Mehrskalige Analyse der Materialabtrennmechanismen beim Schleifen von unverstärkten thermoplastischen Kunststoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326745661

Aufgrund ihrer positiven Eigenschaften, wie einer geringen Dichte, einer hohen Formflexibilität und einer energieeffizienten Herstellung, substituieren Kunststoffe die klassischen metallischen und keramischen Konstruktionsbauteile zunehmend. Das Schleifen gehört zu den spanenden Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide. Aufgrund seiner Eigenschaften dient es dazu, Bauteile mit hohen Ansprüchen an die einzuhaltenden Form-, Maß- und Lagetoleranzen zu fertigen und wird in einer Prozesskette häufig als Endbearbeitungsverfahren eingesetzt. Im Stand der Technik lassen sich nur wenige wissenschaftliche Untersuchungen zur Schleifbearbeitung von Kunststoffen finden. Im Erstantrag fanden aus diesem Grund schleiftechnische Untersuchungen an den beiden unverstärkten thermoplastischen Kunststoffen Polyoxymethylen-Copolymerisat (POM-C) und Polyetheretherketon (PEEK) statt. Dadurch war es möglich, Prozessparameter zu erarbeiten, die zu einem sicheren Schleifprozess hinsichtlich der auftretenden Prozesskräfte und der Erreichung der am Bauteil erforderlichen Oberflächengüte führen. Zusätzlich kamen Einzelkornritzversuche zum Einsatz, um die Spanbildungs- und Materialabtrennmechanismen grundlegend zu analysieren. Aus den dabei ermittelten Erkenntnissen wurden anschließend zwei Modelle entwickelt, die den Korneingriff beim Schleifen der beiden Thermoplaste vereinfacht darstellen. In den bisher durchgeführten schleiftechnischen Untersuchungen ist der Schleifscheibenverschleiß durch regelmäßige Konditionierprozesse umgangen und dadurch vernachlässigt worden. Dieser weist allerdings einen erheblichen Einfluss auf die Effektivität der Schleifbearbeitung von Kunststoffen auf. In dem geplanten Projekt werden daher grundlegende Untersuchungen bezüglich des Schleifscheibenverschleißes in Abhängigkeit von den Bearbeitungsparametern und der Schleifscheibenspezifikation durchgeführt. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen hinsichtlich des Schleifscheibenverschleißes werden abschließend mit den Erkenntnissen aus dem Erstantrag verknüpft. Die in den bisherigen Untersuchungen identifizierten Prozessparameter hinsichtlich der erzielbaren Oberflächengüte und der auftretenden Prozesskräfte können somit weitergehend in Bezug auf den Werkzeugverschleiß untersucht werden. Dadurch ist die Auslegung eines zielgerichteten Schleifprozesses bei gleichzeitig geringem Werkzeugverschleiß für die Bearbeitung unverstärkter thermoplastischer Kunststoffe möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen