Einsatzverhalten genuteter CBN-Schleifscheiben mit keramischer Bindung beim Außenrund-Einstechschleifen

Performance of slotted CBN grinding wheels with vitrified bond in cylindrical plunge grinding

  • Industrielle Schleifprozesse für Bauteile aus gehärteten Stahlwerkstoffen werden vermehrt mit keramisch gebundenen CBN-Schleifscheiben durchgeführt, die sich bei vielen Anwendungen aufgrund ihres Eigenschaftsprofils und der erweiterten Einstellbarkeit der Bindungsspezifikationen gegenüber anderen Schleifwerkzeugtypen durchsetzen. Der Optimierungsdruck der Großserien- und Massenfertigungsprozesse hat bereits zu einer beachtlichen Entwicklung hinsichtlich der Leistungsfähigkeit dieses WerkzeugtypsIndustrielle Schleifprozesse für Bauteile aus gehärteten Stahlwerkstoffen werden vermehrt mit keramisch gebundenen CBN-Schleifscheiben durchgeführt, die sich bei vielen Anwendungen aufgrund ihres Eigenschaftsprofils und der erweiterten Einstellbarkeit der Bindungsspezifikationen gegenüber anderen Schleifwerkzeugtypen durchsetzen. Der Optimierungsdruck der Großserien- und Massenfertigungsprozesse hat bereits zu einer beachtlichen Entwicklung hinsichtlich der Leistungsfähigkeit dieses Werkzeugtyps geführt. Neben der bekannten und vielfach eingesetzten Variation der Korn- und Bindungsspezifikation ist aktuell auch die Variation der geometrischen Gestalt des Schleifbelags als mögliche Stellgröße zur weiteren Steigerung der Effizienz von Schleifwerkzeugen in den Fokus des Interesses gerückt. Speziell bei Prozessen mit hohen bezogenen Zeitspanungsvolumina und der Gefahr von thermischen Schädigungen im Bauteil scheint die gezielte Anpassung des Schleifbelags durch Strukturierung bzw. die Einbringung von Kavitäten oder Nutungen ein zusätzliches Optimierungspotenzial darzustellen. Aufgabe und Zielstellung der Arbeit war es, einen Beitrag zur Klärung der Mechanismen beim Einsatz von definiert unterbrochenen Schleifbelägen anhand von systematischen Untersuchungen zu leisten, um die Grundlage für den prozesssicheren industriellen Einsatz solcher Werkzeuge zu schaffen. Als Anwendung wurde das Außenrund-Einstechschleifen mit keramisch gebundenen CBN-Schleifscheiben in gehärteten Stahl gewählt. Den Schwerpunkt legt der Autor auf die Untersuchung des thermischen und des dynamischen Prozessverhaltens beim Einsatz von genuteten Schleifscheiben, wobei die Anzahl der am Umfang verteilten Nuten, deren Breite und deren Winkel bezogen zur Schleifrichtung variiert werden. Die Vorgehensweise beinhaltet sowohl technologische Untersuchungen anhand von Schleiftests, als auch die Entwicklung von numerischen Simulationsmodellen des Prozessverhaltens, die eine weiterführende Klärung der Mechanismen ermöglichen. Auf Basis der erarbeiteten Erkenntnisse werden vom Autor Einsatzempfehlungen und Hinweise zur Prozessgestaltung bei der Anwendung von genuteten Schleifscheiben ausgesprochen, die auf einem entwickelten Prozessmodell beruhen. Die Hinweise und Empfehlungen thematisieren die wichtigsten Aspekte zu den Zusammenhängen zwischen Nutung und Prozessdynamik, Prozesstemperatur sowie Werkzeugverschleiß und stellen somit das erarbeitete Wissen in kompakter Form für die praktische Anwendung zur Verfügung.show moreshow less
  • An increasing number of industrial processes for the grinding of hardened steel use CBN grinding wheels with vitrified bond. This is due to the advantageous property profile and the enhanced adjustability of this tool type compared to other grinding wheel types. The ongoing need for optimization, in particular in mass production, already led to a considerable development of CBN grinding wheels with vitrified bond. Besides the well known practice of grain and bond specification adjustment, currenAn increasing number of industrial processes for the grinding of hardened steel use CBN grinding wheels with vitrified bond. This is due to the advantageous property profile and the enhanced adjustability of this tool type compared to other grinding wheel types. The ongoing need for optimization, in particular in mass production, already led to a considerable development of CBN grinding wheels with vitrified bond. Besides the well known practice of grain and bond specification adjustment, current research brings the geometric form of the grinding layer into focus. Especially slotting or grooving the grinding layer seems promising for processes with high risk of thermal damage due to elevated material removal rates. Objective of the presented thesis was the study of the physical mechanisms using discontinuous grinding wheels and building a knowledge base for the industrial application of slotted or grooved CBN grinding wheels under the aspects of process reliability and stability. The main emphasis of the systematic study was on thermal and dynamical effects in the grinding process, which is represented by plunge grinding of hardened steel bearing rings. The slot geometry of the grinding wheel was varied by varying the number of slots, the slot width and the slot angle related to the main grinding direction. The conducted studies comprise systematic testing on a high performance grinding machine as well as the development of numerical simulation models with further in-depth analysis. On the basis of the findings the author presents a process model and a list of guidelines and recommendations for the application of slotted CBN grinding wheels with vitrified bond. The main aspects of the correlation between slot geometry and process temperature, process dynamics, wheel wear and work result are discussed and thus a compact knowledge base for the industrial application of this tool type is provided.show moreshow less

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Metadaten
Author: Mathias Kirchgatter
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-27935
Advisor:Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart ( Uhlmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/10/04
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Date of final exam:2010/06/14
Release Date:2010/10/04
Tag:Außenrundschleifen; CBN Schleifscheibe; Fertigungstechnik; keramische Bindung
CBN grinding wheel; external cylindrical grinding; production technology; vitrified bond
Institutes:Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)