Einfluss der Schleifscheibentopographie auf den Eigenspannungszustand infolge thermo-mechanischer Belastung
Bauteiloberflächen werden nach der schleiftechnischen Bearbeitung oft direkt als Funktionsflächen verwendet. Die Lebensdauer und die Funktionalität der Bauteile hängt dabei entscheidend von der Oberflächenintegrität ab. Insbesondere die Eigenspannungen in der Randzone des Werkstücks haben einen signifikanten Einfluss auf die Dauerfestigkeit und sind für die Lebensdauer des Produkts wichtig.
Das Auftreten von Druckspannung und Zugspannung in der Randzone variiert mit den thermo-mechanischen Belastungen, die beim Schleifen entstehen. Deshalb müssen die Eigenspannungen zusammen mit der sich ständig ändernden Schleifscheibentopographie infolge von Verschleiß quantitativ bestimmt werden. In diesem Beitrag werden die experimentellen Ergebnisse von Tiefschleifprozessen von Wälzlagerstahl mit galvanisch gebundenen CBN-Schleifscheiben vorgestellt, um die Auswirkungen von verschleißbedingter Scheibentopographieänderung auf die Eigenspannungen zu untersuchen.
Das Schleifen ist durch eine Vielzahl von bahngebundenen Korneingriffen in den Werkstoff geprägt. Thermische und mechanische Wirkmechanismen sowie metallurgische Vorgänge und deren wechselseitige Beeinflussung führen zu Eigenspannungsverteilungen in der Werkstückrandzone. Der Werkstückzustand wird durch die Schleifbedingungen, wie beispielsweise Schleifscheibentopographie oder Prozessparameter, verändert. Daher werden im Folgenden verschiedene Arbeiten vorgestellt, die den Zusammenhang zwischen den Schleifscheibendrehzahlen, die Werkstückgeschwindigkeiten, den thermo-mechanischen Belastungen und den Eigenspannungen untersucht haben. Fergani et al. entwickelten ein Simulationsmodell zur Berechnung von Eigenspannungen in Abhängigkeit von der thermischen Belastung [1]. Das Ziel war die Identifikation der Temperaturschwelle, ab der die Randzone des Werkstücks Zugeigenspannungen ausgesetzt ist. In der Simulation wurde eine dreieckige, bewegte Wärmequelle definiert und die Eigenspannungen wurden mit dem Modell zur thermischen Spannungserzeugung von Timoshenko et al. [2] bestimmt. In der Studie von Fergani et al. wurde AISI 52100 mit einer Korundschleifscheibe bei unterschiedlichen Schleifscheibendrehzahlen und Werkstückgeschwindigkeiten bearbeitet und mit der Simulation validiert. Sowohl das Experiment als auch die Analyse zeigten, dass etwa bei T = 190° C die Temperaturschwelle zur Bildung von Zugeigenspannungen vorliegt. Die Versuche waren jedoch auf das Schlichten ausgerichtet, sodass der Einfluss der Bearbeitungskräfte gering war und demnach die Auswirkungen der Bearbeitungskräfte auf die Eigenspannungen vernachlässigt wurde [1]. Hamdir et al. stellten in ihrer Arbeit ein Finite-Elemente-Analysemodell vor, um die durch Hochgeschwindigkeitsschleifen (HSG) induzierten Eigenspannungen im AISI 52100 zu ermitteln.