„Unser Hauptziel war es, die Leistungsfähigkeit konventioneller Schleifscheiben zu erhöhen. Im Projekt konnten wir zeigen, dass die Einbringung von Mikrostrukturen in das Werkzeug eine hervorragende Lösung darstellt“, erklärt Tobias Gartzke vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) an der Leibniz Universität Hannover. Wissenschaftler des IFW erforschen seit 2012 die Auswirkungen von Mikrostrukturen auf Schleifprozesse. Gartzke: „Schleifbrand sowie Zugeigenspannungen limitieren viele Schleifprozesse. Mikrostrukturen auf den Kontaktflächen der Scheiben können die Prozessgrenzen verschieben.“

Die Projektmitarbeiter entwickelten den mechanischen Strukturierungsprozess weiter und untersuchten dabei, in welcher Weise sich die Mikrostrukturierung auf industrielle Profilschleifprozesse transferieren lässt. In ihren Versuchen am IFW analysierten die Wissenschaftler industriell relevante, konventionelle Schleifkornwerkstoffe wie Siliciumcarbid-grün und Edelkorund-weiß in keramischer Bindung und setzten diese zur schleifenden Bearbeitung von ebenso relevanten Werkstoffen ein. Gartzke: „Wir haben das Verhalten von Inconel 718, das beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie 16MnCr5 und GJS700, die im Automobilbau und im allgemeinen Maschinenbau verwendet werden, untersucht.“

Die Versuche der Wissenschaftler haben gezeigt, dass die unterschiedlichen Schädigungsmechanismen im bearbeiteten Werkstück durch die Strukturierung der Schleifscheiben reduziert werden können: Die Kühlschmiermittelzufuhr wird gesteigert und die Reibung im Schleifprozess reduziert, folglich sinkt die thermische Bauteilbelastung.

Die Mikrostrukturierung wird in die äußere Schleifbelagsschicht eingebracht und kann bei Verschleiß nachstrukturiert werden. Obwohl die Mikrostrukturierung einen zusätzlichen Prozessschritt bedeutet, der zunächst zu einer Erhöhung der Nebenzeit führt, ist der Einsatz in verschiedenen Fällen lohnenswert. Hierfür haben die IFW-Mitarbeiter verschiedene Werkzeugmaschinen sowie die dazugehörigen Schleifprozesse unterschiedlicher Hersteller untersucht. Gartzke: „Wir konnten zeigen, dass eine Umsetzung auf verschiedene Schleifmaschinen ohne Probleme durchführbar ist. Die Mikrostrukturierung ist beispielsweise in solchen Schleifprozessen vorteilhaft, die einen Schleifscheibenwechsel zwischen einer Schrupp- und einer Schlichtoperation benötigen.“

Durch die Mikrostrukturierung kann ein Wechsel entfallen, wenn die Schleifscheibentopographie für den jeweiligen Prozess individuell eingestellt wird. Weitere Möglichkeiten zum Einsatz stellen Prozesse mit großen Profilhöhen des Bauteils dar, wie beispielsweise Verdichterrotoren oder Extruderschnecken. Hier führen lokal steile Profilflanken sowie große Profilhöhen zu lokal hohen thermischen Bauteilbelastungen.

Kontakt:

Dipl.-Ing. MBA Tobias Gartzke, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, 0511-762 18326, [email protected]