Energieeffiziente Feinbearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide und Minimalmengenschmierung

Anforderungen an Genauigkeit und Oberflächenstruktur eines Werkstückes erfordern häufig die Schleifbearbeitung als letzten Arbeitsschritt. Dabei ist die für den Materialabtrag erforderliche Zerspanungsenergie mit 100...300 Ws/mm3 wesentlich höher als beispielsweise beim Drehen (1...20 Ws/mm3). Fast 90 % der aufgewendeten Zerspanungsenergie wird beim Schleifen in Reibungswärme umgewandelt. Für die Gewährleistung der geforderten Maß- und Formgenauigkeiten ist daher beim Stand der Technik der Einsatz von Kühlschmierstoffen zwingend erforderlich. Bei modernen Hochleistungsschleifmaschinen wird ca. 90 % des Energiebedarfs für die Zuführung, Aufbereitung und Kühlung des Kühlschmierstoffs benötigt. Durch eine Bearbeitung ohne Kühlschmierstoff sind somit neben ökologischen und gesundheitlichen Potenzialen auch Einsparungen bei den Energiekosten und somit beim CO2-Ausstoß möglich. Voraussetzung dafür ist eine Reduzierung der Reibungswärme sowie eine schnelle Wärmeabfuhr aus der Kontaktzone. Im Verbundprojekt werden zu diesem Zweck mikrostrukturierte Schleifkörper weiterentwickelt und getestet. Mit einem Laser werden radiale Bohrungen in den Schleifbelag eingebracht, die neben günstigeren Reibungsbedingungen zu einer verbesserten Abführung der Späne aus der Kontaktzone führen. Härte und Kornhaltekraft der Bindung bleiben bei diesem Verfahren der Porosierung erhalten. Weiterhin wird ein für das Schleifen ausgelegtes Zweikanal-Minimalmengenschmiersystem entwickelt. Auf Grund der fehlenden Funktion des Kühlschmierstoffes zur Späneabfuhr und Temperierung der Maschine müssen weitere Änderungen am Maschinenkonzept realisiert werden. Diese Arbeitsinhalte werden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Volkswagen (Prozesskette), Tesch (Schleifkörper), Bielomatik (MMS-System) und Junker (Maschine) umgesetzt. Im Rahmen technologischer Untersuchungen konnte bereits eine Reduzierung der spezifischen Spanungsenergie nachgewiesen werden, bei einer optimalen Prozessführung wurde außerdem eine erhöhte Wärmeabführung durch die Späne und den Schleifkörper erreicht. Dadurch war es möglich, unter Versuchsbedingungen schleifbrandfrei zu arbeiten. Die Schleifbrandprüfung erfolgte durch Nitalätzen, Stresstech-Messungen und eine Mikrohärteprüfung. In den nächsten Arbeitsschritten werden Untersuchungen zur Erhöhung der Prozesssicherheit und zur Standzeit der Schleifwerkzeuge durchgeführt.