Modellierung des Abtragsverhaltens in der Padpolitur

Kelm, Andreas GND

Präzise Optiken werden auch heute noch häufig mit der klassischen Prozesskette gefertigt. Zur Erzeugung der Oberflächengeometrie kommt dabei ein Schleifprozess zum Einsatz. Der darauffolgende Polierprozess dient der Glättung der Oberfläche und beseitigt die vom Vorprozess beschädigte Materialschicht. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Modell vorgestellt, mit dem eine Vorhersage über den Materialabtrag bei der Padpolitur von Oberflächen möglich ist. Dieses ermöglicht die Vorhersage des Materialabtrags auf Basis physikalischer Parameter und die für beliebige Oberflächengeometrien ausgelegt Berechnung liefert ortsabhängige Abtragsfunktionen. Das Modell beinhaltet die Geometrie des Werkstücks, d.h. die dadurch verursachte Änderung der Abtragsfunktion ist integraler Teil der Simulation. Zu den berücksichtigten variablen Parametern zählen der lokale Verlauf der Werkstückoberfläche, die Geometrie des Werkzeugs, die Drehzahlen von Werkzeug und Werkstück sowie die Kraft auf das Werkzeug.

Within the limits of this thesis a model is described that is used to make a prediction of the surface wear in a polishing process using a polishing pad. The introduced model uses parameters that can physically be measured and can be used on any work piece geometries. It provides position-dependent tool influence functions. The model includes the surface geometry of the work piece so this influence on the tool influence function is an integral part of the simulation. This is a major improvement in relation to polishing machines that are commercial available. The variable input parameters include local curvature of work piece, the shape of the tool, the rotational speed of tool and work piece and the force between tool and work piece. The comparison of real polishing and the simulation has a good correlation with divergences of around 10% and below. The high dependency of width and geometry of the tool influence functions in relation of the tool position can be seen in simulation as well as in real polishing. The dependency of wear and tool position of tools using an offset between area of contact and the rotation center can be shown using the simulation. The effectiveness of a profile for the tool feed rate that is theoretically deduced to minimize this tool properties also is presented. The known dependency of the Preston Coefficient and the relative velocity between tool and work piece is experimentally shown and a process is shown to measure the coefficient of friction during the polishing process. The measurement results do correlate with values obtained from literature.

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Modell vorgestellt, mit dem eine Vorhersage über den Materialabtrag bei der Padpolitur von Oberflächen möglich ist. Es ermöglicht die Vorhersage des Materialabtrags auf Basis physikalischer Parameter. Die Berechnung ist für beliebige Oberflächengeometrien ausgelegt und liefert ortsabhängige Abtragsfunktionen. Das Modell beinhaltet die Geometrie des Werkstücks, d.h. die dadurch verursachte Änderung der Abtragsfunktion ist integraler Teil der Simulation. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung zu kommerziell erhältlichen Poliermaschinen dar, die teilweise mit festen Abtragsfunktionen arbeiten. Zu den berücksichtigten variablen Parametern zählen der lokale Verlauf der Werkstückoberfläche, die Geometrie des Werkzeugs, die Drehzahlen von Werkzeug und Werkstück sowie die Kraft auf das Werkzeug. Der Vergleich realer Polituren mit den Ergebnissen der Simulation liefert eine hohe Übereinstimmung mit Abweichungen im Bereich von 10% und darunter. Die starke Positionsabhängigkeit von Form und Größe der Abtragsspuren in der Rundtischpolitur zeigt sich gleichermaßen in der Simulation als auch der realen Politur. Das Modell bildet die Positionsabhängigkeit des Abtrags bei Verwendung von Offsetwerkzeugen ab. Die Wirksamkeit eines theoretisch hergeleiteten Vorschubprofils zur Beseitigung dieser Eigenheit von Offsetwerkzeugen zeigt die Simulation ebenso. Die in der Literatur genannte Abhängigkeit des Preston-Koeffizienten von der Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück wird experimentell nachvollzogen und ein Verfahren zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten während des Polierprozesses vorgestellt. Die so gemessenen Werte stimmen gut mit den in der Literatur angegebenen Werten überein.

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Kelm, Andreas: Modellierung des Abtragsverhaltens in der Padpolitur. gw 2017.

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