Performance increase of metal bonded CBN tools by cryogenic cooling
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Vorhabens wurde untersucht, wie sich die Kombination aus einem hoch wärmeleitenden Schleifbelag und einer kryogenen Kühlung auf die Wärmebilanz des Schleifprozesses auswirkt. Ziel war es, Grundlagen für eine potentielle Produktivitätssteigerung durch einen effektiven Wärmetransport aus der Kontaktzone zu schaffen. Zu diesem Zweck wurden zunächst die thermischen Eigenschaften des Schleifbelags quantifiziert. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch eine Erhöhung des Schleifkornanteils die Wärmeleitfähigkeit des Schleifbelags gesteigert wird. Eine in diesem Projekt entwickelte Methodik zur Analyse der Wärmeverteilung zeigte, dass sich durch die Verwendung eines Schleifbelags mit höherer Kornkonzentration auch der Anteil der Gesamtwärmemenge verringert, der in das Werkstück übertragen wird. Stattdessen wird ein größerer Anteil der Wärme über die Schleifscheibe abgeführt. Ein Vergleich verschiedener Kombinationen aus kryogener und konventioneller Ölkühlung zeigte eine verringerte Wärmebelastung für das Werkstück, wenn parallel zur Kühlung der Kontaktzone mit Öl die Schleifscheibe mit tiefkaltem Gas gekühlt wird. Allerdings konnte kein signifikanter Einfluss dieser Kühlung auf die Eigenspannungen der erzeugten Oberfläche festgestellt werden. Die Oberfläche der Schleifscheiben wirkte sich zwar deutlich auf die Prozesskräfte, jedoch nicht auf die Materialtrennung und geringfügig auf die Temperaturverteilung im Schleifprozess aus. Ein Vergleich der Kühlvarianten in der Schnittunterbrechung zeigte eine effizientere Materialtrennung bei kryogener Kühlung, welche aufgrund der erhöhten Reibung zwischen Schleifkorn und Werkstück im Vergleich zur Ölkühlung auftritt. Bezüglich der Produktivität konnte kein Unterschied zwischen einer konventionellen Ölkühlung und einer Kombination aus Öl und kryogener Kühlung gefunden werden. Allerdings konnte sowohl für die metallischen cBN- als auch für die konventionellen Korundschleifscheiben eine Vergrößerung des Verschleißes bei Verwendung einer kryogenen Schleifscheibenkühlung festgestellt werden.
Publications
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Charakterisierung thermischer und mechanischer Eigenschaften von bronzegebundenen CBN-Schleifscheiben. dihw - Diamant Hochleistungswerkzeuge, 13, S. 12–17
Denkena, B.; Krödel, A. & Köhler, L.
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In-situ measurement of the temperature inside the grinding wheel. euspen - Special Interest Group Meeting on Thermal Issues
Breidenstein, B.; Bergmann, B. & Köhler, L.
