanischen Kontakt das Werkstück angeregt wird und durch diese Anregung eine im Werkstück sich ausbreitende Schallwelle erzeugt wird, die mit magnetostriktiven Bloch-Wänden wechselwirkt, wobei durch diese Anregung Ummagnetisierungsvorgänge ausgelöst werden, die in mindestens einem Magnetfeldsensor eine elektrische Spannung induzieren, wobei die Größe dieser induzierten elektrischen Spannung von den Randzoneneigenschaften abhängig ist und dabei mit dem mindestens einen Magnetfeldsensor die Amplitude und/oder der Mittelwert der magnetischen Anregung detektiert und mit einem dementsprechenden vorgebbaren Schwellwert verglichen wird/werden, wobei der mindestens eine Magnetfeldsensor an der zu bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung mit einem rotierenden Schleifwerkzeug durchgeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung durch den mechanischen Kontakt das Werkstück mit mindestens der Umdrehungsfrequenz des Werkzeuges angeregt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem mindestens einen Magnetfeldsensor detektierten Messsignale an eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden und bei Erkennung einer Abweichung vom vorgebbaren Schwellwert mindestens ein Bearbeitungsparameter zum Vermeiden von Schleifbrand verändert wird.
- Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Bearbeitungsparameter das spezifische Zeitspanvolumen oder die Abrichtstandzahl verändert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Magnetfeldsensoren bei einer detektierten vorgebbaren Abweichung eines Messsignals, das mit einem der Magnetfeldsensoren detektiert worden ist, von einem vorgebbaren Schwellwert mindestens eine Bearbeitungsparameter der Schleifbearbeitung verändert wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnetfeldsensor, insbesondere mindestens eine elektrische Detektionsspule, die zur Detektion der Amplitude und/oder des Mittelwerts der induzierten Spannung, ausgebildet ist, am Werkstück anliegend oder in einem vorgebbaren Abstand zur bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks und in einem vorgebbaren Abstand zum Schleifwerkzeug angeordnet ist.
- Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldsensor an eine Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossen ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit zur Beeinflussung mindestens eines Bearbeitungsparameters ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldsensor in einem Abstand im Bereich 0 mm bis 1 mm zur bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist.
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