Simulation ermöglicht die Vorhersage der Schleifqualität

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Eine Anpassung der simulierten Kräfte durch die Zerspanung verschiedener Werkstoffe in unterschiedlichen Härten wird ebenso vorgenommen wie die Berücksichtung der kühlschmierbedingten Kräfte, beispielsweise durch den Aufbau eines hydrodynamischen Druckpolsters vor der Kontaktzone. Die so berechneten Kräfte werden daraufhin an das Modell der Werkzeugmaschine übergeben, das die Verlagerung der Spindel berechnet.

Die dadurch geänderten Kontaktbedingungen werden in der Berechnung der Prozesskräfte im darauf folgenden Zeitschritt berücksichtigt. Eine Prinzipskizze des gekoppelten Modells ist in Bild 3 dargestellt.

Kühlschmierstoffzufuhr beeinflusst Kräfte beim Schleifen stark

Der über eine Nadeldüse zugeführte Kühlschmierstoff wird von der sich drehenden Schleifscheibe durch den Schleifspalt transportiert. Dabei kommt es zu einem hydrodynamischen Druckaufbau vor und in der Kontaktzone. Der Anteil der dadurch wirkenden Kräfte in Normalenrichtung kann dabei bis zu zwei Drittel der auftretenden Gesamtkraft ausmachen. Bild 4 zeigt die Oberflächenmessschriebe von schnellhubgeschliffenen Bauteilen entlang der Schleifrichtung.

Bei der Bearbeitung mit Kühlschmierstoff ist eine ausgeprägte Einlaufkante von 16 µm Höhe über eine Länge von 40 mm aufgrund der erst nach Einlauf des Werkstücks einsetzenden Kühlschmierstoffkraft zu erkennen (Bild 4a). Bei der Schleifbearbeitung ohne Kühlschmierstoff ist die Ebenheit der Oberfläche mit nur 8 µm Profilabweichung viel besser (Bild 4b). Allerdings weist das Werkstück eine höhere Rauheit auf. Darüber hinaus resultiert aus der Bearbeitung ohne Kühlschmierstoff eine wesentlich höhere Gefahr der thermischen Beeinflussung des Werkstücks.

Kühlschmierstoffpolster verändert dynamisches Verhalten beim Schleifen

Neben dem Einfluss auf Form- und Maßabweichungen am Bauteil verursacht das Kühlschmierstoffpolster ein geändertes dynamisches Verhalten der Maschine. Insbesondere sind andere Dämpfungseigenschaften zu erwarten. Deshalb steht in aktuellen Arbeiten eine systematische Untersuchung dieser Einflüsse im Vordergrund.

Bild 5 zeigt ein zweigeteiltes Versuchswerkstück aus gehärtetem 100Cr6. Auf einer Seite des Werkstücks wurde der leicht zu zerspanende Prototypenwerkstoff Uriol eingeklebt. Dieser homogene epoxidharzbasierte Werkstoff lässt sich leicht zerspanen und hat eine hohe Maßhaltigkeit.

Während eines Überlaufs der Schleifscheibe über das Werkstück wird zuerst der Wälzlagerstahl unter prozesstypisch hohen Schleifkräften zerspant. Erreicht die Schleifscheibe den Prototypenwerkstoff, fallen die Prozesskräfte schnell ab und die Verlagerung der Schleifspindel verringert sich. Aufgrund des plötzlichen Kraftabfalls kann es zu Schwingungen der Spindel und zu Maßabweichungen am Bauteil kommen.

Unterschiedliche Kühlschmierstoffeinstellungen erzeugen große Unterschiede

Nach der Durchführung der Versuche mit verschiedenen Kühlschmierstoffeinstellungen werden die Schleifbahnen taktil vermessen. Dabei zeigen sich große Unterschiede. Bei der Bearbeitung ohne Kühlschmierstoff entsteht eine Welligkeit mit großer Amplitude auf dem leicht zu zerspanenden Modellwerkstoff (Bild 5b).

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