Spanungsgrößenabhängige Belastung und daraus resultierende Randzoneneigenschaften beim Ultrapräzisionsschleifen sprödharter Werkstoffe mit grobkörnigen Diamantschleifscheiben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Carsten Heinzel
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435367659

In diesem Vorhaben sollen erstmals Normal- und Schubspannungen in der Kontaktzone beim Einsatz von Diamantschleifscheiben mit Korngrößen größer als D301 zur duktilen Bearbeitung sprödharter Werkstoffe ermittelt werden. Die ermittelten Spannungen sollen auf Korrelation mit der Ausprägung der Randzone untersucht werden, um den vorherrschenden Trennmechanismus durch werkstoffphysikalische Kenngrößen beschreiben zu können. Die Randzonencharakterisierung soll durch die Messung von Tiefenschädigungen in Form von Risstiefe, -anzahl und -morphologie erfolgen.Bisher liegen der Berechnung von Spanungsdicken, die über den Trennmechanismus (duktil/spröde) entscheiden, zumeist phänomenologische Ansätze zugrunde. Deren Voraussagekraft ist bezüglich der Materialtrennung allerdings als begrenzt anzusehen. Der Grund hierfür ist der Einfluss der Schleifscheibentopographie, die zwar grundsätzlich in den Berechnungsformeln der prozessabhängigen maximalen Spanungsdicke berücksichtigt wird, jedoch statistischer Natur ist. Bei grobkörnigen Werkzeugen können für die Schneidenzahl oder die Kornform, die in die Berechnung einfließen, allerdings keine statistischen Werte angenommen werden. Wie bei einem Fräsprozess kommen bei grobkörnigen Werkzeugen wenige Schneiden in den Eingriff. Es muss daher zunächst eine Beschreibung der gesamten Schleifscheibentopographie vorgenommen werden, die in diesem Forschungsvorhaben über Streifenlichtprojektionsaufnahmen und eine Auswertung der gemessenen Höhendaten erfolgt. Eine softwareunterstützte Auswertung durch zeilenweises Durchlaufen der Topographie in Schleifrichtung ermöglicht die Bestimmung von Normal- und Tangentialflächen, die während des Schleifprozesses mit dem Werkstück in Kontakt stehen. Die Messung von Prozesskräften ermöglicht in Kombination mit den zuvor ermittelten Eingriffsflächen die Berechnung von Normal- und Schubspannungen in der Kontaktzone. Deren Auswirkungen auf den Materialtrennmechanismus sollen durch die Untersuchung der Randzone hinsichtlich Tiefenschädigungen erfolgen. Dabei ist die Erstellung eines übergeordneten Prozessmodells vorgesehen. Es soll die Voraussage von duktiler oder spröder Materialtrennung bei Schleifprozessen erstmals durch physikalische Kenngrößen (in diesem Fall Normal- und Schubspannungen in der Kontaktzone) zulassen und nicht ausschließlich auf Stell- und Systemgrößen basieren.Da die Erzeugung hochpräziser Hüllkurven durch Abrichtprozesse schon bei einer Diamantkorngröße D301 technologisch schwierig war und die Grenzen der bisher eingesetzten Abrichtstrategien hinsichtlich Abrichtdauer erreicht wurden, sollen in diesem Forschungsvorhaben nicht abrichtbare Diamantschleifscheiben durch ein Negativ-Verfahren beim Werkzeughersteller einschichtig galvanisch belegt werden (Hüllkurvenabweichungen von unter 2 µm).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen