Derzeit werden beim Nutenschleifen von Hartmetallfräsern hybridgebundene Schleifscheiben eingesetzt. Im Gegensatz zu metallisch gebundenen Schleifscheiben besitzen hybridgebundene Schleifscheiben eine höhere Porosität. Dies führt zu einem besseren Kühlschmierstofftransport in die Kontaktzone. Allerdings weisen hybridgebundene Schleifscheiben eine geringere Verschleißbeständigkeit auf. Die additive Fertigung von metallischen Schleifbelägen ermöglicht es, gezielt Strukturen in den Schleifbelag einzubringen. Diese Strukturen dienen als künstliche Porenräume und sollen zum einen den Transport von Kühlschmierstoff (KSS) in die Kontaktzone und zum anderen den Spanabtransport erleichtern.
Beim Nutentiefschleifen von Vollhartmetallschaftwerkzeugen kommt es zu Eingriffstiefen von bis zu 4 mm. Infolgedessen treten hohe thermische und mechanische Belastungen des Werkzeugs und Werkstücks auf. Zudem nimmt das Nutenschleifen einen Hauptteil der Bearbeitungszeit bei der Herstellung von Schaftfräsern ein. Aus diesem Grund beeinflusst dieser Prozess maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der gesamten Prozesskette.
Die Kontaktbedingungen beim Nutentiefschleifen stellen eine Herausforderung für die ausreichende KSS-Versorgung während des Prozesses dar. Um dennoch genug KSS im Schleifspalt bereitzustellen, werden aktuell hohe KSS-Drücke und -Volumenströme eingesetzt. Das hat jedoch einen negativen Einfluss auf die Energieeffizienz des Prozesses. Zudem können durch hohe KSS-Drücke induzierte Normalkräfte zu qualitäts- sowie produktivitätslimitierenden Werkstückabdrängungen führen. Der Einsatz additiv gefertigter metallisch gebundener Schleifscheiben mit Porenstrukturen soll zu einer Reduktion der benötigten KSS-Menge führen und damit die Energieeffizienz des Prozesses steigern sowie die Werkstückabdrängung verringern.
Darüber hinaus soll auch bei der Schleifscheibenherstellung eine Steigerung der Effizienz erreicht werden. Da die 3D-gedruckten Schleifbelagsrohlinge mittels drucklosen Sinterns ohne Form gehärtet werden, kann eine Energieersparnis gegenüber dem herkömmlichen Heißpressen erreicht werden. Hier müssen neben dem Schleifbelag auch der Grundkörper und die Pressform mit erhitzt werden. Die additive Herstellung von Schleifbelagsrohlingen birgt zudem das Potenzial der Steigerung des Automatisierungsgrades bei der Schleifscheibenproduktion. Durch den Einsatz eines additiven Herstellverfahrens können zeitintensive manuelle Prozessschritte ersetzt werden.
Im Rahmen des Projektes wird ein metallisch gebundenes Schleifwerkzeug mit modellbasierten 3D‑gedruckten Belagsstrukturen entwickelt. Vor der Herstellung und dem Einsatz einer solchen additiv gefertigten Schleifscheibe erfolgt eine modellbasierte Strukturauslegung. Anhand einer Materialabtragssimulation mit der institutseigenen Software IFW CutS werden die Eingriffsverhältnisse im Schleifprozess untersucht. Daran angepasst werden die Belagsstrukturen ausgelegt. Um die KSS-Förderfähigkeit unterschiedlicher Strukturvarianten zu ermitteln, werden mithilfe einer KSS-Auffangeinheit die Förderfähigkeit der strukturierten Schleifscheiben ermittelt und die optimale Strukturgeometrie gewählt. Die Herstellung der neuartigen Schleifscheiben erfolgt durch die BDW-Binka Diamantwerkzeuge GmbH auf Basis der zuvor am IFW durchgeführten Strukturauslegung. Anschließend werden in Einsatzversuchen die Leistungsfähigkeit und die Prozessgrenzen der 3D-gedruckten metallisch gebundenen Diamantschleifscheiben mit Belagsstrukturen ermittelt.
Das Forschungsvorhaben wird durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land Niedersachsen gefördert.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Maximilian Tontsch, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, per E-Mail (tontsch@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.
