Steigerung der Prozessleistungsfähigkeit durch Schleifen mit mikroprofilierten Schleifscheiben
Final Report Abstract
Die Produktivität von Schleifprozessen ist in den meisten Fällen durch thermisch bedingte Bauteilschädigungen limitiert. Ein Großteil der mechanischen Leistung wird beim Schleifen direkt in Wärme umgewandelt und über die Kontaktzone in das Werkstück induziert. Folgen sind im schlimmsten Fall Bauteilschädigungen, wie Schleifrisse oder Schädigungen der Randzone. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts konnte eine Methodik aufgezeigt werden, welche es erlaubt insbesondere Schruppprozesse, sowohl beim Flach- als auch beim Außenrundschleifen leistungsfähiger zu gestalten. Durch die Verwendung strukturierter Schleifscheiben können größere Zeitspanvolumina von bis zu 300 % im Vergleich zu nicht-strukturierten Schleifwerkzeug eingestellt werden, da Prozesskräfte und die thermischen Belastungen in der Kontaktzone signifikant reduziert werden konnten. Dies ist maßgeblich auf eine effizientere Mikrozerspanung und auf einen verbesserten Kühlmittelfluss und Spanabtransport zurückzuführen. Die erhöhte Rauheit nach dem Schleifen mit strukturierten Schleifscheiben ist für Schruppprozesse akzeptabel, da diese durch nachfolgende Schlichtoperationen ausgeglichen werden kann. Dennoch ist es möglich die Rauheit durch eine Veränderung der Strukturanordnung (Querstrukturen) nur geringfügig zu erhöhen und gleichzeitig die positiven Effekte der Prozesskraftreduzierung beizubehalten. Durch die geneigte und nicht durchgängige Strukturanordnung können Prozessinstabilitäten ausgeschlossen werden, was messtechnisch belegt wurde. Die entwickelte Strukturierungsmethodik erlaubt eine einfache Implementierung in nahezu jede am Markt erhältliche Schleifmaschine, da die Strukturierungswerkzeuge mit konventionellen Abrichtspindeln angetrieben werden. Die Kontaktbedingungen beim Strukturieren wurden umfangreich beschrieben und anhand des Kennwertes der effektiven Kontaktfläche Aeff in komprimierter Form zusammengefasst. Die Schleifuntersuchungen haben gezeigt, dass die Aeff einen dominanten Einfluss auf das Schleifergebnis besitzt und daher als Auslegungsgröße für die Strukturierung verwendet werden sollte. Gleichzeitig beeinflusst Aeff auch signifikant den Schleifwerkzeugverschleiß, welcher mit sinkender Kontaktfläche zunimmt. Dies sollte bei einer späteren industriellen Anwendung stets berücksichtigt werden. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten das Verschleißverhalten strukturierter Schleifscheiben umfangreicher untersuchen, um dann in einem nächsten Schritt Methoden und Prozesse für eine effiziente Nachstrukturierung zu entwickeln. Nur so kann eine erfolgreiche Industrielle Implementierung dieser vielversprechenden Ergebnisse erfolgen.
Publications
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Der richtige Schliff - Anwenderbericht des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW), Nanofocus Newsletter Mai 2013, Nanofocus AG, 2013
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Schleifen mit strukturierten Schleifscheiben - Einfluss der Strukturierung mittels CVD-Diamantschneide auf die resultierende Bauteilqualität und die Prozesskräfte, dihw Magazin, 4.2013, S. 34 – 39, 2013
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Leistungssteigerung durch strukturierte Schleifscheibenoberflächen, 11. Hanser Schleiftagung, 26.02. - 27.02.2014, Stuttgart-Fellbach, 6 Seiten, 2014
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Enhanced grinding perfomance by means of patterned grinding wheels. (IJAMT) The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, April 2015, Volume 77, Issue 9–12, pp 1935–1941
Denkena, B., Göttsching, T., da Silva, E.J., Coelho, R.T., Filleti, R.
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Grinding with patterned grinding wheels. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Volume 8, January 2015, Pages 12-21
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