Optimierter Schleifprozess hochwarmfester Werkstoffe

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Wie also lässt sich der Schleifprozess optimieren? Wie ist er zu führen und durch welche Parameter lässt er sich beeinflussen? Diesen und anderen Fragen gehen die Schleifexperten von Elb-Schliff und aba bei der Untersuchung neuartiger Werkstoffe systematisch nach. Dabei zeigte sich, dass man gemäß der Gleichung Qw = vw × ae (vw Werkstückgeschwindigkeit, ae Schnitttiefe) den Wert für die Werkstückgeschwindigkeit erhöhen könnte. Das setzt zwar die Kräfte herab, erhöht dafür aber geringfügig den Radialverschleiß. An der Zeit ändert sich jedoch nichts, da Qw konstant ist.

Nur geringe Zug-Eigenspannungen in das Werkstück einbringen

In einem weiteren Versuch variierten die Forscher und Entwickler der beiden Unternehmen die Zustellung, wodurch sich die Werkstückgeschwindigkeit (Tischvorschubgeschwindigkeit) bei konstantem Zeitspanungsvolumen verringert. Dabei zeigte sich, dass bei einer geringen Tischvorschubgeschwindigkeit hohe Zugeigenspannung entstehen, während höhere Tischvorschubgeschwindigkeiten in den Druckspannungsbereich führen können und sich die Gefahr von Schleifbrand reduzieren lässt.

Der Schleifprozess soll die Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit des Bauteils möglichst positiv beeinflussen. Wichtige Einflussgrößen sind dabei Rauheit, Welligkeit, Oberflächenrisse sowie Gefügeveränderungen, Härte und Eigenspannungszustand der Bauteile nach dem Schleifen. Verdichterschaufeln sind beispielsweise im Betrieb hohen Vibrationen ausgesetzt. Ein falsch geführter Schleifprozess kann die Situation dramatisch verschlechtern. So können durch das Schleifen Zug-Eigenspannungen in der Randzone der bearbeiteten Teile entstehen, die sich mit den durch Vibration ausgelösten Zugspannungen addieren und so die Lebensdauer der Schaufeln erheblich reduzieren. Beim Schleifen kommt es deshalb darauf an, möglichst nur geringe Zug-Eigenspannungen in die Werkstücke einzubringen. Am besten wird der Schleifprozess so geführt, dass er Druckeigenspannungen erzeugt. Diese kompensieren die im Betrieb des Triebwerks auftretenden, gleich hohen Zugspannungen. Damit lässt sich die Lebensdauer von Triebwerkskomponenten deutlich erhöhen.

Einfluss die Schleifwerkzeuge auf den Prozess

Weiter stellt sich die Frage, welchen Einfluss die Schleifwerkzeuge selbst auf den Prozess haben. Eine Schleifscheibe besteht vereinfacht gesagt aus Schleifkorn, Binder und Poren. Die Körnung kann aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Kornformen und Korngrößen bestehen. Die Binder basieren meist auf Kunstharz, keramischen Massen oder Metallen und die Poren können grob- oder feinporig ausgebildet sein. Alle diese Parameter haben großen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit der Schleifscheiben.

Will man bei einer Schleifscheibe die Temperatur niedrig halten, muss sie möglichst viele Poren haben und möglichst hohe Spänemengen abtransportieren, da sie ebenfalls einen großen Teil der Zerspanungswärme aufnehmen. Ein höheres Porenvolumen bedeutet jedoch im Umkehrschluss ein verringertes Kornvolumen oder alternativ ein geringeres Bindervolumen. Setzt man die beiden letztgenannten herab, führt das irgendwann zu einem gesteigerten Schleifscheibenverschleiß.

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