Mikrozerspanung Optimierte Werkzeuge treiben die Mikrosystemtechnik voran

Im Sonderforschungsbereich 516 „Konstruktion und Fertigung aktiver Mikrosysteme“ werden das kontakterosive Konditionieren metallisch gebundener Schleifwerkzeuge, das Mikroschleifen, -bohren und -fräsen weiterentwickelt, um die Mikrosystemtechnik voranzutreiben. Dieser Beitrag stellt einige Ergebnisse vor.

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Leibniz Universität Inst. für Fertigungstechnik u. Werkzeugmaschinen (IFW)

TU Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Metallisch gebundene, mehrschichtige Schleifscheiben bieten aufgrund ihres niedrigen Verschleißes und der hohen Profilhaltigkeit in der Mikrobearbeitung ein hohes Potenzial für die Schleifbearbeitung von sprödharten Werkstoffen. Das Abrichten dieser Werkzeuge stellt jedoch aufgrund der hohen Verschleißfestigkeit der Bindungsmatrix und der Diamantschleifkörner eine Herausforderung dar.

Kontakterosives Konditionnieren für Schleifscheiben vielversprechend

Das kontakterosive Konditionieren ist dabei ein vielversprechendes Verfahren. Die für den Konditionierprozess erforderlichen Komponenten können innerhalb der Werkzeugmaschine montiert werden, so dass ein Abrichten der Schleifscheibe ohne Demontage direkt auf der Schleifspindel möglich ist. Der Abtrag des Bindungsmaterials erfolgt thermisch, die dazu benötigte Energie wird dem Prozess aus einem elektrischen Stromkreis zur Verfügung gestellt (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Dazu wird ein Pol des elektrischen Stromkreises über einen Schleifkontakt auf die Schleifscheibe und damit an die metallische Bindung gelegt. Der zweite Pol ist als Graphit- oder Kupferelektrode ausgeführt, die von der Schleifscheibe im Konditionierprozess zerspant wird. Durch die elektrisch nicht leitfähigen Abrasivkörner stellt sich zwischen der Elektrodenoberfläche und der metallischen Bindung ein Spalt ein, der dem Kornüberstand entspricht. Der Bindungsabtrag an der Schleifscheibe kann im Wesentlichen in vier Schritte unterteilt werden.

Kontakterosives Konditionieren für Schärfen und Profilieren geeignet

Zunächst bewirkt ein sich bildender Span eine Feldüberhöhung im Spalt zwischen Elektrode und Bindungsmatrix. Mit wachsender Spanlänge nimmt die Feldüberhöhung zu, gleichzeitig verringert sich der Abstand zwischen Spanspitze und metallischer Bindung.

Sobald eine ausreichende Feldstärke erreicht ist, wird der Spalt durch eine Entladung überwunden. Bei der Entladung kommt es zum Verdampfen des Spans und damit zum lokalen Aufschmelzen der Bindung. Von dem durch den Spalt strömenden Kühlmedium und der Fliehkraft der rotierenden Schleifscheibe wird das geschmolzene Bindungsmaterial entfernt [1].

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