Potenzial der Kostensenkung Schleifscheiben: Neues Verfahren steigert Effizienz

In Zusammenarbeit mit dem Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) entwickelt das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover neue Strategien zur Einsatzvorbereitung neuer Schleifscheibentypen. Langfristiges Ziel: Die Senkung des Energiebedarfs pro Werkstück bei geringen Kosten. Die neuen Stäbchenkorundschleifscheiben haben eine hohe Schnittfreudigkeit, jedoch auch einen kostenintensivem Radialverschleiß beim Abrichten. Mit dem Forschungsprojekt am IFW soll eine wissenschaftliche Grundlage für den Einsatz dieser Schleifscheiben geschaffen werden.

Die Schleifbearbeitung ist aufgrund der hohen erreichbaren Oberflächenqualitäten für die Fertigung vieler Bauteile unverzichtbar geworden. Allerdings ist sie im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren aufgrund des sehr hohen Energieeinsatzes ineffizient. Zur Steigerung der Effizienz der Schleifverfahren werden derzeit zwei Ansätze verfolgt. Eine bedarfsgerechte Kühlschmierstoffversorgung und eine Steigerung des Zeitspanvolumens, um den Energiebedarf je gefertigtem Bauteil zu reduzieren.

Belastungen reduzieren

Das Zeitspanvolumen ist durch die Prozessstellgrößeren direkt beeinflussbar. So bedingen höhere Vorschubgeschwindigkeiten und Zustellungen eine Steigerung des Zeitspanvolumens und damit auch der Produktivität. Infolge der höheren mechanischen und thermischen Bauteilbelastungen geht die Produktivitätssteigerung allerdings auch mit einem erhöhten Risiko durch Werkstückschädigungen wie die Bildung von Zugeigenspannungen oder Schleifbrand einher.

„In der Industrie werden vorwiegend keramisch gebundene Korundschleifscheiben eingesetzt“, erläutert IFW-Mitarbeiter Alexander Schulze. Aufgrund ihrer geringen thermischen Leitfähigkeit in Kombination mit gesteigerten Zeitspanvolumina führt ihr Einsatz zu hohen temperaturbedingten Werkstückbelastungen. „Diese Werkstückbelastungen lassen sich mit den neuartigen schnittfreudigen Stäbchenkorundschleifscheiben reduzieren“, sagt Wissenschaftler Schulze.

Gegenüber herkömmlichen Schleifscheibentypen weisen die Stäbchenkorundschleifscheiben signifikant höhere Porosität auf, ohne die Bindungsstabilität negativ zu beeinflussen. Die hohe Porosität dieser Schleifscheiben ermöglicht eine verbesserte Kühlschmierung in der Kontaktzone und damit eine Senkung des Schädigungsrisikos.

Wissenschaftler Schulze hat bereits erste Erkenntnisse in seinem Forschungsvorhaben generieren können. Grundlage seiner ersten Versuchsreihe ist ein Analogieprozess zum Abrichten mittels rotierendem Abrichter mit einschneidigem Abrichtwerkzeug (CVD-D Abrichtplatte).

Das Ergebnis:

Eine Erhöhung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Schleifscheibe und Abrichtwerkzeug wirkt sich positiv auf den Abrichtverschleiß aus und bietet das Potenzial der Kostensenkung bei der Einsatzvorbereitung der Schleifscheiben. Im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens sollen die gewonnenen Erkenntnisse zunächst auf einen Flachschleifprozess übertragen und anschließend anhand eines Profilschleifprozesses (Diskontinuierliches Profilschleifen eines Zahnrads) validiert werden.