Einfluss der Segmentierung von Schleifscheiben auf das Arbeitsergebnis beim Rundschleifen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die Eignung einfach strukturierter Schleifscheiben zur Senkung der thermischen Randzonenbeeinflussung von 100Cr6 Werkstücken im Rahmen von Quer-Umfangs-Außen-Rundschleifoperationen zu untersuchen, wurden aufbauend auf den Erkenntnissen des ersten Projektzeitraumes Schleifscheiben mit Strukturen ausgelegt, die während des Schleifprozesses eine Kontaktzone gleichbleibenden Flächeninhalts gewährleisten. Diese Maßnahme führte zu einer positiven Reduzierung der dynamischen Zustellungen während des Prozesses, so dass im Vergleich zum ersten Projektzeitraum sowohl der Verschleiß, als auch die thermische Randzonenbeeinflussung und die Werkstückrauheit beim Einsatz strukturierter Schleifscheiben verringert werden konnten. Im Folgenden konnte mit den neu ausgelegten strukturierten Schleifscheiben gezeigt werden, dass sowohl eine Reduzierung des notwendigen Kühlschmierstoffvolumenstroms, als auch eine Steigerung des bezogenen Zeitspanungsvolumens bzw. der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit im Vergleich zu einen Schleifscheiben mit geschlossenem Schleifbelag, bei gleicher Oberflächenbeeinflussung möglich ist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei den strukturierten Schleifwerkzeugen beim Überschreiten einer bestimmten Einzelkornbelastung, abhängig von der Nutbreite, der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit, des aktuellen Arbeitseingriffs, der Werkstückgeschwindigkeit und des äquivalenten Schleifscheibendurchmessers, eine veränderte Verschleißmechanismusausprägung in Form von Bindungsbrückenzerrüttung, beginnend am Nuteinlauf einsetzen kann. Diese Grenze sollte unter keinen Umständen überschritten werden, da sie den Schleifprozess unwirtschaftlich und prozessunsicher werden lässt. Um diesen Effekt zu minimieren, wurden in der zweiten Hälfte dieses Projektzeitraumes Schleifscheiben mit einer Belagsreduzierung von 25 % und einem erhöhten Bindungsanteil bzw. einem erhöhten Bindungsanteil und gesteigerter Kornkonzentration eingesetzt. Die Maßnahmen der Spezifikationsänderungen führten zu einer Erhöhung der maximalen Nutgrenzbreite, hatten jedoch insbesondere bei weniger thermisch anspruchsvollen Schleifprozessen eine erhöhte thermische Randzonenbeeinflussung der Werkstücke im Vergleich zur Referenzschleifscheibe zur Folge. Mit steigender Kontaktzone konnte diese Differenz jedoch minimiert werden, so dass bei einigen Prozessen letztlich bei annähernd identischer Randzonenbeeinflussung ein Vorteil durch verringerten Verschleiß und bessere Oberflächenrauheiten erzielt werden konnten. Im Zusammenhang mit durchgeführten Abrichtuntersuchungen konnte festgestellt werden, dass unabhängig von der prozentualen Schleifbelagsreduzierung, dieselben bekannten Zusammenhänge zwischen Stellgrößenvariationen, wie beispielsweise dem Abrichtüberdeckungsgrad oder dem Geschwindigkeitsverhältnis, bestehen, wie sie beim Einsatz von Schleifscheiben mit geschlossenem Schleifbelag auftreten. Es konnte während dieses Arbeitspaketes zudem keine signifikante Beeinflussung des Abrichterverschleißes zwischen strukturierten Schleifscheiben und Schleifwerkzeugen mit geschlossenem Belag festgestellt werden, was vermutlich auf eine zwar erhöhte Dynamik, im Gegenzug aber eine verringerte Kornkontaktanzahl zurückgeführt werden kann. Abschließend ist für dieses Forschungsvorhaben festzuhalten, dass eine Schleifbelagsspezifikationsanpassung und eine gezielt ausgelegte Strukturierung von Schleifbelägen sowohl einen technologischen, als auch einen wirtschaftlichen Nutzen für Anwender von thermisch anspruchsvollen Schleifprozessen mit großen Kontaktzonen und ungünstiger Geometrie für eine Kühlschmierstoffzuführung mit sich bringen können. In Folge dessen ist weiterer Forschungsbedarf identifiziert worden, inwieweit sich die Erkenntnisse vom Quer-Umfangs-Außen-Rundschleifen auf weitere Schleifkinematiken übertragen lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Technologischer Nutzen von Schleifbelagsnutungen. wt Werkstattstechnik online 99 (2009) 6, S. 390 - 395
Uhlmann, E.; Kirchgatter, M.
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Analyse von Schleifprozessen mit genuteten Schleifscheiben. wt Werkstattstechnik online 100 (2010) 6, S. 494 - 501
Uhlmann, E.; Mewis, J.; Hochschild, L.
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Dynamiksimulation von Schleifprozessen. wt Werkstattstechnik online 100 (2010) 1/2, S. 53 - 61
Uhlmann, E.; Mewis, J.; Kirchgatter, M.
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Einsatzverhalten genuteter CBN-Schleifscheiben in keramischer Bindung beim Außenrund-Einstechschleifen. Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin. Hrsg.: Uhlmann, E. Stuttgart: Fraunhofer IRB, 2010
Kirchgatter, M.
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Ressourceneffizientes Schleifen – Lösungen und Grenzen. In: Moderne Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung 2010. Hrsg.: Tawakoli, T. Villingen-Schwenningen: Vulkan, 2010, S. 2-1 - 2-15
Uhlmann, E.; Sammler, C.
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Tool optimization for high speed grinding. Prod. Eng. Res. Devel., Springer, 2013
Uhlmann, E., Hochschild, L.
