Kryogene Kühlung für die Gussbearbeitung mit PKD-Schneidstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eberhard Abele; Professor Dr.-Ing. Matthias Oechsner
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245393033

Die Anforderungen an zukünftige Schneidstoffe sind durch den vermehrten Einsatz von höherfesten Werkstoffen, wie beispielsweise Gusseisen mit Vermikulargrafit (GJV), gekennzeichnet. Ein deutliches Potential ist aus dem Stand von Forschung und Technik für den Einsatz von kryogenen Kühlmedien wie CO2, besonders für die Feinzerspanung im kontinuierlichen Schnitt von GJV mit polykristallinen Diamantschneidstoffen (PKD), erkennbar. Grundlegende Einflüsse und Wechselwirkungen der CO2-Einstellparameter (Massenstrom, Düsenabstand, Anströmwinkel, Düsenanzahl, Kombination CO2/MMS) auf die Werkzeugsysteme sowie die Werkstoff- und Bauteileigenschaften wurden bisher nicht untersucht. Es ist anzunehmen, dass die momentan zur Kühlung eingesetzten Mengen an CO2 deutlich vermindert werden können.Ziel dieses Vorhabens ist die Einflussanalyse der veränderten thermomechanischen Wirkmechanismen unter Verwendung des kryogenen Kühlmediums CO2 auf das Einsatzverhalten von PKD für die Zerspanung von GJV. Bisherige Erkenntnisse auf diesem Gebiet können so vervollständigt werden.Die methodische Vorgehensweise leitet sich aus den auftretenden Fragestellungen ab. Im Besonderen gilt es zu klären, wie sich das thermomechanische Belastungskollektiv in Abhängigkeit der CO2-Einstellparameter verändert. Hierzu sind die Auswirkungen dieser auf die Zerspankräfte, die Zerspantemperatur, das Spanbildungsverhalten und die Verschleißmechanismen zu analysieren. Im Vordergrund der Untersuchungen steht die Erarbeitung einer bedarfsgerechten kryogenen Kühlstrategie mit möglichst minimalen Mengen an CO2.Die Klärung des Forschungsbedarfs wird durch zerspanungstechnologische Grundlagenuntersuchungen sowie durch materialwissenschaftliche Analogieversuche erarbeitet. Der grundlegende Einfluss der CO2-Einstellparameter auf das Belastungskollektiv und das Einsatzverhalten kann so zielgerichtet ermittelt werden und ist für die Identifikation sowie ein umfassendes Verständnis der relevanten Wirkmechanismen unabdingbar. Die Erkenntnisse werden in eine mathematische Beschreibung des Zerspanprozesses überführt, um anschließend Handlungsempfehlungen für den praktischen Einsatz abzuleiten.Das Ergebnis des ersten Projektabschnitts ist die Ermittlung einer bedarfsgerechten Kühlmenge an CO2, die ein auf den Anwendungsfall abgestimmtes Belastungskollektiv bedingt, so dass die temperaturinduzierten Verschleißmechanismen beim Einsatz von PKD für die Gusseisenzerspanung größtenteils unterdrückt werden können. Im Zentrum des zweiten Projektabschnitts steht der Erkenntnistransfer auf die Zerspanung weiterer eisenhaltiger Werkstoffe und den Einsatz von PKD-Schneidstoffen anderer Hersteller. Abschließende ökologische und ökonomische Untersuchungen setzen die erarbeiteten Ergebnisse in ein ganzheitliches Betrachtungsfeld. Das interdisziplinäre Ziel dieses Vorhabens ermöglicht es, eine wesentliche Lücke bezüglich der Auswirkungen einer CO2-Kühlstrategie bei Zerspanungsprozessen mit PKD zu schließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen