Teilprojekt C04 Kühlkonzepte Feinbearbeitung

Ziel des Teilprojekts ist es, ein Modell zu entwickeln, das die Wechselwirkungen zwischen der Schleifscheibenherstellung, den Schleifscheibeneigenschaften und ihrem Einsatzverhalten in Abhängigkeit der chemischen Umgebungsbedingungen abbildet. Es werden Untersuchungen in XHV-adäquater Atmosphäre, die durch die Verwendung von Silan erzeugt wird, durchgeführt. Dies ermöglicht zum einen die Erforschung der chemischen Vorgänge während des Sinterns und zum anderen die Untersuchung der Materialtrennmechanismen beim Schleifen. Weiterhin dienen die schleiftechnologischen Experimente dazu, das Verhalten sauerstoffaffiner Werkstoffe mit dem Einsatzverhalten der Werkzeuge und deren Eigenschaften zu korrelieren.

Ausgangslage

Verbesserte chemische Schleifkornanbindung durch sauerstofffreien Sinterprozess (c) IFW

Die Qualität eines Bauteils nach der zumeist am Ende einer Prozesskette liegenden Feinbearbeitung wird wesentlich durch den Verschleißzustand des eingesetzten Schleifwerkzeugs bestimmt. Zudem unterliegt die neu gebildete Oberfläche chemischen Wechselwirkungen mit der Umgebung, die durch hohe Prozesstemperaturen beim Schleifen ermöglicht und beschleunigt werden. Die wichtigsten Schneidstoffe für das Schleifen, Aluminiumoxid (Korund), kubisches Bornitrid (cBN) und Diamant, weisen grundlegende Unterschiede im chemischen Verschleißverhalten auf. Während das Aluminium in Korund bereits vollständig oxidiert ist und im Einsatz keiner weiteren Oxidation unterliegt, wird der Verschleiß bei cBN durch Oxidation bei erhöhten Temperaturen verstärkt. Bei Diamant findet zusätzlich zur Oxidation eine Phasenumwandlung zu Graphit statt. Einen weiteren Einflussfaktor stellt der Bindungswerkstoff des Schleifwerkzeugs dar, der ebenfalls mit der Umgebungsatmosphäre sowie zusätzlich mit den Schneidstoffen reagieren kann. Durch den Einsatz von carbidbildenden Bindungswerkstoffen wie Titan könnten in einem sauerstofffreien Herstellungsprozess die Eigenschaften des Schleifbelags positiv beeinflusst werden. Die Arbeitshypothese dieses Teilprojekts lautet, dass durch die Verwendung einer XHV-adäquaten Atmosphäre bei der Schleifwerkzeugherstellung eine chemische Kornanbindung mit hohen Kornhaltekräften erreicht werden kann.

Ziele

Das hierauf aufbauende Ziel ist somit das Verständnis der Zusammenhänge während der Schleifwerkzeugherstellung sowie dem Schleifwerkzeugeinsatz unter XHV-adäquaten Prozessbedingungen. Dafür werden in der ersten Förderperiode die Grundlagen geschaffen. Der Erkenntnisgewinn dieses Vorhabens liegt darin, den Zusammenhang bzw. die Wechselwirkungen zwischen der Schleifscheibenherstellung, den Schleifscheibeneigenschaften und ihrem Einsatzverhalten in Abhängigkeit der chemischen Umgebungsbedingungen abzubilden. Damit werden neuartige Schleifwerkzeugeigenschaften, die an die Schleifaufgabe angepasst sind, ermöglicht. Es werden zunächst die chemischen Vorgänge während der Schleifwerkzeugherstellung und deren Auswirkung auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Schleifwerkzeugs untersucht.

Vorgehensweise und Methoden des Teilprojekts C04 (c) IFW

Anschließend wird ein Versuchsstand zum Schleifen unter XHV-adäquater Atmosphäre entwickelt, der eine Prozesskühlschmierung mit desoxidiertem Kühlschmierstoff ermöglicht. Weiterhin werden Erkenntnisse über die chemischen und metallurgischen Veränderungen von Werkstück und Werkzeug beim Schleifen mit cBN- und Diamantschleifscheiben in Abhängigkeit der Schleifscheibeneigenschaften und der XHV-adäquaten Atmosphäre erarbeitet. Es werden außerdem Schleif- und Schnittunterbrechungsuntersuchungen unter XHV-adäquater Atmosphäre mit dem Ziel durchgeführt, die Materialtrennung und die Verschleißvorgänge auf Grundlagenebene zu charakterisieren. Das entstehende Gesamtmodell ermöglicht so die Vorhersage der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Schleifwerkzeuge, sodass diese zielgerichtet und an ihre Aufgabe angepasst hergestellt werden können.


Veröffentlichungen

Zeitschriftenbeiträge, begutachtet

  • Denkena, B., Bergmann, B., Fromm, A., Klose, C., Hansen, N. (2022): Influence of the atmosphere and temperature on the properties of the oxygen-affine bonding system titanium-diamond during sinteringThe International Journal of Advanced Manufacturing Technology
    DOI: 10.1007/s00170-022-09171-7
  • Prasanthan, V., Denkena, B., Bergmann, B. (2022): Influence of XHV-adequate atmosphere on surface integrityProduction Engineering
    DOI: 10.1007/s11740-022-01143-w

Beiträge in Büchern

  • Denkena, B., Bergmann, B., Hansen, N. (2022): Einfluss von Sauerstoff auf das Schleifen von TitanIn: Hoffmeister, H.-W., Denkena, B. (Hg.): Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren: Vulkan-Verlag GmbH, pp. 38–48
    ISBN: 978-3-8027-3176-1

Zeitschriftenbeiträge, nicht begutachtet

  • Denkena, B., Krödel, A., Hansen, N. (2021): Oxygen-free production: Potential of grinding under oxygen-free atmospherejournal of hp tooling 2021, pp. 24–28.
  • Denkena, B., Krödel, A., Hansen, N. (2020): Oxygen-free production: New manufacturing approach in grindingJournal of High Precision Tooling, pp. 34–38

Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

  • Denkena, B., Bergmann, B., Hansen, N. (2023): Einfluss einer sauerstofffreien Atmosphäre auf die Schleifkräfte und Werkstückqualität beim Flachschleifen von Ti-6Al-4VIn: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag.
    ISBN: 978-3-8440-9105-2
Alle Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches

Teilprojektleiterin/Teilprojektleiter

Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena
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An der Universität 2
30823 Garbsen
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113
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An der Universität 2
30823 Garbsen
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113

Teilprojektbearbeiterin/Teilprojektbearbeiter

Michael Zenger
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An der Universität 2
30823 Garbsen
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Michael Zenger
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Laura Yan
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Laura Yan
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