Modeling and simulation of ring deformation due to clamping

The paper gives an overview of analytical models for calculating the out-of-roundness for rings clamped in a 3-jaw-chuck and addresses their limitations regarding their applicability in machining practice. Results from analytical models and Finite Element Analyses (FEA) of clamping rings with two different clamping sequences are compared and discussed. Analytical models are applied to predict elastic deformations and stresses for a ring clamped on the outer and inner surface with a 3-jaw-chuck. A combined approach of analytical models and FEA is used to calculate the out-of-roundness and the stress distribution of a ring clamped with a 3-jaw-chuck on the outside and with segment jaws on the inside. Especially the influence of the angular position between outer and inner clamping (0 °, 60 °) will be addressed. Additionally the expected shape changes will be qualitatively predicted from simulated elastic stresses. Finally, the simulation results are compared with measured out-of-roundness and residual stresses of machined rings. Modellierung und Simulation der Ringverformung beim Spannen Die Veroffentlichung gibt zunachst einen Uberblick analytischer Modelle zur Berechnung von Rundheitsfehlern von Ringen, die zur Drehbearbeitung im Dreibackenfutter eingespannt werden. Zusatzlich werden die Limitationen der gangigen Modelle aufgezeigt. Ergebnisse eigener Berechnungen basierend auf analytischen Modellen und Finite-Elemente-Modellen zweier unterschiedlicher Spannfolgen zur Drehbearbeitung von Ringen werden prasentiert und diskutiert. Fur die Simulation der Ausen- und Inneneinspannung mittels Dreibackenfutter wurde ein analytisches Modell eingesetzt. Die Inneneinspannung mit Segmentbacken wurde durch die Verknupfung eines analytischen Modells mit der Finite-Elemente-Methode simuliert. Dabei wurde der Einfluss der Winkellage zwischen Ausen- und Inneneinspannung (0 °, 60 °) hinsichtlich resultierender Formabweichungen und elastischer Bauteilspannungen analysiert. Die Simulationsergebnisse wurden schlieslich mit gemessenen Formabweichungen zerspanter Ringe verglichen.