Untersuchung der Trennmechanismen bei der spanenden Bearbeitung von Stahl-Beton-Verbunden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der vorliegende Bericht legt die Ergebnisse des zweiten Förderungszeitraums zum Forschungsvorhaben „Untersuchung der Trennmechanismen bei der spanenden Bearbeitung von Stahl-Beton-Verbunden“ dar. Ziel des gesamten Vorhabens ist die anforderungsgerechte Werkzeug- und Prozessauslegung für die spanende Bearbeitung von Stahlbeton mit Diamantwerkzeugen. Der zweite Antragszeitraum hat zum Ziel, ein im ersten Antragszeitraum entwickeltes Modell zur Auslegung der Kornverteilung bei einem Schleifbelag zu validieren und gegebenenfalls zu erweitern und damit die Übertragbarkeit der im ersten Antragszeitraum gewonnenen Erkenntnisse auf einen realen Prozess zu überprüfen. Um das Ziel des zweiten Antragszeitraums und damit auch das Gesamtziel des Vorhabens zu erreichen, wurden drei unterschiedliche Schleifwerkzeuge auf Basis des vorliegenden Modells entwickelt und beschafft. Diese Werkzeuge wurden im realen Schleifprozess an Werkstücken mit unterschiedlicher Stahlkonzentration eingesetzt und das Prozessverhalten anhand der entstandenen Werkstückoberflächen, der Schleifkräfte sowie der Prozesswirkung auf das Werkzeug analysiert. Grundlage für die Auslegung der Schleifwerkzeuge waren die im ersten Projektzeitraum ermittelten Kenntnisse hinsichtlich der Breitenabtragsfaktoren im Beton und im Stahl. In den experimentellen Untersuchungen wurde die Einzelkornspanungdicke über eine Variation der Vorschubgeschwindigkeit verändert und somit die Auswirkung der unterschiedlichen Diamantanordnung der Schleifscheibe sowie der Einzelkornspanungsdicke auf das Einsatzverhalten analysiert. Die Ergebnisse der Schleifbearbeitung des Verbundwerkstoffs Stahlbeton zeigen, dass das Zerspanungsverhalten des duktileren Materials, in diesem Fall Stahl, für die Auslegung des Werkzeugs maßgeblich ist. Werden die für die Betonbearbeitung üblichen größeren Breitenabtragsfaktoren für die Werkzeugauslegung angenommen, kann keine prozesssichere Bearbeitung des Stahlanteils gewährleistet werden. Unter Berücksichtigung dieser Randbedingung können die Projektergebnisse aus dem ersten Projektzeitraum auf einen realen Trennprozess übertragen werden. Die Analyse des Schleifscheibenverschleißes zeigt, dass bei den deterministisch angeordneten Diamantkörnern lediglich vereinzelt Absplitterungen auftreten, allerdings nicht auf eine Kornüberlastung zurückgeführt werden können. Sind die Diamanten stochastisch auf dem Schleifscheibenumfang verteilt, wirken lokal erhöhte Einzelkornspanungsdicken, die zu einer Überlastung des Korns führen. Bei diesen Werkzeugen ist ein erhöhter Verschleiß in Form von Kornsplittern zu verzeichnen. Zusammenfassend ist es hinsichtlich des Werkzeugverschleißes und auch der Schleifkräfte vorteilhaft, wenn die Diamanten auf der Schleifscheibe deterministisch nach einem vorgegebenen Muster verteilt sind. Die Modellansätze aus dem ersten Projektzeitraum wurden weiterentwickelt, so dass die anforderungsgerechte Auslegung von Schleifwerkzeugen möglich ist. Eine Berücksichtigung von Verschleißeinflüssen war hierzu nicht erforderlich. Die Projektergebnisse zeigen das Potenzial einer deterministischen Verteilung der Schleifkörner auf dem Schleifscheibenumfang auf. In weiterführenden Arbeiten sollte geklärt werden, ob diese Erkenntnisse auf andere sprödharte und duktile Materialien übertragen werden können. Dadurch würde die Möglichkeit geschaffen, einen Leitfaden für die Auslegung von Schleifscheiben für unterschiedliche Materialien zu schaffen. Grundlage dafür wären wiederum Ritzuntersuchungen. Weiterhin sollte geprüft werden, wie die Breitenabtragsfaktoren mit Materialkennwerten, wie beispielsweise den werkstoffspezifischen Fließkurven, korrelieren. Ein weiterer Ansatz besteht darin, mehrlagige gesetzte Schleifscheiben zu entwickeln und für solche Werkzeuge ebenfalls einen Leitfaden für die Werkzeugauslegung zu gestalten. Mehrlagige Werkzeuge ermöglichen, dass bei einem Verschleiß einzelner Schneidkörner die Bindung zurückgesetzt wird, und so neue Schneidkörner in Eingriff kommen können. Diese Werkzeuge sind darüber hinaus abrichtbar, so dass Schleifscheibenform und Topographie eingestellt werden können. Allerdings wäre hierfür die Entwicklung einer prozesssicheren Technologie für die Herstellung solcher Schleifwerkzeuge mit dreidimensional deterministisch verteilten Schneidkörnern die Voraussetzung.
