Wie die richtige Schleifscheibenbindung aussieht

Die Eigenschaften der Schleifscheibenbindung bestimmen die Produktivität und die Bauteilqualität beim Schleifen. Diese werden wiederum während des Herstellprozesses des Schleifwerkzeugs definiert.

Die Einstellung der Eigenschaften auf die Schleifaufgabe erfolgt bisher rein empirisch. Aus diesem Grund wird am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (kurz IFW) erforscht, welche Zusammenhänge zwischen dem Herstellprozess und dem Einsatzverhalten von Schleifwerkzeugen am Beispiel metallisch gebundener Schleifscheiben bestehen.

Um das Hauptziel zu erreichen, ist es zunächst erforderlich, den Einfluss der Bindung auf das Einsatzverhalten in mikroskopischer Ebene zu verstehen. Für diesen Zweck wird eine neue Methode entwickelt, die die Analyse der Wechselwirkungen zwischen der Bindung und den Prozessrandbedingungen beim Einkornritzen ermöglicht.

Bei herkömmlichen Ritzwerkzeugen ist die Kornanbindung durch Kleben oder Löten auf einem Trägerstift gewährleistet, sodass der Bindungseinfluss nicht berücksichtigt werden kann. Die Neuheit der entwickelten Methode besteht darin, dass die Werkzeuge in einem merhschrittigen Herstellverfahren aus Schleifwerkzeugen extrahiert werden (siehe Bild).

Beim Einkornritzen mit den neuen Werkzeugen treten neben den kornspezifischen Verschleißarten auch plastische Bindungsdeformationen auf. Diese Deformationen entstehen bei kritischen Spannungen am Korn-Bindungsinterface, die durch die Einzelkornkraft hervorgerufen werden. Die Einzelkornkraft hängt wiederum von einer Vielzahl Parametern ab, wie Prozessstellgrößen, zu bearbeitender Werkstoff sowie Kornart und Korngeometrie.

Vorhersage des Bindungsverschleißes

Die Erkenntnisse aus dem Einkornritzversuch dienen als Eingangsgrößen einer Finite-Elemente-Simulation. Um den Verschleißmechanismus des Werkzeugs zu analysieren und dessen Auswirkungen vorherzusagen, wird ein Modell mit derselben Kornorientierung und denselben Bindungseigenschaften aufgebaut.

Die Kräfte werden aus den experimentellen Untersuchungen übernommen. Bei einem Eingriff in die Werkstückoberfläche löst die Kraft eine plastische Verformung vor dem Diamantkorn von 1 µm aus. Die Kornorientierung und die Kraftrichtung bestimmen den Ort dieser Verformungen und demnach die Auswirkungen auf den Prozess. Fortschreitende Verformungen würden dazu führen, dass das Korn in die Bindung einsinkt und dass der Spalt am Korn-Bindungs-Interface größer wird.

In zukünftigen Arbeiten werden die Zusammenhänge zwischen den Bindungseigenschaften, der Kornorientierung, der Einzelkornkraft und den Bindungsdeformationen erforscht. Mit der beschriebenen Methode wird es möglich sein, die Bindungseigenschaften bereits während der Schleifwerkzeugherstellung an die zu erwartenden Einzelkornkräfte anzupassen.