Quantitative Beschreibung des Werkstoffzustands beim Profilschleifen von umwandlungsfähigen Stählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544951193

Die funktionale Leistung von den meisten hochbelasteten Bauteilen steigt mit der Oberflächen- bzw. Randschichtqualität. Neben der Formgenauigkeit und Oberflächenrauheit gehören in diesem Zusammenhang das Gefüge, die Härte und die Eigenspannungen der Randzone zu den entscheidenden Faktoren. Um die Anforderungen an die Bauteiloberflächen zu gewährleisten, werden diese in vielen Fällen nach einer Wärmebehandlung in Schleifprozessen bearbeitet. Allerdings führt eine thermische Überbeanspruchung der Oberflächenrandzone beim Schleifen zu Veränderungen der durch die Wärmebehandlung gezielt eingestellten Randzoneneigenschaften, wie Härte und Eigenspannungen. Bei der Anwendung des hergestellten Bauteils führt dies zu einer reduzierten Lebensdauer. Folglich müssen aufwändige Bauteilprüfungen zur Qualitätssicherung durchgeführt werden, um die Funktionalität des Bauteils weiterhin zu gewährleisten. Beim Profilschleifen ist das Belastungskollektiv von den Bauteilprofilen abhängig. Dies führt zu einer profilabhängigen Gefügeänderung. Durch eine genaue Kenntnis der Randzonenbeeinflussung und der daraus resultierenden Randzoneneigenschaften in Abhängigkeit von dem Schleifprozess können die Produktivität des Schleifprozesses erhöht, die Qualitätssicherung durch aufwändige Messungen eingespart und dadurch Kosten reduziert werden. Um den Gefügezustand des Werkstücks zielgerichtet und wissensbasiert einzustellen, ist die Erklärung der Änderung des Werkstoffzustands in Abhängigkeit des Schleifprozesses und des Bauteilprofils erforderlich. Allerdings bleibt der Einfluss des Eingangsgefüges auf die entstehenden Prozesskräfte und -wärme sowie auf die Randzoneneigenschaften nach dem Schleifen noch weitestgehend unerforscht. Außerdem ist eine Vorhersage der Gefügeänderungen im Werkstoff beim Profilschleifen nicht möglich. Die quantitative Beschreibung der Randzonenbeanspruchung des Bauteils im Schleifprozess und der daraus resultierenden Oberflächenintegrität stellt daher ein aktuelles Forschungsfeld dar. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die umfassende quantitative Beschreibung und Erklärung der Randzonenbeeinflussung sowie ihrer Auswirkung auf die Gefügeänderung beim Profilschleifen von Bauteilen aus härtbarem Stahl in Abhängigkeit von dem Bauteilprofil und dem Ausgangszustand des Werkstoffgefüges. Durch die systematische Identifizierung der thermo-mechanischen Belastung und der kinematischen Eingriffsbedingungen für verschiedene Bauteilprofile im Profilschleifprozess kann die Veränderung des Werkstoffgefüges örtlich aufgelöst in Abhängigkeit vom Ausgangszustand des Gefüges und von den Schleifprozessparametern erklärt werden. Die Kenntnis des erzielten Randzonenzustands nach dem Schleifen ermöglicht die sichere Prozessauslegung von Profilschleifprozessen für eine hohe Bauteilqualität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen