Innovative Schleifverfahren machen Hochleistungsbearbeitung wirtschaftlicher

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Ceramic Matrix Compositesweisen geringe Dichte auf

Ceramic Matrix Composites (CMC) zählen zu einer Leichtbauwerkstoffklasse, die sich durch hohe Temperaturstabilität und geringe Dichte auszeichnet. Mit diesen Eigenschaften sind CMC den metallischen Werkstoffen bei Hochtemperaturanwendungen überlegen. Bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe sind deutlich geringere Zerspankräfte bei stark erhöhtem Werkzeugverschleiß zu beobachten. Die Herstellung einer befriedigenden Oberflächengüte durch Verringerung von Ausbrüchen, örtlicher Delamination und das Aufdecken von inhärenter Porosität ist eine große Herausforderung.

In jüngster Zeit wurde am PTZ in Berlin der Einsatz des Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsplanschleifens mit Planetenkinematik zur Bearbeitung von CMC-Bauteilen mit hohen Anforderungen an Ebenheit, Planparallelität und Oberflächenqualität untersucht. Die untersuchten Werkstücke zeichnen sich aufgrund der Prozesskinematik und -leistung durch exzellente Ebenheiten Eo und Oberflächengüten aus (Bild 4). Im Vergleich zur konventionellen Prozessführung konnte die Bearbeitungszeit um den Faktor fünf reduziert werden.

Hohes Potenzial zur Kostensenkung

Die wirtschaftliche Bearbeitung von Bauteilen mit planparallelen Funktionsflächen erfordert umfangreiche Kenntnisse bezüglich des Werkstoffs, der Werkzeuge sowie des Prozesses. Zur Kostensenkung zeigen die vorgestellten Konzepte ein hohes Potenzial auf. Dies resultiert aus der Weiterentwicklung von Maschinensystemen und -konzepten in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse.

Die bisherigen Erfolge im Bereich des Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsplanschleifens mit Planetenkinematik belegen das enorme wirtschaftliche Potenzial dieser Technik. Das Verfahren ermöglicht bei hoher Bauteilqualität und geringem Schleifscheibenverschleiß Zerspanleistungen, wie sie sonst nur bei der Fertigung mit geometrisch bestimmter Schneide erreicht werden.

Ebenso hohes Einsatzpotenzial bietet die Kinematik des Schnellhubschleifens. Verglichen mit konventionellen Pendelschleifprozessen konnte bei ersten Untersuchungen die Produktivität, bei gleichzeitig verringerter Werkstückschädigung, deutlich gesteigert werden.

Literatur

[1] Zeppenfeld, C.; Schnellhubschleifen von g-Titanaluminiden. Dissertation RWTH Aachen, 2005.

[2] Tönshoff, H. K.; Karpuschewski, B.; Meyer, T.: Schnellhubschleifen von Hochleistungskeramik. In: Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren. 58. Ausgabe, Vulkan-Verlag, 1997.

[3] Nachmani, Z.; Randzonenbeeinflussung beim Schnellhubschleifen. Dissertation RWTH Aachen, 2008.

[4] Ardelt, Th.: Einfluss der Relativbewegung auf den Prozess und das Arbeitsergebnis beim Planschleifen mit Planetenkinematik. Dissertation TU Berlin, 2000; zugl. Reihe Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin, 2001.

[5] Uhlmann, E.; Ardelt, Th.: Influence of Kinematics on the Face Grinding Process on Lapping Machines. Annals of the CIRP 48/1, S. 281-284, 1999.

Prof. Eckart Uhlmann ist Leiter des Fachgebiets Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin. Dipl.-Ing. Christoph Sammler und Tom Hoghé sind wissenschaftliche Mitarbeiter am IWF. Tiago Borsoi Klein M. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-IPK.

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