Das DFG-Projekt "Einsatzverhalten sintermetallischer Diamantschleifscheiben mit chemisch angebundenen Schleifkörnern", das am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) durchgeführt wurde, untersuchte, ob eine stoffschlüssige Anbindung auch ohne vorherige Beschichtung erreicht werden kann. Die Anbindung sollte nur durch Zugabe von Chrom in Pulverform zur Schleifscheibenbindung erreicht werden.
Die Untersuchungen zeigen, dass bereits durch eine geringe Zugabe von 2 Gew.-% Chrom eine vollständige Ummantelung der Diamanten mit Chromkarbid erreicht werden kann. Dabei sind eine Sintertemperatur über 750 °C und möglichst geringe Partikelgrößen an Chrom entscheidend. Die höhere spezifische Oberfläche bei kleinen Partikelgrößen erhöht die Wahrscheinlichkeit von Chrompartikeln, die mit den Diamanten in Kontakt kommen, und fördert somit die Karbidbildung.
Im Vergleich zur rein stoffschlüssigen Bindung konnte die mechanische Festigkeit des Schleifbelags durch die verbesserte Anbindung der Diamanten um +363 % gesteigert werden. Einsatzuntersuchungen im Nutentiefschliff von Hartmetall zeigen eine signifikante Verschleißreduktion und geringere Schleifkräfte aufgrund der stärkeren Kornhaltekräfte infolge der Karbidbildung. Die Karbidbildung erhöht zusätzlich den Wärmetransport zwischen der Bindung und den Diamanten, was zu einer Steigerung der Wärmeleitfähigkeit des Schleifbelags um bis zu +102 % im Vergleich zur stoffschlüssigen Anbindung führt. Die gesteigerte Wärmeleitfähigkeit verbessert die Abfuhr von Wärme aus der Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Hartmetall-Werkstück und verhindert so die Bildung von Aufschweißungen des Hartmetalls. Die gleichmäßigere Verteilung der Wärme innerhalb des Schleifbelags und nicht lokal im Werkzeug-Werkstück-Kontakt führt zu einer effizienteren Prozesskühlung. Dies wurde sowohl in einer FEM-Simulation als auch durch Temperaturmessungen im Werkstück und in der Schleifscheibe bestätigt.
In Übereinstimmung mit der FEM-Simulation konnte gezeigt werden, dass die verbesserte Wärmeleitfähigkeit zu einer Abnahme der normalisierten Kontaktzonentemperatur von 17 % führt. Die resultierenden Eigenspannungen zeigen ebenfalls eine verringerte thermische Belastung des Werkstücks, wobei sich die Druckeigenspannungen beim Einsatz der Schleifscheibe mit einem Chromgehalt von 2 Gew.-% um +18 % erhöhten, verglichen mit dem Einsatz der Schleifscheibe ohne Karbidbildung.
Eine Projektfortführung erfolgt ab 2024 im Rahmen des DFG-Projektes „Einsatzverhalten sintermetallischer Diamantschleifscheiben mit Graphitaddition“. Hier sollen die bereits gewonnenen Erkenntnisse genutzt werden und durch die Graphitaddition die Wärmeleitfähigkeit und vor allem die Abrichtbarkeit der metallisch gebundenen Schleifscheiben weiter verbessert werden.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Roman Lang, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 18223 oder per E-Mail (lang@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.
