Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten

Für die Herstellung von geometrisch bestimmten Schneidwerkzeugen, wie Schaftfräsern oder Wendelbohrern, ist das Nutenschleifen ein zentraler Bestandteil des Bearbeitungsprozesses. Ein Großteil der dabei eingebrachten mechanischen Energie wird in Wärme umgewandelt. Abhängig von den Schnittbedingungen werden dabei bis zu 95 % der Energie über das Werkstück abgeführt [1]. Die verbleibende Energie verteilt sich auf das Werkzeug, die Späne und den Kühlschmierstoff. Der Wärmestrom in das Werkstück ist besonders kritisch, da es hierdurch zu Schleifbrand und thermisch induzierten Eigenspannungen kommen kann. Dies verringert die Einsatzfähigkeit, Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Werkstücks [1]. Aufgrund der Vielzahl an individuellen Korneingriffen stellt der Schleifprozess eine komplexe Eingriffssituation dar. Trotz konstanter Prozessstellgrößen sind starke Unterschiede in Prozesskräften, Kontaktzonentemperaturen und resultierenden Oberflächen zu beobachten [2]. Zurückzuführen ist dies unter anderem auf stochastische Effekte in der Schleifkontaktzone [3]. Verschleißmechanismen, wie Bindungszusetzung, Kornausbrüche und Kornabstumpfung, beeinflussen die Schleifscheibenmikrotopographie und damit den Kontakt zwischen Schleifscheibe und Werkstück erheblich [4]. Die Effektivität der Kühl- und Schmierwirkung durch den Kühlschmierstoff wird dadurch maßgeblich beeinflusst [5]. Die Einstellung von Kühlschmierstoffdüsen sowie die Wahl des passenden Schleiföls werden in der Praxis oft anhand von erfahrungsbasiertem Wissen oder zeitintensiven Einstellversuchen getroffen. Simulationen bieten hingegen eine kostengünstige Alternative, um die genannten Effekte zu prognostizieren und optimale Prozesseinstellungen zu gewährleisten. Insbesondere neuartige Herangehensweisen zur multiskaligen Prozesssimulation können bei geringer Rechenzeit das Zusammenwirken von mikroskopischen und makroskopischen Vorgängen prognostizieren [6]. Stochastische Effekte, bedingt durch einzelne Korneingriffe, werden dabei berücksichtigt, wodurch eine detaillierte Analyse des Schleifprozesses möglich ist.