Zerspanungstheorie beim Schleifen faserverstärkter Nichtoxidkeramiken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413733313

Aufgrund eines begrenzten Weiterentwicklungspotentials hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit von metallischen Superlegierungen sind faserverstärkte Keramiken in den Fokus der Werkstoffentwicklungen getreten. Das Zerspanverhalten und die Spanbildungsmechanismen bei der Schleifbearbeitung von Keramiken wurden bereits an unterschiedlichen monolithischen Keramikwerkstoffen untersucht. Unter anderem konnte im Rahmen dieser Untersuchungen gezeigt werden, dass auch bei sprödharten Werkstoffen eine duktile Zerspanung möglich ist. Untersuchungen zur Schleifbearbeitung von faserverstärkten Keramiken wurden bereits veröffentlicht, allerdings sind die Zerspanmechanismen, die bei der Bearbeitung von faserverstärkten Keramiken vorliegen, weitgehend unbekannt. Auch die Auswirkungen einer Schleifbearbeitung auf die Randzone dieser Werkstoffe ist nur in Grundzügen untersucht. Für eine gezielte Prozessauslegung sind daher systematische Untersuchungen zu den Zerspanmechanismen sowie ein tiefgreifendes Werkstoffverständnis notwendig. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, ein heuristisches Erklärungsmodell für die Zerspanmechanismen bei der Schleifbearbeitung von faserverstärkten Nichtoxidkeramiken zu entwickeln. Am Beispiel von C/SiC- und SiC/SiC-Keramiken wird der Einfluss der Faserorientierung und des Faserwerkstoffs auf das Zerspanverhalten sowohl qualitativ als auch quantitativ beschrieben. Weiterhin wird im Rahmen des Vorhabens erklärt, welche Ursache-Wirkungsbeziehungen zwischen den Schleifparametern und der entstehenden Bauteilrandzone bestehen und inwieweit die Auswirkungen des Schleifprozesses durch die Faserorientierung und den Faserwerkstoff beeinflusst werden. Außerdem gilt es, ein empirisches Modell zu entwickeln, welches die Zerspanmechanismen in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften sowie von den Schleifprozessparametern beschreibt. Basierend auf den generierten Erkenntnissen wird abschließend ein heuristisches Erklärungsmodell erstellt, welches die Bauteilrandzoneneigenschaften des Werkstücks nach der Schleifbearbeitung sowie die identifizierten Zerspanmechanismen auf Basis der Werkstoffeigenschaften aggregiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke; Dr.-Ing. Patrick Mattfeld