Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reduktion des Energiebedarfs beim Profilschleifen durch Einsatz von hochporösen metallisch gebundenen Diamantschleifscheiben mit angepasster Schleifscheibenspezifikation - Met.II

Energiekosten sind ein wichtiger Kostenfaktor von produzierenden Unternehmen. Durch den Einsatz von effizienten Maschinenkomponenten und einer angepassten Kühlmittelversorgung kann der Energieverbrauch der Zerspanung deutlich reduziert werden. Diese Ansätze sind für bestehende Produktionsanlagen jedoch häufig mit größeren Investitionen verbunden, da ganze Maschinen oder einzelne Komponenten erneuert werden müssen. Der Einsatz energieeffizienter Schleifwerkzeuge kann schnell und kostengünstiger realisiert werden.

Die Reduktion des Energiebedarfs beim Schleifen kann sowohl über den Einsatz splitterfreudiger Körner als auch hoher Porenvolumenanteile im Schleifwerkzeug realisiert werden. Schleifuntersuchungen zeigen, dass durch die poröse Metallbindung mit einem splitterfreudigen Korn die Prozesskräfte reduziert werden, ohne den Schleifscheibenverschleiß negativ zu beeinflussen. Auf diese Weise kann das Zeitspanvolumen gesteigert werden, um somit den Energieverbrauch pro gefertigtem Bauteil zu reduzieren. Aktuell verfügbare Schleifscheiben mit einem hohen Porenvolumen besitzen eine Keramikbindung. Bei diesen Werkzeugen steigt jedoch der Verschleiß mit zunehmendem Porenvolumen. Daraus kann eine geringere Konturtreue beim Schleifen resultieren. Konventionelle Metallbindungen besitzen eine höhere Profilhaltigkeit jedoch auch ein geringes Porenvolumen.

Eine neuartige hochporöse Metallbindung kombiniert die Vorteile von keramisch und metallisch gebundenen Schleifscheiben. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Reduktion des Energiebedarfs beim Profilschleifen von sprödharten Werkstoffen, durch angepasst abgerichtete Schleifscheiben mit poröser Metallbindung. Hierzu werden im Rahmen des Vorhabens Methoden zur Auswahl geeigneter Schleifscheibeneigenschaften, deren Einsatzvorbereitung und das Einsatzverhalten untersucht.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten konnte die poröse metallische Schleifscheibe eingehend untersucht werden. Es steht Wissen zum Profilieren und Schärfen dieser neuartigen Bindung zur Verfügung. Die Erkenntnisse zum Schärfen wurden in einem empirischen Modell zusammengefasst und dem PA zur Verfügung gestellt. Der Profiliervorgang wurde simulativ abgebildet und prognostiziert bei Vorgabe der Schleifscheibenspezifikation und der Abrichtparameter die Abrichtkräfte und den Zeitpunkt und das Ausmaß von Bindungsbrückenbruch. Des Weiteren konnte das Einsatzverhalten dieser Schleifscheibe umfassend untersucht werden. Neben Prozesskräften und – temperaturen wurden die Schleifscheibentopografie sowie die Spindelleistung und die Art der Materialtrennung berücksichtigt. Insbesondere der Zusammenhang zwischen dem Energiebedarf an der Werkzeugmaschine und der Materialtrennung beim Schleifen stellt neuartiges Wissen für den Anwender dar. Abschließend wurden die Erkenntnisse erfolgreich in einen industriellen Anwendungsfall übertragen. Die Produktivität beim Schleifen von Bohrernuten konnte unter der Einhaltung qualitativer Vorgaben gesteigert werden. Die Untersuchungen zum Nutentiefschliff von Fräswerkzeugen zeigen das hohe Potenzial zukünftiger Produktivitätssteigerungen und damit verbundenen verkürzten Fertigungszeiten auf. Zudem konnte ein Zusammenhang zwischen der Schleifscheibenspezifikation und sich einstellender stabiler Profilgeometrien beim Schleifen von Siliziumnitridkeramik gefunden werden.