Profilieren von CBN-Mirkoschleifscheiben mit Diamantwerkzeugen
Final Report Abstract
Ziel des Vorhabens war es, das Profilieren von CBN-Mikroschleifscheiben zu entwickeln und die bestehenden technologischen Zusammenhänge zu erforschen. In den ersten beiden Jahren wurden dafür neuartige, speziell an die Besonderheiten der Mikrozerspanung angepasste CVD-Diamantprofilrollen hergestellt und erprobt. Weiterhin wurden der Einfluss der Prozesskermgrößen des Profilierprozesses sowie der Einfluss der Schleifscheibenspezifikation auf das Profilierergebnis untersucht. Dabei konnte aufgezeigt werden, dass mit Hilfe dieses Verfahrens CBN-Mikroschleifscheiben mit einer Schleifscheibenbreite von nur 100 pm reproduzierbar und mit hoher Genauigkeit mechanisch profiliert werden können. Profilradien von 10 pm sowie unterschiedliche spitze Profilwinkel bis 60° konnten im Rahmen der Arbeiten hergestellt werden. Auch konnte aufgezeigt werden, dass sowohl konkave als auch konvexe Profilkonturen an CBN-Mikroschleifscheiben eingebracht werden können. Weiterhin konnte aufgezeigt werden, dass es mh miniaturisierten CVD-Diamantformrollen möglich ist, NC-gesteuert CBN-Mikroschleifscheiben zu profilieren. Weiterhin konnten Mikroschleifscheiben bis zu einer minimalen Schleifscheibenbreite von 30 pm mit CVD-Diamantprofilrollen profiliert werden, ohne dass es zu einem Bruch der sehr dünnen Werkzeuge kam. Aber aufgrund des durch die Diamantprofilrollen bedingten minimalen Profilradius von >10 pm erscheint dieses Profilierverfahren erst für Schleifscheiben mit einer Breite von >100 pm wirklich sinnvoll. Es zeigte sich jedoch auch, dass ein Profilieren von CBN-Mikroschleifscheiben mh diesem Verfahren nur in einem engen Prozessgrößenfenster, d.h. qa = +0,2...+0,4 sowie frd = 1 nm/U, optimale Ergebnisse liefert. Auch beim NC-gesteuerten Profilieren mussten Stellgrößen mit sehr kleinen Werten gewählt werden. Neben dem eigentlichen Profilierprozess wurde auch das Schärfen der profilierten Mikroschleifscheiben untersucht. Das Blockschärfen im Durchlaufverfahren erwies sich für diese Aufgabe als ungeeignet, da dieses Verfahren zu aggressiv arbeitet und das zuvor erzeugte Profil an den Mikroschleifscheiben erheblich schädigt und geometrisch verzerrt. Bessere Ergebnisse bzw. geringe Profilveränderungen zeigte das elektrochemische Schärfen, da bei diesem Verfahren der Materialabtrag kraftfrei erfolgt. Allerdings besitzt dieses Verfahren die Nachteile, dass mit chemisch aggressiven Medien gearbeitet werden muss und das Verfahren nur auf elektrisch leitende, d.h. metallische Schleifscheibenbindungen anwendbar ist. Als am besten geeignetes Schärfverfahren wurde das Laserkonditionieren ermittelt. Kraftfrei konnte das Bindungsmaterial von allen Schleifscheibenspezifikationen entfernt und so die CBNKömer freigelegt werden. Vor allem die extrem kurze Schärfzeit von nur wenigen Sekunden ist als herausragendes Merkmal dieses Verfahrens zu nennen. Das Einsatzverhalten der profilierten CBN-Mikroschleifscheiben zeigte, dass besonders die sehr kleinen Profilkonturen und -radien der profilieren CBN-Mikroschleifscheiben keinen hohen Belastungen standhalten und einem raschen Profilverschleiß unterliegen. Mit der Wahl von kleinen Schleifprozessparametern und damit einem sehr kleinen Zeitspanungsvolumen konnten die Belastungen im Schleifprozess aber so weit reduziert werden, dass eine akzeptable Einsatzdauer dieser empfindlichen Schleifwerkzeuge beim Mikroprofilschleifen von gehärteten Stahl Werkstoffen möglich ist. