Hochleistungsprofilschleifen keramischer Werkstoffe im Schnellhubverfahren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des durchgeführten Projektes war es, die Technologie des Schnellhubschleifens keramischer Werkstoffe möglichst bis hin zur Anwendungsreife zu untersuchen. Dazu wurden neben den grundlegenden Wechselwirkungen zwischen Prozesseingangs- und Ausgangsgrößen wichtige Randaspekte wie Randzoneneigenschaften, Abricht- und KSS-Strategien mit einbezogen. Die Abtrennraten wurden dabei im Vergleich zum Stand der Technik um bis zu Faktor 10 gesteigert, die erreichbaren Spanungsvolumina ebenfalls. Als technologisch und wirtschaftlich sinnvoll haben sich Werkstückgeschwindigkeiten im mittleren Bereich von v w = 105 m/min erwiesen, wobei zum einen bereits erhöhte Einsatzkonzentrationen Anwendung finden können, zum anderen ca. 90% der erreichbaren Reduktion an Schleifkräften bei reduzierten Einzelkornbelastungen vorliegen. Die Technologie des Schnellhubschleifens wird nunmehr von der makroskopischen Bauteilfestigkeit begrenzt. Der potenzielle Anwender kann mit stationärem Prozessverhalten rechnen und mit einer groben Vorauslegung einfach und schnell mögliche Parameterbereiche identifizieren, innerhalb derer eine effiziente Bearbeitung möglich ist. Im Kontext der Werkzeugvorbereitung wurde gezeigt, dass zum einen CNC-gesteuerte Abrichtprozesse zur Verfügung stehen, zum anderen die Werkzeuge eine sofort nutzbare Wirktopographie aufweisen können. Ein wesentlicher Einflussbereich der Schleiftechnik, die KSS-Versorgung, konnte als vergleichsweise einflussschwach herausgearbeitet werden. Als signifikant und zukunftsträchtig kann die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsbindungen für keramisch gebundene Diamantschleifscheiben eingeschätzt werden. Zwar konnten maximale Umfangsgeschwindigkeiten von vs = 180 m/s erreicht werden, jedoch kam es in Kombination mit bezogenen Zeitspanungsvolumina ab Q‘w = 60 mm^3/mms zum Ablösen von Schleifkörpersegmenten. Die mit diesen Umfangsgeschwindigkeiten theoretisch erreichbaren Abtrennraten konnten daher nur durch das Prozessmodell prognostiziert werden, zeigen jedoch das weitere Potenzial des Schnellhubschleifens. Die Applikation von CFK-Trägerkörpern zeigte kaum technologischen Nutzen. Neben Weiterentwicklungen zur Schleifscheibenspezifikation können optimierte Abrichterkonstruktionen dazu beitragen, die Technologie des CNC-gesteuerten Abrichtens hochkonzentrierter keramisch gebundener Diamantschleifscheiben zu etablieren. Die Abrichtrolle mit durchgehendem CVD-Belag hat gezeigt, dass G-Verhältnisse von G = 100 möglich sind. Eine Steigerung des CVD-Gehaltes in Verbindung mit Unterbrechungen im Diamantbelag zur Erreichung geeigneter Wirktopographien wäre hier denkbar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Process Stability and Energy Efficiency of the Grinding Process of High Performance Materials. Proceedings of the ASME, International Manufacturing Science and Engineering Conference, Notre Dame, Indiana, USA, June 4–8, 2012, p. 943 - 950
Uhlmann, G. E.; Sammler, F. K.; Heitmueller, F.; Hochschild, L.; Sammler, C.
- Anwenderorientierte Prozessauslegung und Werkzeugvorbereitung zum Schleifen von Hochleistungskeramiken mit hohen Vorschub- und Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeiten. Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren 66 (2013), Essen: Vulkan Verlag, S. 21 - 36
Uhlmann, E.; Sammler, C.
