Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Systematische Analyse zum Einfluss der Schärfstrategie auf das Einsatzverhalten von Diamantschleifscheiben - DiaSchärf

Die Verwendung von Hartmetall und technischer Keramik als Werkstoff für unter-schiedlichste Anwendungen nimmt stetig zu. Insbesondere Hartmetall ist als Schneidstoff für Zerspanwerkzeuge jeglicher Art weit verbreitet. Die Bearbeitung dieser Werkstoffe kann aufgrund ihrer hohen Härte und Sprödigkeit meist nur durch Schleifverfahren mit hochharten Schleifmitteln erfolgen. Als Schleifwerkzeuge wer-den hierzu meistens Diamantschleifscheiben mit Kunstharz-, Metall- oder Hybridbindung verwendet. Diese müssen nach dem Profilieren geschärft werden, um den benötigten Raum für Späne und Kühlschmierstoff zu schaffen. In der Praxis basiert das Schärfen allerdings meist auf Erfahrungswerten und wird oft manuell durchgeführt, wodurch die Gefahr eines erhöhten Schleifscheibenverschleißes sowie einer erhöhter Menge von Ausschussbauteilen besteht. Insbesondere für klein- und mittelständische Unternehmen lassen sich durch optimierte Schärfprozesse Kosten einsparen. Gründe für die mangelnde Umsetzung von CNC-gesteuerten Schärfprozessen liegen unter anderem an den unzureichenden wissenschaftlichen Untersuchungen zum Thema Schärfen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll daher der Einfluss verschiedener Fakto-ren, wie Schärfsteinspezifikation, Schärfparameter und Kühlschmierstoffbedingungen auf das Schärfergebnis bei hybridgebundenen Diamantschleifscheiben in Form von Schleifscheibentopographiekennwerten sowie des Arbeitsergebnisses nach dem Schleifen hinsichtlich Oberflächengüten untersucht werden. Des Weiteren sollen erweiterte Prozesskenntnisse über die Wirkzusammenhänge von systematisch variierten Stellgrößen geschaffen werden, um die Prozesszeiten zu verkürzen und Ressourcen einzusparen. Die technologischen Untersuchungen in Form von Nutschleifversuchen an Hartmetall und Keramik lassen erwarten, dass durch die optimierten Schärfprozesse, eine höhere Prozesssicherheit in Form von annähernd konstanten Prozesskenngrößen und Arbeitsergebnissen auftritt.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens „DiaSchärf“ war die Gewinnung von Erkenntnissen zum Zusammenhang zwischen Schärfeinstellgrößen und Schleifscheibentopographie beim CNC gesteuerten Schärfen von hybridgebundenen Diamantschleifscheiben. Hierzu wurden umfangreiche Schärfversuche mit variierenden Schärfparameter im Einstechverfahren durchgeführt. Innerhalb der Untersuchungen wurde ermittelt, dass die Schärfergebnisse in hohem Maße von der Schleifscheibenkorngröße abhängen. Insbesondere wurde die Schleifscheibentopographie mit der Körnung D54 durch die Schärfprozesse stark beeinflusst. Durch die zweistufige Variation der zu untersuchenden Einflussgrößen und einer anschließenden Signifikanzanalyse konnten insbesondere die Parameter Schärfsteinkorngröße, Schärfsteinbreite und Schärfzerspanungsvolumen als signifikante Einflussgrößen identifiziert werden. Anschließend erfolgte die detaillierte Untersuchung des Einflusses der ermittelten Haupteinflussparameter auf die Schleifscheibentopographie. Es zeigte sich, dass insbesondere die Variation der Schärfsteinkorngröße die Topographiekennwerte signifikant beeinflusst. Der Einfluss des doppelt bezogenen Schärfzerspanungsvolumens war ebenfalls signifikant, während variierende Schärfsteinbreiten nur geringere Änderungen der Schleifscheibentopographie bewirkten. Zudem konnte auch festgestellt werden, dass die Schärfparameter sich gegenseitig bedingen. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen den Haupteinflussparametern und Schleifscheibentopographien wurden zur Erstellung von empirischen Prozessmodellen verwendet. Die aufgestellten Regressionsgleichungen wurden in eine grafische Benutzeroberfläche integriert, die dem Anwender eine einfache Handhabung ermöglicht. Die Anwendung des Modells ermöglicht zum einen die Berechnung der erforderlichen Schärfparameter für eine bestimmte Zieltopographie sowie auch die Berechnung der Topographiekennwerte für gegebene Schärfparameter.