Schleifen von laserstrahldispergierten Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projekts wurden die wissenschaftlichen Grundlagen zur qualitätsgerechten Schleifbearbeitung laserstrahldispergierter Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffe erarbeitet. Über eine breite Variation der System- und Stellgrößen wurde gezeigt, dass hohe Oberflächengüten insbesondere durch die duktile Materialtrennung der Keramikpartikel erzielt werden. Zur Charakterisierung der Oberflächengüten wurde die dreidimensionale Rautiefenkenngröße Sz herangezogen, da diese sensitiv auf Ausreißer, wie Abplatzungen und Ausbrüche der keramischen Partikel aus dem Verbundwerkstoff, reagiert. Auf Basis der systematischen Variation der System- und Stellgrößen im Schleifprozess wurde die Kontaktfläche AK, welche das Produkt aus der Anzahl aktiver Schneiden Nakt entlang des Eingriffsbogens und der Schneidenkontaktfläche AGK darstellt, als die übergeordnete Prozesskenngröße zur Beschreibung der Materialtrennmechanismen und Vorhersage der resultierenden Oberflächengüte identifiziert. Eine große Kontaktfläche fördert demnach die duktile Trennung der Keramikpartikel und führt folglich zu geringen Rautiefen. Aus dem exponentiellen Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche AK und der Rautiefe Sz wurde ein empirisches Modell abgeleitet, welches die Grundlage für eine qualitätsgerechte Prozessauslegung darstellt. Der Korntyp sowie die Keramikkonzentration im Stahl-Keramik-Verbundwerkstoff werden durch die Prozesskenngröße Kontaktfläche AK nicht berücksichtigt. Im Rahmen der Untersuchungen zeigte sich allerdings, dass ein splittriger Korntyp im Werkzeug und auch eine geringere Keramikkonzentration im Bauteil mit höheren Oberflächengüten einhergehen. Da die Fertigung laserstrahldispergierter Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffe für dieses Projekt ausschließlich im Labormaßstab erfolgte, beeinflussen Chargenschwankungen die Auswertung die Ergebnisse. Die Homogenität der Partikelverteilung, der Dicke des Stahl-Keramik- Verbundwerkstoffes sowie dessen Härte wurden im Verlauf der unterschiedlichen Chargen verbessert. Dies resultierte in einer generellen Verringerung der Rautiefen. Die Projektergebnisse zeigen, dass die Prognose und Einstellung der erzeugten Oberflächengüte für das Längsumfangs- und Querseiten-Planschleifen ebener Oberflächen möglich ist. Damit das wirtschaftliche Potential der Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffe jedoch auch für Realbauteile umgesetzt werden kann, ist die Übertragung der Erkenntnisse auf gekrümmte und freigeformte Oberflächen zwingend notwendig. Hierfür sollte die Gültigkeit des Modells zur Vorhersage der Oberflächengüten auch für die Anwendung in mehrachsigen Formschleifprozessen erweitert werden. An ebenen Flächen wird bereits, unter Berücksichtigung der Erkenntnisse dieses Projekts, eine für Schmiedegesenke erforderliche Oberflächengüte von kleiner Sz = 8 µm erreicht. Deshalb sollte es ein weiteres Ziel sein, das Potenzial von laserstrahldispergierten Stahl- Keramik-Verbundwerkstoffen auf Modellgesenke in der Umformtechnik zu übertragen und den marktüblichen Gesenkwerkstoffen gegenüberzustellen. Somit würde das Potenzial erschlossen, laserstrahldispergierte Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffe in breiten Anwendungsgebieten als Verschleißschutzsystem einzusetzen und die Verbreitung in der Industrie zu fördern. Mögliche Anwendungsbeispiele sind neben Umformgesenken auch Pumpen oder Förderschnecken, bei denen ebenfalls eine verschleißfeste Oberfläche mit einer hohen Oberflächengüte erforderlich ist.
Publications
- Grinding of Steel-Ceramic- Composites. In: 14th International Symposium of Advances in Abrasive Technology (ISAAT 2011), 20. September 20, 2011, Stuttgart, 15 Seiten
Denkena, B., Köhler, J., Kästner, J., Hahmann, D.
- Grinding of Steel-Ceramic-Composites. In: Advanced Materials Research, Vol. 325 (2011), S. 116-121
Denkena, B., Köhler, J., Hahmann, D.
- Grinding of Steel-Ceramic-Composites. In: EMO 2011, 21. September, Hannover, 16 Seiten
Denkena, B., Hahmann, D.
