Materialtrennmechanismen beim Schruppschleifen mit großen CBN-Körnern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504720447

Zur Schruppbearbeitung von Bauteilen werden vorrangig Bearbeitungsprozesse mit geometrisch bestimmter Schneide verwendet, bevor eine Feinbearbeitung mittels Schleifen erfolgt. Dies liegt darin begründet, dass das Zeitspanvolumen beim Schleifen in der Regel deutlich geringer ist als bei der geometrisch bestimmten Bearbeitung. Neuartige Herstellungsprozesse ermöglichen mittlerweile jedoch die Synthese großer CBN-Körner mit hoher Kantenqualität und mechanischer Stabilität. Die Nutzung dieser Körner für das Hochleistungsschleifen erlaubt die Erschließung neuer Dimensionen hinsichtlich der Spanungsdicken und der Zeitspanvolumina in der Zerspanung mit geometrisch unbestimmter Schneide. Die vorherrschenden Abtragsmechanismen unter diesen Bedingungen beim Hochleistungsschleifen von gehärtetem Stahl sind heute unbekannt. Das Ziel des Vorhabens ist daher die Kenntnis der Materialtrennmechanismen beim Schruppschleifen mit CBN-Körnern mit einer Korngröße von über 300 µm. Zunächst soll Kenntnis über die Aufteilung der Wärmeströme beim Schleifen mit großen CBN-Körnern zur Verfügung stehen. Mit den nun identifizierten Prozessstellgrößen werden gezielt die Einzelkornspanungsdicken ausgewählt, die im Bereich des Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsschleifens liegen, um Kenntnis über den Übergang von Materialtrennmechanismen in Abhängigkeit der Korngeometrie beim Einkornschleifen zu erlangen. Die Auswertung des kontinuierlich erhöhten Ritzspurquerschnitts und der seitlichen Aufwürfe erlaubt die Quantifizierung der vorliegenden Materialtrennmechanismen sowie Verschleißerscheinungen am Werkzeug. Sind die Einzelkornspanungsdicken bekannt, an denen ein Wechsel des vorherrschenden Materialtrennmechanismus erfolgt, wird Kenntnis über die Spanbildungsgrößen beim Schleifen mit großen CBN-Körnern erarbeitet. Hierfür werden Schnittunterbrechungen beim Schleifen durchgeführt. Neben der Validierung der beim Einkornschleifen identifizierten Materialtrennmechanismen für das Schleifen, können auf diese Weise die Spanbildungsgrößen bestimmt werden. Dies wiederum erlaubt die Einordnung des Schleifens mit den neuartigen grobkörnigen CBN-Schleifscheiben gegenüber der geometrisch bestimmten Zerspanung. Anschließend werden die zu den Schleifuntersuchungen dazugehörigen Eigenspannungstiefenverläufe analytisch erfasst. Eine Korrelation mit den zuvor ermittelten Prozesskräften und -temperaturen erlaubt die Aufschlüsselung des Anteils an thermischen und mechanischen Werkstückbelastungen und folglich die Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Randzonenschädigungen und Materialtrennmechanismen. Abschließend wird eine Materialabtragssimulation erstellt und die reale Schleifscheibentopographie, die mithilfe einer Lasertriangulationssensors messtechnisch erfasst wird, berücksichtigt. Das Vorhaben ist mit der Verfügbarkeit einer skalenübergreifenden Modellierung zur Abbildung des Übergangs von der Spanbildungs-Mikroskala auf die Makroskala Schleifscheibe abgeschlossen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen