Spanungsgrößenabhängige Belastung und daraus resultierende Randzoneneigenschaften beim Ultrapräzisionsschleifen sprödharter Werkstoffe mit grobkörnigen Diamantschleifscheiben

Abstract

Der Einsatz einschichtig belegter, galvanisch gebundener grobkörniger Diamantschleifscheiben ist unter bestimmten Voraussetzungen zum Präzisionsschleifen möglich. Die Motivation zur Verwendung grobkörniger Diamantschleifscheiben zum Präzisionsschleifen besteht im Vergleich zu den meistens für dieses Verfahren eingesetzten feinkörnigen Diamantschleifscheiben in der Verschleißbeständigkeit der Werkzeuge. Die höheren Standzeiten führen zu einer höheren wirtschaftlichen Effizienz, da iterative Abrichtprozesse wegfallen und nachfolgende Feinschleif- und Polierzeiten am Bauteil verkürzt werden können. In diesem Forschungsvorhaben wurden erstmals Lastspannungen in der Kontaktzone beim Einsatz von Diamantschleifscheiben mit Korngrößen zwischen D301 und D1001 zur duktilen Bearbeitung sprödharter Werkstoffe ermittelt. Die ermittelten Spannungen können mit dem vorherrschenden Materialtrennmechanismus und der erzielten Oberflächenrauheit korreliert werden. Zumeist liegen der Berechnung von Spanungsdicken, die über den Trennmechanismus (duktil/spröde) entscheiden, phänomenologische Ansätze zugrunde. Deren Voraussagekraft ist bezüglich der Materialtrennung allerdings begrenzt. Der Grund hierfür ist der Einfluss der Schleifscheibentopographie, die zwar grundsätzlich in den Berechnungsformeln der pro-zessabhängigen maximalen Spanungsdicke berücksichtigt wird, jedoch statistischer Natur ist. Bei grobkörnigen Werkzeugen können für die Schneidenzahl oder die Kornform, die in die Berechnung einfließen, allerdings keine statistischen Werte angenommen werden. Wie bei einem Fräsprozess kommen bei grobkörnigen Werkzeugen wenige Schneiden in den Eingriff. Es muss daher eine Beschreibung der gesamten Schleifscheibentopographie vorgenommen werden, die in diesem Forschungsvorhaben erfolgt ist. Eine Auswertung der Topographie in Schleifrichtung ermöglichte die Bestimmung von Normal- und Tangentialflächen, die während des Schleifprozesses mit dem Werkstück in Kontakt stehen. Die hochauflösende Messung von Prozesskräften ermöglichte in Kombination mit den zuvor ermittelten Eingriffsflächen die Berechnung von Lastspannungen in der Kontaktzone.

The use of single-coated, electroplated coarse-grained diamond grinding wheels is possible for precision grinding under certain conditions. The motivation for using coarse-grained diamond grinding wheels for precision grinding is the wear resistance of the tools compared to the fine-grained diamond grinding wheels usually used for this process. The longer service life leads to greater economic efficiency, as iterative dressing processes are eliminated and subsequent fine grinding and polishing times of the workpiece can be reduced. In this research project, load stresses in the contact zone were determined for the first time when using diamond grinding wheels with grit sizes between D301 and D1001 for ductile machining of brittle-hard materials. The stresses determined can be correlated with the prevailing material removal mechanism and the surface roughness achieved. In most cases, the calculation of chip thicknesses, which determine the material removal mechanism (ductile/brittle), is based on phenomenological approaches. However, their accuracy in predicting material removal is limited. The reason for this is the influence of the grinding wheel topography, which is generally taken into account in the calculation formulae for the process-dependent maximum chip thickness, but is of a statistical nature. In the case of coarse-grained tools, however, no statistical values can be assumed for the number of cutting edges or the grain shape, which are included in the calculation. As with a milling process, few cutting edges come into contact with coarse-grained tools. It is therefore necessary to describe the entire grinding wheel topography, which was done in this research project. Analysing the topography in the grinding direction made it possible to determine the normal and tangential surfaces that are in contact with the workpiece during the grinding process. The high-resolution measurement of process forces in combination with the previously determined contact surfaces made it possible to calculate load stresses in the contact area.