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass es bzgl. der Profilform nahezu keine Einschränkungen gibt. Eine Bronzebindung stellt beim Schleifen aus den untersuchten Schleifscheibenspezifikationen die beste Lösung dar, weil hier die beste Profilstabilität gewährleistet werden kann. Beim Profilieren ist mit sehr geringen Prozessparametern arbeiten (frd = 1 nm/U, qd = +0,2...+0,4). Das Laserschärfen ist eine schnelle und effektive Möglichkeit, Bindungsmaterial zurück zu setzen und somit freizulegen. Es sollte mit geringen Pulsdauern (0,5 ms) gearbeitet werden. Für Bronzebindungen hat sich eine Energiedichte im Bereich von 300 J/cm^ als geeignet erwiesen. Beim Schleifen mit Profil Schleifscheiben sollte mit geringen Zeitspanvolumina gearbeitet werden, da sonst ein sehr schneller Verschleiß der Profilspitze beobachtet werden konnte. Eine Vorschubgeschwindigkeit von 120 mm/min stellt einen guten Kompromiss zwischen Profilverschleiß und Fertigungszeit dar. Eine Schnittgeschwindigkeit von 60 m/s hat sich als zielführend herausgestellt. Dabei konnten Oberflächenruauhigkeiten Sa im Bereich von 0,1 bis 0,2 pm dokumentiert werden. Die erzielten Ergebnisse dieses Vorhabens zeigen, dass ein mechanisches Profilieren von filigranen CBN-Mikroschleifscheiben mit miniaturisierten Diamantprofilrollen erfolgreich und mit vielfaltigen Profilgeometrien möglich ist und damit die Strukturierungsmöglichkeiten für gehärtete Stahlwerkstoffe durch Mikroschleifen wesentlich erweitert wurden.
Publications
- Tmeing of Micro-Grinding Wheels by Diamond Tools. In:
Proceedings ofthe 21st ASPE Annual Meeting, 15th - 20th October 2006, Monterey, CA,
USA, Seite 467-470
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.
- Diamond Tools for the Trueing of CBN Micro-Grinding
Wheels. In: Proceedings of the 7th euspen International Conference, 20th -24th May 2007,
Bremen, Germany, Seite 505-508
Hoffmeister, H.-W.; M.; Hlavac, M.
- Miniaturisierte Diamantprofilrollen für die Einsatzvorbereitung
von CBN-Mikroschleifscheiben. In: wt-online, 2007 (6), Seite 427-430
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.
- Profilieren von CBN-Mikroschleifscheiben mit rotierenden
Diamantwerkzeugen. In: Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 63. Ausgabe, Vulkan
Verlag Essen, 2007
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.
- Electro-Chemical and Laser Dressing of Micro-Grinding
Wheels. In: Proceedings of the 10th euspen Intemational Conference, 18th- 22th May 2008,
Zurich, Swiss
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.
- Miniaturized Diamond Tools for the Dressing of Micro-
Grinding Wheels. In: Proceedings of the 3rd Intemational CIRP Conference on High Performance
Cutting, 12th / 13th June 2008, Dublin, Ireland
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.
- New Technology for the Tming of Micro- Grinding Wheels. In: Proceedings of the 1st Intemational Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2008), 14th- 16th July 2008, Singapur
Hoffmeister, H.-W.; Hlavac, M.; Schnell, C.
- Mikroprofilschleifen von hochfesten Stählen. Dissertation Technische Universität
Braunschweig, Vulkan Veriag Essen, 2009, ISBN 978-3-8027-8302-9
Hlavac, M.
- New Technology for the Truing of Micro-
Grinding Wheels. In: Joumal of Vacuum Science and Technology B (JVST B), Volume 27,
2009 Seite 1506-1508
Hofftneister, H.-W.; Hlavac, M.; Schnell, C
