Charakterisierung und Simulation des Bruchverhaltens von CBN-Korntypen in Abhängigkeit von der Kristallgestalt, der Kornorientierung und den Abrichtparametern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391202973

Der Schleifprozess steht am Ende einer Vielzahl von Wertschöpfungsketten und trägt maßgeblich zu dem Einsatzverhalten von Bauteilen bei. Während des Schleifprozesses wird die Randzone dieser Bauteile durch ein thermo-mechanisches und werkstoffmetallurgisches Belastungskollektiv beeinflusst. Dieses bestimmt die Bauteilrandzoneneigenschaften im Werkstoff. Diese Eigenschaften wiederum hängen von den im Schleifprozess wirkenden Kontaktverhältnissen zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück ab. Eine Veränderung der Schleifscheibentopographie hat demnach einen signifikanten Einfluss auf das Belastungskollektiv und somit auf das Schleifprozessergebnis. Um Topographien vorhersagen zu können, existieren jüngst entwickelte mathematisch-generische Schleifscheibenmodelle, die in Abhängigkeit von der volumetrischen Zusammensetzung einer Schleifscheibe die räumliche Anordnung der Bestandteile Körner, Bindung und Poren realitätsnah abbilden. Mit Hilfe dieses softwarebasierten Modells soll zukünftig die Schleifscheibentopographie vorhergesagt werden, ohne Schleifscheibentopographien vermessen zu müssen. Davon ausgehend ermöglichen softwarebasierte Modelle eine Vorhersage der kinematischen Kontaktverhältnisse zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück, die das Einsatzverhalten sowie das Prozessergebnis bestimmen. Die kinematischen Kontaktverhältnisse hängen in einem hohen Maße von dem Bruchverhalten des eingesetzten Kornwerkstoffs ab. Das Bruchverhalten von wirtschaftlich hochrelevanten Kornwerkstoffen, wie das kubische Bornitrid (CBN), ist bisher jedoch nur unzureichend erforscht. Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist demnach ein Erklärungsmodell zur Charakterisierung des Bruchverhaltens von CBN-Kornwerkstoffen unter Berücksichtigung der Kristallgestalt des Korntyps, der Kristallorientierung sowie der Abrichtparameter.Dazu wird zunächst eine Methode zur quantitativen Analyse und Beschreibung des Bruchverhaltens von CBN-Kornwerkstoffen entwickelt. Weiterhin erfolgt die Erforschung der Bruchmechanismen von CBN-Kornwerkstoffen im Einkornabrichtprozess in Abhängigkeit von der Kristallgestalt und den Abrichtparametern. Aufbauend auf den Erkenntnissen der empirischen Untersuchungen erfolgt eine numerische Modellierung der während des Abrichtprozesses in CBN Körnern wirkenden Spannungen und eine Übertragung der Erkenntnisse auf die bestehenden softwarebasierten Modelle zur Simulation der Schleifscheibentopographie. Die gewonnenen Erkenntnisse und Simulationsergebnisse werden genutzt um zukünftig Schleifprozesse in Abhängigkeit von der Spezifikation des eingesetzten Schleifwerkzeugs simulieren zu können. Dies bietet das Potential zukünftig kostenintensive empirische Versuchsreihen durch Simulationen zu substituieren, und so die Einflüsse der sich einstellenden kornverschleißabhängigen Schleifscheibentopographie in Abhängigkeit von der volumetrischen Zusammensetzung der Schleifscheibe und dem Abrichtprozess auf das Prozessverhalten zu ermitteln.

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