Spanbildungsprozesse während der Schleifbearbeitung und deren Einflüsse auf die Energiebilanz und die Prozesskräfte

Industrielles Schleifen verursacht im Vergleich zu vielen Zerspanverfahren hohe spezifische Energien und Prozesstemperaturen. Fehlendes Verständnis über die Spanbildung führt zu konservativen Parametern, erhöhtem Kühlaufwand, häufigem Abrichten und unvorhersehbaren Kraftspitzen mit Randschädigungen. Anders als bei geometrisch bestimmter Schneide greifen beim Schleifen viele unregelmäßige Körner gleichzeitig ein; die Mischung aus Mikrospanen, Mikropflügen und Mikrofurchen variiert mit Topographie, Werkstoff und Schnittgeschwindigkeit. Bestehende Modelle beschreiben diese Vorgänge meist statistisch und sind nur in engen Parameterräumen gültig. Für Unternehmen bedeutet dies begrenzte Skalierbarkeit, ineffiziente Energie- und Ressourcennutzung und erhöhtes Risiko bei neuen Werkstoffen und Werkzeugrezepturen. Es fehlt eine belastbare Verbindung zwischen mikroskopischer Spanbildung und makroskopischer Prozessführung.

Zielsetzung

Ziel ist ein belastbares Verständnis der tatsächlich wirkenden Spanbildungsprozesse beim Schleifen und deren Abbildung in einer Methode zur Vorhersage von Energiebilanz und Prozesskräften. Kernpunkte:

• Charakterisierung der Spanbildungsphasen auf Kornebene mittels Schnittunterbrechung
• Berücksichtigung der Schleifscheibentopographie bis hin zu simultanen Mehrkorneingriffen
• Übertragung auf das Längs‑Umfangs‑Planschleifen und Validierung.

Die Simulationsumgebung IFW‑CutS wird erweitert, um reale Topographiedaten zu verarbeiten und Prozessgrößen je Segment zu berechnen. Für die Praxis entstehen Werkzeuge zur parametereffizienten Auslegung, zur Reduktion thermischer Schädigungen und zur energie- und kosteneffizienten Prozessgestaltung.

Vorteile

• Vorhersage von Energie und Kräften (Mikro‑Makro‑Link, reale Topographie).
• Effizientere Prozessauslegung, weniger thermische Schäden.
• Planbarer Verschleiß, geringere Kosten.

Vorgehen

Analogieuntersuchungen und reale Prozesse werden kombiniert: Einzelkorn‑Ritzversuche mit definierten Schneidengeometrien und positionsgenauer Schnittunterbrechung liefern Kenngrößen der elastischen, plastischen und spanenden Phasen. Segmentierte Schleifscheiben erlauben die Analyse simultaner Mehrkorneingriffe. Topographien werden optisch erfasst (Alicona, NanoFocus), Kräfte multiaxial gemessen (Kistler). IFW‑CutS wird um Module zur Schneidenidentifikation und Segmentdiskretisierung erweitert. Validierung erfolgt im Längs‑Umfangs‑Planschleifen unter Kühlschmierung.

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