Erweiterung der Möglichkeiten des kryogenen Schleifens

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440394762

Beim Schleifen werden Kühlschmierstoffe (KSS) eingesetzt, um thermische Schäden wie Oberflächenrisse, Neuhärtungszonen und Zugeigenspannungen zu minimieren. Aufgrund der hohen Kosten für das Filtrieren, Recyceln und Entsorgen der eingesetzten KSS, konzentrieren sich aktuelle Entwicklungen darauf, den Einsatz von KSS zu minimieren oder sogar komplett zu vermeiden. Dabei stehen Methoden wie die Minimalmengenschmierung und die Anwendung von kryogenen Kühlmedien im Vordergrund, wobei gerade kryogene Kühlmedien erfolgversprechend sind. In den meisten Fällen werden kryogene Kühlmedien kontinuierlich während des gesamten Prozesses eingesetzt. Da es sich bei kryogenen Flüssigkeiten um inerte Stoffe handelt, entfallen die üblichen Filtrierungs-, Recycling- und Entsorgungskosten. Allerdings entstehen zusätzliche Kosten für das kryogene Zufuhrsystem und die nötigen Sicherheitsvorkehrungen. Um diese Zusatzkosten einzusparen, wurde durch den brasilianischen Forschungspartner ein Verfahren zum Trockenschleifen mit vorgekühlten Werkstücken entwickelt. Bei diesem Verfahren werden die zu schlichtenden Werkstücke anhand eines kryogenen Kühlmediums gekühlt und daraufhin ohne weitere KSS-Zufuhr geschliffen. Die Qualität des Prozesses hängt dabei von der Form, der Größe und den Abmessungen der Werkstücke ab. In diesem Gemeinschaftsprojekt werden die Vor- und Nachteile des Trockenschleifprozesses für unterschiedliche Schleifverfahren und Werkstückdimensionen untersucht. Dabei werden zwei Schleifverfahren betrachtet; die deutsche Gruppe behandelt das Flachschleifen und die brasilianische Gruppe das Rundschleifen. Für die Untersuchungen werden Wärmeübergangssimulationen auf Basis der Werkstückgeometrie sowie den thermischen Eigenschaften von Werkzeug und Werkstück durchgeführt. Dadurch können geeignete Werkstückdimensionen für das Vorkühlverfahren und ein in-situ Teilvorkühlverfahren klassifiziert werden. Beim Vorkühlverfahren wird das gesamte Werkstück vorgekühlt, während bei der In-situ Teilvorkühlung lediglich ein bestimmter Bereich des Werkstücks vorgekühlt wird. Werkstücke werden basierend auf Simulationsergebnissen von groß (ungeeignet für Vorkühlung) bis klein (geeignet für alle Kühlmethoden) klassifiziert. Entsprechende Kühlmethoden werden daraufhin angewendet. Im Rahmen des Projektes werden Prozessergebnisse wie Kräfte, Temperaturen, Leistung, Werkzeugverschleiß und Oberflächenkennwerte wie Gefügeänderungen, Mikrohärte oder Oberflächenrauheit untersucht und evaluiert. Durch die Ermittlung der Vorteile und Grenzen der einzelnen Kühlmethoden wird ein tiefes Verständnis der Anwendung kryogener Kühlung beim Schleifen erreicht und der Prozess sowie das Prozessergebnis verbessert. Durch den intensiven Austausch der gewonnenen Erfahrungen werden Erkenntnisse erzielt, die über die von Einzelprojekten hinausgehen, und die binationalen Beziehungen der beiden Forschergruppen gestärkt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Partnerorganisation: Fundaçao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo - FAPESP
• Kooperationspartner: Professor Dr. Eraldo J. da Silva