Potential der mechanischen Prozesswirkung in der Finishbearbeitung

Steigende Anforderungen an die funktionalen Eigenschaften dynamisch hochbelasteter Bauteile erfordern eine kontinuierliche Optimierung und Weiterentwicklung von Fertigungsprozessen. Insbesondere der letzte Prozess in der Fertigungskette hat einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften der Randzone, wie Rauheit und Eigenspannungen, und beeinflusst damit maßgeblich die Funktionalität des Bauteils. Um die Maß- und Formgenauigkeit sicherzustellen, erfolgt dieser abschließende Bearbeitungsschritt in der Regel durch Schleifen.

Um auf stetig steigende Bauteilanforderungen reagieren zu können wurde im Rahmen dieser Dissertationsschrift das Ziel verfolgt, die mechanische Prozesslast beim Schleifen in der Finishbearbeitung durch eine gezielte Auswahl von Schleifscheibenspezifikationen und Kombinationen von Prozessparametern in der Endbearbeitung zu erhöhen. Hierzu wurde ein neues Werkzeugkonzept entwickelt, das sich auf theoretische Überlegungen (maximal negativen Spanwinkel) sowie auf bestehende Untersuchungen zum Schleifverfestigen sowie den Engineered Grinding Wheels, kurz EGW’s, und Simulationsmodellen stützt. Auf Grundlage der vorliegenden Daten wurde ein Modell entwickelt, welches eine geeignete Kornform zur Steigerung der mechanischen Belastung im Prozess beschreibt. Unter Berücksichtigung des Umform- und Spanungsverhaltens sowie des Verschleißzustands auf die auftretenden Spannungen nach von-Mises der modellierten Korngeometrien im Prozess konnte die sphärische Kornform als Geometrie gefunden werden, um die Randzoneneigenschaften hinsichtlich einer Verfestigung des Werkstückmaterials positiv zu beeinflussen. Dies bildet die Basis für das neue Werkzeugkonzept, das sphärische Körner in einem elastischen Bindungssystem kombiniert. Um die Wirkung der sphärischen Kornform zu untersuchen, wurde ein angepasster Konditionierungsprozess entwickelt, der sicherstellt, dass die Kornform erhalten bleibt und ein definierter Kornüberstand erzeugt wird. Alternative Abrichtwerkzeuge wurden genutzt, um den Einfluss von Prozesszeit und Zustellung auf das Abrichtergebnis zu bewerten.

Die Schleifversuche mit den neu entwickelten Schleifscheiben zeigten, dass die sphärischen Körner in Kombination mit dem elastischen Bindungssystem eine signifikante Erhöhung der mechanischen Last im Vergleich zu herkömmlichen Schleifmitteln bewirkten. Dieser Effekt führte zu signifikanten Unterschieden in der Ausbildung der Randzoneneigenschaften, wie einer weißen Schicht in Gefügeschliffbildern und für die Schleifbearbeitung untypischen Eigenspannungsprofilen. Zurückführbar ist dies auf die veränderten Wirkmechanismen bei Variation der Prozessparameter und Kornmaterialien.