Batchgefertigte nachgiebige Mikroschleifwerkzeuge für die Endbearbeitung metallischer Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418797794

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der technologische Fortschritt erfordert stets präzisere Bauteile. So verbessert eine höhere Oberflächengüte (Ra < 0,2 µm) unter anderem im optischen Bereich die Reflexion und im mechanischen Bereich die Kontaktfläche, die Reibwerte und die Korrosionsbeständigkeit. Für eine solche Steigerung der Funktionalität von Konstruktionsbauteilen und Verbindungselementen werden neuartige Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung von duktilen Werkstoffen gefordert. Innerhalb des Projektes soll daher die Herstellung eines Mikroschleifwerkzeuges mit flexibler Bindungsmatrix zur Endbearbeitung von Kupfer untersucht werden. Das Ziel ist hierbei die analytische und empirische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen dem Herstellungsprozess und dem Einsatzverhalten der neuartigen Werkzeuge. Der Herstellungsprozess wurde durch eine Variation der Prozessparameter erforscht und durch Analyseverfahren verstanden, um eine optimierte Auswahl an Herstellungsparametern (25 m%; 1.000 U/min; 450 s; 350 °C) zu treffen. Die hergestellten Mikroschleifwerkzeuge mit kreisrunder Struktur wurden zur Erzeugung von hohen Oberflächengüten auf Kupferoberflächen eingesetzt. Hierbei stellte sich Siliziumcarbid neben kubischem Bornitrid und Diamant als effizientestes Abrasiv heraus, wobei sich kein Einfluss der Kornart auf den linearen Werkzeugverschleiß zeigte. Mittels statistischer Auswertung in Parametervariationen wurden optimierte Schleifparameter (20.000 U/min; 100 mm/min; 5 µm) zur Reduktion des Werkzeugverschleißes eruiert. Durch ein mehrfaches Überschleifen wurde die erreichbare Oberflächenqualität im Schleifprozess erhöht und empirisch modelliert. Weitere Verbesserungen konnten durch die Entwicklung einer Vorrichtung zur oberflächlichen anodischen Oxidation der Werkstücke innerhalb der Werkzeugmaschine gezeigt werden. Rauheiten von Ra = 0,06 ± 0,02 µm und Rz = 1,10 ± 0,35 µm wurden erreicht. Trotz des Erreichens des Projektziels mit der Erforschung eines neuartigen, effizienten Mikroschleifwerkzeugs zur Bearbeitung duktiler Materialien, zeigte sich eine Limitierung der Anwendbarkeit bei gekrümmten Freiformflächen in der 3-Achsbearbeitung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Application of batch manufactured flexible microgrinding tools on copper and oxidized copper surfaces, 63. Tribologie-Fachtagung, Göttingen, 2022.
  Steinhoff, L.; Dencker, F. & Wurz, M.C.
  
• Herstellung und Evaluierung von Mikroschleifstiften, Produktionstechnik Hannover informiert (phi), Nr. 36, 2022
  Steinhoff, L.
  
• Production and characterisation of batch manufactured flexible micro-grinding tools for finishing metallic surfaces, euspen’s 22nd ICE, Genf, 2022,
  Steinhoff, L.; Dencker, F. & Wurz, M.C.
  
• Application of batch manufactured flexible micro-grinding tools on copper and oxidized copper surfaces. Tribologie und Schmierungstechnik, 70(1), 5-10.
  Steinhoff, Lukas; Dencker, Folke & Wurz, Marc Christopher
  
• Detailed characterisation of batch-manufactured flexible micro-grinding tools for electrochemical assisted grinding of copper surfaces. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 128(5-6), 2301-2310.
  Steinhoff, Lukas; Ottermann, Rico; Dencker, Folke & Wurz, Marc Christopher