Zerspanungstheorie beim Schleifen faserverstärkter Oxidkeramiken mit poröser Matrix

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374031440

Die Forderung nach Leichtbau führt zu innovativen Werkstoffanwendungen sowie zu einer ständigen Weiterentwicklung der Konstruktionswerkstoffe. Aufgrund eines begrenzten Weiterentwicklungspotentials hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit von metallischen Superlegierungen sind seit geraumer Zeit faserverstärkte Keramiken in den Fokus der Werkstoffentwicklungen getreten. Faserverstärkte Keramiken (Ceramic Matrix Composites (CMCs)) repräsentieren aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilität, der hohen Schadenstoleranz und thermischen Beständigkeit sowie geringen Dichte eine Werkstoffgruppe, der ein sehr hohes Anwendungspotential und somit zukünftig eine große Bedeutung in verschiedenen Anwendungsgebieten zugeschrieben wird. Faserverstärkte Keramiken mit poröser Matrix repräsentieren ein modernes Designkonzept, welche im Vergleich zu konventionellen faserverstärkten Keramiken mit dichter Matrix kostengünstiger hergestellt werden können. Das Zerspanverhalten von faserverstärkten Keramiken mit poröser Matrix ist jedoch noch nicht erforscht. Somit ist unklar, inwieweit sich eine Schleifbearbeitung auf die Randzone dieser Werkstoffe auswirkt.Das Ziel des Vorhabens ist es daher, ein Erklärungsmodell für die Zerspanmechanismen bei der Schleifbearbeitung von faserverstärkten Oxidkeramiken mit poröser Matrix zu entwickeln und dadurch eine optimierte wissensbasierte Schleifprozessauslegung zu ermöglichen. Am Beispiel von WHIPOX-Keramiken, bei denen sowohl die Matrix als auch die Fasern aus einer Oxidkeramik bestehen, soll der Einfluss der Faserorientierung und des Faserwerkstoffs auf das Zerspanverhalten sowohl qualitativ als auch quantitativ beschrieben werden. Weiterhin wird im Rahmen des Vorhabens erklärt, welche Ursache-Wirkungsbeziehungen zwischen den Schleifparametern und der entstehenden Bauteilrandzone bestehen und inwieweit die Auswirkungen des Schleifprozesses durch die Faserorientierung und den Faserwerkstoff beeinflusst werden. Außerdem gilt es ein empirisches Modell zu entwickeln, welches die Spanbildung in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften sowie von den Schleifprozessparametern beschreibt. Basierend auf den generierten Erkenntnissen wird abschließend ein heuristisches Erklärungsmodell erstellt, welches die Bauteilrandzonen-eigenschaften des Werkstücks nach der Schleifbearbeitung sowie die identifizierten Zerspanmechanismen auf Basis der Werkstoffeigenschaften erläutert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke, bis 6/2019