Trockenbearbeitung beim Rundschleifen
Dry machining in cylindrical grinding: In order to perform the grinding process in the dry condition, the chip formation needs to be optimized so that the friction between the grinding wheel and the workpiece is minimized. The institute of grinding and precision technology (KSF) conducts a profound research to find out optimal conditions in order to apply the dry machining to cylindrical grinding. Structuring of the wheel topography in a new manner through which the number of kinematic cutting edges are reduced, is the new concept applied in this investigation. Through the new structure of the wheel, the size of the chip thickness - which depends on the material specification, the grit size and the grinding parameters - will be optimized. The obtained results show that the application of the special structured wheel compared to those in case of employing normal conventional wheels in cylindrical dry grinding can reduce the grinding force.
von Taghi Tawakoli, Dal Ho Lee und Abdolreza Rasifard
Das Interesse der Forschung und der Industrie an der Realisierung des Trockenschleifens ist aus ökonomischen und ökologischen Gründen sehr hoch, da einerseits die anfallenden Kosten für die Beschaffung und Verwendung von Kühlschmierstoffen sowie die entstehenden Kosten bei der Reinigung der Maschinen und Anlagen von den durch den Kühlschmierstoffeinsatz anfallenden Verunreinigungen enorm hoch sind. Andererseits stellt die Entsorgung des Schleifschlammes sowie die Gefahr der Verunreinigung des Grundwassers und/ oder der Luft einen sehr wichtigen ökologischen Aspekt dar, der heute eine sehr große Rolle spielt.
Der Schleifprozess gehört zu den Bearbeitungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide. Dabei befinden sich viele aktive Schneiden mit negativem Spanwinkel im Eingriff. Ein großer Teil der zugeführten mechanischen Energie bei einem Korneingriff wird deshalb durch die Reibung und plastische Verformung des Werkstückstoffs sowie während des Abscherens des Spans bei der Spanbildung in Wärme umgewandelt. Es entsteht außerdem eine relativ große Schleifkontaktfläche, die einen Wärmestau zur Folge hat. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur an der Kontaktstelle.
Bei einem Schleifkorneingriff können in Abhängigkeit von den Prozesseinstellgrößen und der Mikro- und Makrotopographie der Schleifscheibe sowie den Werkstückstoffeigenschaften vier unterschiedliche Abtragsmechanismen auftreten. Diese lassen sich mit den Begriffen Mikrospanen, Mikroreiben, Mikrofurchen und Mikropflügen zusammenfassen (Abb. 1).
Eine effektive Spanbildung mit der niedrigsten Wärmeerzeugung findet allerdings nur beim Mikrospanen statt, wobei die plastische Verformung am geringsten ist und damit der Querschnitt der beim Korneingriff entstehenden Furche idealisiert dem Schneidkornquerschnitt entspricht [Broc99, Mart92, Mart93, Tawa08]. Beim Mikroreiben, Mikrofurchen und Mikropflügen weicht der Werkstückstoff durch die plastische Verformung der eingreifenden Kornschneide aus, ohne dass eine effektive Materialtrennung stattfindet [Roth94, Tawa08]. Welcher Abtragsmechanismus bei einem Korneingriff auftritt, hängt in hohem Maße von der Spanungsabmessung ab. Eine der wichtigsten Voraussetzungen zur Realisierung eines effektiven Materialabtrages bei einer Spanbildung besteht daher im Erreichen einer optimalen Spanungsdicke (nicht zu dünn und nicht zu dick) [Tawa06].
Die Spanungsdicke und -länge wird in hohem Maße von der kinematischen Schneidenzahl und damit von der Makro- und Mikrotopographie der Schleifscheibe bestimmt. Darüber hinaus wird ein Teil der zugeführten mechanischen Energie durch die Reibung zwischen Spänen und Bindung sowie zwischen Bindung und Werkstück in Wärme umgewandelt. Daher soll durch eine prozessorientierte Auslegung der Schleifscheibentopographie das Auftreten der Reibung und der ungünstigen Abtragsmechanismen vermieden und damit die Wärmeentwicklung in der Schleifkontaktzone möglichst verhindert werden, insbesondere weil ein großer Teil der in der Schleifkontaktzone generierten Wärme ins Werkstück fließt und damit thermische Schädigungen und Randzonenbeeinflussungen verursachen kann.
