Die Schleiftechnologie gehört zu den wichtigsten Verfahren in der spanenden Fertigung, da sie hochpräzise Bearbeitung und exzellente Oberflächenqualitäten ermöglicht. Das DFG-Grundlagenprojekt mit dem Kurztitel „DFG-Simulation“ widmet sich seit Dezember 2024 den Bindungseigenschaften und thermomechanischen Einflüsse auf das Korn-Bindungs-Verhalten. Die elastische und plastische Bindungsdeformationen während des Einsatzes sintermetallisch gebundener Schleifwerkzeuge steht dabei im Fokus.

Herausforderung: Verständnis der Bindungsdeformationen

Sintermetallische Bindungen in Schleifwerkzeugen spielen eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der Schleifkörner und somit bei der gesamten Prozessqualität. Unter den extremen thermo-mechanischen Belastungen, die während des Schleifens auftreten, können plastische Verformungen in der Bindung entstehen. Diese Veränderungen beeinflussen unmittelbar die Topographie des Schleifwerkzeugs und letztlich auf die Bearbeitungsqualität. Trotz ihrer Relevanz wurden diese Mechanismen bisher kaum untersucht, sodass sie in der Prognose von Prozessergebnissen sowie dem Verhalten von Schleifwerkzeugen während des Prozesses unberücksichtigt bleiben.

Ziel: Umfassende Analyse und Simulation

Um die Kornbewegungen zu erforschen, wird zunächst eine Charakterisierung verschiedener Bronzelegierungen durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften der verwendeten Bindungskomponenten zu bestimmen. Ergänzend erfolgen Ritzuntersuchungen mit Einzelkörnern, die in der Bindung eingebettet sind, um das reale Verhalten einzelner Schleifkörner unter Belastung zu analysieren. Die Erkenntnisse aus diesen Experimenten fließen in simulationsgestützte Modelle ein, bei denen die Finite-Elemente-Methode in der Simulationssoftware Ansys zum Einsatz kommt. Die Verknüpfung der Felddaten mit den Simulationsdaten ermöglicht Rückschlüsse auf die Kräfte und die Kornverschiebungen innerhalb der Bindungsmatrix unter den spezifischen Eingriffsmöglichkeiten. Diese Erkenntnisse auf der mikroskopischen Ebene werden anschließend in eine makroskopische Kinematik-Simulation (IFW CutS) übertragen und dienen der multiskaligen Optimierung zukünftiger Schleifprozesse.

Praktische Relevanz und Ausblick

Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit könnten die Schleiftechnologie grundlegend verändern. Mit einem besseren Verständnis der Bindungsdeformationen wird es möglich, Schleifwerkzeuge gezielt zu optimieren und Prozesse effizienter und präziser zu gestalten. Verlängerte Lebensdauern der Werkzeuge sowie und eine verbesserte Bearbeitungsqualität sind die Folge. Zudem eröffnen die entwickelten Modelle und Simulationen neue Wege für die virtuelle Prozessoptimierung, was sowohl Zeit als auch Kosten der Fertigung reduziert.

Für weitere Informationen steht Ihnen Michael Wulf, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, unter der Telefonnummer +49 511 762 18354 oder per E-Mail unter [email protected] gern zur Verfügung.