Kühlschmierstoff beeinflusst Verschleiß von CBN-Schleifscheiben

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Bei den Reibversuchen werden PCBN-Stäbchen unter Kühlschmierstoffeinsatz auf einen rotierenden Gegenkörper gedrückt. Die PCBN-Stäbchen besitzen gegenüber den Schleifkörnern im Realprozess den Vorteil, dass die Reibfläche deutlich größer ist sowie die Adhäsionsmechanismen verstärkt werden und somit besser quantifizierbar sind.

Minimalmengenschmierung für PCBN-Stäbchen

Die Reibversuche auf dem Stift-Scheibe-Tribometer wurden mit einer definierten Kraft Fn = 1000 N, die zu einer vergleichbaren Flächenpressung wie im Realprozess führen, durchgeführt. Die Kühlschmierstoffzufuhr erfolgte per Minimalmengenschmierung, um den Kühlschmierstoff gezielt in die Kontaktzone einzubringen.

Die Auswertung der Kontaktverhältnisse erfolgte durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) und eine Kraftmessung. Beim Vergleich der Basisflüssigkeiten Emulsion, Hydrocracköl und Esteröl konnte festgestellt werden, dass der geringste Adhäsionsverschleiß bei Benutzung des Esteröls auftrat und der meiste bei Emulsion.

Mittels einer EDX-Analyse konnte verifiziert werden, dass es sich bei den Materialanhaftungen um Werkstückwerkstoff handelt. Als Mechanismen, die zu Adhäsionsverschleiß führen, können mechanisches Verhaken, Diffusion und chemische Adsorption durch Atombindungs- oder Van-der-Waals-Kräfte identifiziert werden. Bild 2 zeigt die REM-Aufnahme eines PCBN-Stäbchens unter dem Einfluss der verschiedenen Kühlschmierstoffe.

Esteröl bewirkt kleinste Reibverhältnisse

Die tatsächlichen Reibverhältnisse, die während der Reibuntersuchungen auftraten, wurden durch die Kraftverhältnisse der Tangentialkraft zur Normalkraft bestimmt und getrennt von der visuellen Auswertung der PCBN-Stäbchen quantifiziert. Wie in Bild 3 deutlich zu erkennen, traten bei der Verwendung von Esteröl die mit Abstand kleinsten Reibverhältnisse auf. Dies bestätigt das Ergebnis aus den REM-Aufnahmen der Proben.

Geringere Reibverhältnisse sind während des Schleifprozesses jedoch nicht immer von Vorteil. Außer der Reduzierung der Reibwärme wird dadurch auch die Schnitteinsatztiefe erhöht. Die daraus resultierenden längeren Phasen der elastischen und plastischen Werkstoffdeformationen führen zu einem ineffektiven Spanbildungsprozess mit insgesamt höherer Prozesswärme.

In einem weiteren Schritt wurde anhand von Ritzversuchen die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus den Reibuntersuchungen bestimmt. Die kinematischen Interaktionen der Wirkpartner sind bei Ritzversuchen identisch mit denen des Spanbildungsprozesses beim Realprozess.

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