Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozessentwicklung zum Koordinatenschleifen sprödharter Werkstoffe

Sprödharte Werkstoffe wie Zerodur, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid werden u. a. in der Luft- und Raumfahrt, der Halbleiterindustrie und der Messtechnik eingesetzt. Die Bauteile weisen oft mittels Koordinatenschleifprozessen hergestellte Kavitäten auf und unterliegen hohen Qualitätsanforderungen. Die Bearbeitung dieser Materialien mit konventionellen Prozessen stellt dabei ökonomisch und ökologisch eine Herausforderung dar. Im Vorhaben werden alternative Fertigungsstrategien untersucht. Zunächst wird der Schleifprozess durch eine Anpassung der Werkzeugbahn bzw. der Eingriffsbedingungen optimiert. Anschließend wird ermittelt, ob eine kryogene Prozesskühlung mit Kohlenstoffdioxid, eine Minimalmengenschmierung bzw. deren Kombination Vorteile im Vergleich zur konventionellen Kühlschmierung (KSS) aufweisen. Der Fokus liegt u. a. auf den Bearbeitungskräften, der Oberflächenqualität und dem Werkzeugverschleiß. Abschließend wird der Einfluss einer Schwingungsüberlagerung, einer Werkzeugoptimierung sowie der Additivierung des Bearbeitungsmediums auf den Prozess mit der alternativen Kühlschmierstrategie untersucht. Ziel ist die Modellierung von Zusammenhängen zwischen Eingriffsbedingungen, Bahnplanung und Kühlschmierstrategie als Stellgrößen auf die Prozess- und Wirkgrößen Kräfte, Oberflächenqualität und Verschleiß. Aus wirtschaftlicher Sicht ermöglicht das Vorhaben einerseits die Produktivitätssteigerung durch höhere Werkzeugstandzeiten bzw. Erhöhung des Zeitspanvolumens und die Herstellung besserer Oberflächenqualitäten. Alternative Kühlschmierstrategien bieten andererseits u. a. durch den geringeren Aufwand für KSS-Management und -Entsorgung zusätzliches ökonomisches und ökologisches Potential. Die erarbeiteten systematischen Ansätze für Strategien zur Bearbeitung sprödharter Werkstoffe können sich v. a. KMU, die zumeist keine eigene Prozessentw. durchführen, für ein breites Spektrum an Anwendungsfällen und internationalen Vermarktungsmöglichkeiten zunutze machen.