Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ressourceneffizientes und produktives Schleifen mit grobkörnigem CBN

Zur Schruppbearbeitung von Bauteilen werden vorrangig geometrisch bestimmte Bearbeitungsprozesse verwendet, bevor eine Feinbearbeitung mittels Schleifen erfolgt. Die Schleifbearbeitung von Stahl kann durch den Einsatz von grobkörnigen CBN-Schleifwerkzeugen ebenfalls höchst produktiv erfolgen, sodass die Substituierung von geometrisch bestimmten Prozessen ermöglicht wird. Voruntersuchungen haben aufgezeigt, dass prototypisch hergestellte grobkörnige Schleifwerkzeuge eine produktive Bearbeitung von rotationssymmetrischen Bauteilen und geringere Bearbeitungszeiten im Vergleich zur Drehbearbeitung ermöglichen. Gleichzeitig wurde deutlich, dass hohe Leistungsverbräuche bei Antrieben und Pumpen resultieren, wenn mit hohen Zeitspanvolumina beim Schälschleifen gearbeitet wird. Auch die Bauteilrauheit steigt signifikant mit der Schleifkorngröße an, sodass die erhöhte Produktivität mit einer verminderten Bauteilqualität einhergeht. Hier besteht Forschungsbedarf, um ein Optimum aus Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Ressourceneffizienz und resultierender Bauteilqualität in Abhängigkeit der Schleifkorngröße und Werkzeugstandzeit zu identifizieren.

Die angestrebten Forschungsergebnisse ermöglichen KMUs, die Fertigung von rotationsymmetrischen Bauteilen flexibler auszulegen, da diese im Anschluss an das Projekt nicht mehr zwingend auf Dreh- und Fräsmaschinen, sondern auch komplett auf Schleifmaschinen bearbeitet werden können. Werkzeughersteller besitzen einen Wettbewerbsvorteil, wenn sie zusätzliche Kunden durch einen neuartigen Bearbeitungsprozess gewinnen können. Die Branche der Schleifmaschinenhersteller ist stark mittelständisch geprägt. So sind circa 60 % aller Werkzeugmaschinenfabrikanten kleine bis mittlere Unternehmen. Diese werden durch das beantragte Forschungsprojekt in die Lage versetzt, an die Belastung beim Schruppschleifen mit großen Korngrößen angepasste Maschinen zu entwickeln und am Markt anzubieten sowie bei der Prozessauslegung zu unterstützen.

Ergebniszusammenfassung:

Die Untersuchungsergebnisse dieses Forschungsprojekts haben gezeigt, dass die Schruppschleifbearbeitung mit grobkörnigen CBN Werkzeugen hohe Zeitspanvolumina sowohl an gehärteten als auch ungehärteten Stahlbauteilen möglich ist. Galvanisch gebundene Werkzeuge ermöglichen dabei für Korngrößen von B602 maximale Abtragsleistungen von Q’w = 700 mm³/mm∙s. Mit der Steigerung der Schleifkorngröße von B252 auf B602 sinken die Prozesskräfte um bis zu 30 % während die Oberflächenrauheit sowie die oberflächennahen Eigenspannungen zunehmen. Keramisch gebundene Schleifwerkzeuge haben sich durch einen starken Profilverschleiß der Werkzeuge als ungeeignet für den untersuchten Schlälschleifprozess herausgestellt.

Weiterhin wurde der Prozess mit einem (Hart-)Drehprozess verglichen. Durch die Verwendung konstanter Prozessstellgrößen unabhängig von der Werkstückhärte beim Schleifen wurde so nachgewiesen, dass die Prozesszeiten für die Weichbearbeitung um 81 % und in der Hartbearbeitung sogar um 91 % reduziert werden. Neben der Reduktion der Prozesszeiten, ermöglicht dieser Schleifprozess zusätzlich die Bearbeitung gehärteter und ungehärteter Werstückabschnitte mit einem Werkzeug.

Die Erkenntnisse des Projekts können durch KMU für die Auslegung von Schruppschleifprozessen rotationssymmetrischer Bauteile verwendet werden. Die Buderus Schleiftechnik GmbH ist bereits kurz nach Beendigung des Forschungsvorhabens mit einer Fertigungsaufgabe beauftragt worden, bei der die Ergebnisse dieses Vorhabens ihr Potenzial entfalten können. Es handelt sich dabei um die Bearbeitung von Abtriebswellen für E-Motoren für PKW, die so in einer Aufspannung vor- und endbearbeitet werden können. Das IFW unterstützt Buderus aktuell bei der Identifikation und Auswahl eines geeigneten Prozesses mit grobkörnigen CBN-Schleifwerkzeugen.