Leistungssteigerung metallisch gebundener CBN-Werkzeuge durch kryogene Kühlung

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Breidenstein, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405337217

Metallisch gebundene CBN-Schleifwerkzeuge bieten im Vergleich zu konventionell eingesetzten Werkzeugtypen aufgrund ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit das Potenzial, die Wärmebilanz beim Schleifen zugunsten geringerer Werkstücktemperaturen zu beeinflussen. Ein geringerer Wärmeeintrag in das Bauteil resultiert in erhöhter Bauteilqualität und ermöglicht so eine Produktivitätssteigerung. Die Technologie der Kühlung durch kalte Medien (kryogene Kühlung) offeriert das Potenzial, den Temperaturunterschied zwischen Werkstück und Werkzeug zu vergrößern und so die Wärmeabfuhr aus der Zerspanzone und damit das Leistungspotenzial metallisch gebundener CBN-Werkzeuge zusätzlich zu erhöhen. Der Einfluss der Kühltemperatur beim Einsatz dieser Werkzeuge auf die Spanbildung, die hieraus resultierende Wärmeentstehung und -verteilung ist heute nicht hinreichend bekannt. Aus diesen Gründen ist das Ziel des hier beantragten Vorhabens die Ermittlung der technologischen Grundlagen zur Produktivitätssteigerung metallisch gebundener CBN Schleifwerkzeuge durch den Einsatz kryogener Kühlung. Der innovative Lösungsansatz besteht hierbei darin, die Wärmebilanz des Schleifprozesses gezielt durch den Einsatz kalter Medien zu beeinflussen. Auf diese Weise kann die Temperatur des Schleifwerkzeugs gesenkt werden, so dass mehr Wärme in das Werkzeug übergeht. Auf wissenschaftlicher Ebene trägt diese Zielsetzung wesentlich zu einem besseren Verständnis des Schleifprozesses bei. Auf diesem Grundlagenverständnis aufbauend kann erstmalig das Potenzial der heute vielfach diskutierten Technologie kryogener Kühlung wissenschaftlich bewertet werden. Der Einsatz von metallisch gebundenen CBN-Werkzeugen findet heute noch nicht in großem Maßstab statt, da die Vorteile, die den höheren Anschaffungspreis der Werkzeuge aufwiegen können, noch nicht vollständig quantifizierbar sind. Für thermisch kritische Prozesse, wie das bei der Verzahnungsherstellung eingesetzte Profilschleifen von Stahl, entsteht direkt die Möglichkeit, die Produktivität und damit die Wirtschaftlichkeit durch Produktivitätserhöhung deutlich zu steigern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Thilo Grove, bis 6/2019