Faserverstärkte Keramik mit angepassten Werkzeugen effizient bearbeiten

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TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Auch PKD-Werkzeuge haben sich aufgrund hohen Werkzeugverschleißes als ungeeignet erwiesen [3]. Bohrungen werden deshalb mit Diamantschleifstiften in Hohlbohrausführung im Quer-Seiten-Schleifprozess eingebracht. Der hohle Aufbau gewährleistet eine optimale Kühlschmierstoff-Zuführung und vermeidet eine geringe Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück. Für die Bohrbearbeitung sind die Schleifstifte an Stirn- und Mantelfläche mit Nuten versehen, um eine adäquate Kühlschmierstoff-Versorgung und einen Abtransport des Kühlschmierstoff-Span-Gemisches gewährleisten zu können [3].

Für die Bohrungsfertigung wurden verschiedene metallische Bindungssysteme untersucht. Galvanisch belegte Diamantschleifstifte weisen aufgrund ihres einschichtigen Kornbelages Standwege von etwa lf > 4 m auf. Die zunehmende Abflachung der Diamantkörner führt zu hohen Einzelkornkräften und zum Ausbruch der Schneidkörner. Gesinterte Werkzeuge zeichnen sich dagegen durch einen linearen axialen Verschleiß aus, der theoretisch höhere Standwege möglich werden lässt.

Diamantschleifstifte und gesinterte Werkzeuge unterliegen radialem Verschleiß

Jedoch unterliegen diese Werkzeuge ebenfalls einem radialen Verschleiß, der zu unzulässigen Maßabweichungen der Bohrungen führt. Eine auf die gesinterte Kronenmantelfläche aufgebrachte galvanische Beschichtung feinerer Körnung konnte bisher aufgrund einer Ablösung dieser Schicht nur eine unzureichende Prozessstabilität gewährleisten. So konnten zwar Bohrungen eingebracht werden, die für diesen inhomogenen Werkstoff hinsichtlich der Oberflächenqualität (Ra < 3,2 µm beziehungsweise Rz < 20 µm) und des Rundheitsfehlers (fr < 12 µm) vergleichsweise gute Ergebnisse lieferten.

Außer der linearen Reduzierung der Kronenlänge von etwa 100 µm pro Meter Bohrweg war jedoch auch eine Radiusabnahme der Werkzeuge zu beobachten, die in einer linearen Verringerung der Bohrungsdurchmesser von etwa 28 µm je Meter Bohrweg resultierte und dadurch den Standweg der Werkzeuge je nach Durchmessertoleranz entsprechend limitiert. Eine Möglichkeit, dies zu kompensieren, stellt die Zirkularbearbeitung dar [4]. Die hohen Einzelkornkräfte bei der Bohrungsbearbeitung werden anhand eines Vergleiches der spezifischen Vorschubkraft für den radialen und tangentialen Vorschub deutlich (Bild 2).

Rundheitsfehler steigert Prozesskräfte

Der Rundheitsfehler der Werkzeuge liegt in der Größenordnung des Radialvorschubes, wodurch mit steigendem Kornverschleiß mehr Körner in Eingriff gelangen und die Prozesskräfte kontinuierlich ansteigen. Im ununterbrochenen Schnitt erfolgt eine kontinuierliche Abflachung und durch die dynamischen Kraftanteile vor allem auch eine Splitterung der Diamantkörner. Diese dynamischen Kraftanteile sind im ununterbrochenen Schnitt wesentlich höher, wodurch Kornsplitterungen häufiger auftreten.

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