Ultrasonic assisted face plunge grinding %u2013 three-dimensional modelling and technology
Final Report Abstract
Die Potenziale des ultraschallunterstützten Schleifens bei der Bearbeitung von Hochleistungskeramik sind aus der Literatur und den Erfahrungen aus der industriellen Praxis bekannt. Durch die Veränderung der Eingriffsbedingungen beim Quer-Seiten-Schleifen durch die Einkopplung einer hochfrequenten Axialschwingung ist das vorhandene Wissen aus den konventionellen Schleifverfahren zur Prozess- und Werkzeugauslegung nur begrenzt übertragbar. Das Hauptziel der Untersuchungen des zweiten Forschungsabschnittes des Projektes „Ultraschallunterstütztes Quer-Seiten- Schleifen – dreidimensionale Modellierung und Technologie“ bestand daher in der Beschreibung der grundlegenden Wirkzusammenhänge zwischen den Prozesseingangsgrößen, dem Prozessverhalten und dem Arbeitsergebnis bei diesem innovativen Hybridverfahren. Aufbauend auf den im ersten Förderzeitraum gewonnenen Kenntnissen wurde im zweiten Forschungszeitraum der Fokus der Untersuchungen auf das Einsatzverhalten verschiedener Werkzeugspezifikationen sowie den Einfluss des Kühlschmierstoffsystems gesetzt. Unter Nutzung und Optimierung des bestehenden Ultraschallsystems wurden signifikante Einflussparameter ermittelt. Um ein Abheben des Werkzeugs im Bearbeitungsprozess sicherzustellen, darf die im Schleifprozess resultierende maximale Spanungsdicke die Ultraschallamplitude nicht unterschreiten. Da die Schwingungsamplitude als Resultat des Resonanzverhaltens aus Werkzeug- und Werkstückschwingungssystem begrenzt und kaum einstellbar ist, können die Spanungsgrößen nur über konventionelle Prozessparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Werkzeugtopographie beeinflusst werden. Als Resultat dieser Variationen könnte unabhängig von der Kühlschmierstoffspezifikation und -versorgung bei allen bearbeiteten Werkstoffen ein optimales Prozessverhalten bei vergleichsweise kleinen Korngröße ermittelt werden. Die Steigerung der Schneidenzahl durch Verringerung der Schleifkorngröße bei konstanter Kornmasse kann als dominantes Verbesserungspotenzial genannt werden. Die Weiterentwicklung von Ultraschallsystemen und Spindelantrieben, die leistungsfähigere Ultraschallschwingungen bei deutlich gesteigerten Drehzahlen und damit verbundenen höheren Schnittgeschwindigkeiten bei kleinen Werkzeuggeometrien bereitstellen können, sollte im Fokus weiterer Untersuchungen stehen. Darüber hinaus stand, insbesondere mit Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der mit diesem Verfahren bearbeiteten keramischen Funktionsbauteile, die Quantifizierung der Randzonenqualität im Mittelpunkt des Vorhabens. Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten Werkstoffe unterschiedlich auf die aufgebrachten Belastungen reagieren und die Einbringung von Ultraschall unter geeigneten Prozess- und KSS-parametern keine negativen Auswirkungen auf das Bauteilverhalten haben muss.
