Leistung von Schleifstiften mit unterschiedlichen Bindungen beim Mikroschleifen von Si3N4

von Sergey Shamray, Mohammadali Kadivar, Amir Daneshi Bahman Azarhoushang, KSF Hochschule Furtwangen 09. März 2020
Integriertes Konfokales Mikroskop, b) Abrichteinheit, c) Versuchsaufbau zum Mikroschleifen
Die mechanische Mikrobearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe wie Siliziumnitrid (Si3N4) ist eine Herausforderung.

Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften eignet sich dieses Material für den medizinischen Bereich, die Automobil- und Luftfahrtindustrie oder hochpräzise Messgeräte [1]. Die Bearbeitung solche spröden Werkstoffe erfolgt hauptsächlich durch Zerspanungsprozesse mit geometrisch undefinierten Schneiden [2–5]. Hohe Schnittkräfte, eine starke Werkzeugabdrängung, geringes Abtragsvolumen und ein hoher Werkzeugverschleiß sind einige Nachteile der Bearbeitung mit Schleifstiften. Daher ist die Auswahl der richtigen Werkzeugspezifikation und der Abricht- und Schleifparameter entscheidend für das Erreichen eines optimalen Prozesses.

Studien auf dem Gebiet des Mikroschleifens von Hochleistungs-Keramiken haben sich auf die Bearbeitbarkeit dieser Materialien konzentriert. Die geschliffene Oberfläche wurde von Cheng et al. [6] beim Mikroschleifen von einkristallinem Silizium untersucht. Es zeigte sich, dass die Schleifkräfte stark mit den Korngrenzen des Kristallgitters des Materials verknüpft sind und sich zwischen den Korngrenzen stark ändern. Aurich et al. [7] untersuchten die Schleifbarkeit keramischer Werkstoffe mit Schleifwerkzeugen mit Durchmessern zwischen 13µm und 100µm. Mit diesen Werkzeugen wurden eine sehr geringe Oberflächenrauheit und scharfe Kanten ohne Grate erreicht. Aurich et al. [8] untersuchten den Einfluss von Werkzeugspezifikationen auf die Abtragsmechanismen von Hartstoffen. Kleinere Korngrößen und geringere Kornkonzentrationen verbesserten die Strukturqualität. Der Einfluss von Bindungen sowie von Prozessparametern auf die Schnittkräfte beim Schleifen von Hartmetall wurde von Habrat untersucht [9]. Er bewies, dass die kunstharzgebundene Schleifscheibe eine geringere Schleifkraft erzeugt. Um den Schleifprozessen besser regeln zu können sind detaillierte Kenntnisse der Prozessparameter, der Topographie des Schleifwerkzeugs und des Bindematerials erforderlich. Darüber hinaus ist es für einen effizienten Schleifprozess besonders wichtig, das Verhalten dieser Parameter auf die Schleifkräfte und Oberflächenrauheit zu kennen.

Das Hauptziel dieser Studie ist die Bestimmung des Einflusses von Bindematerialien, Mikrotopographie des Schleifwerkzeugs und der Prozessparameter auf die Schleifkräfte und die Oberflächenrauheit. Zu diesem Zweck wurden vier Arten von Bindematerialien (keramisch gebunden (V), Metall gebunden (M), hybrid (H) und galvanisch (E)) ausgewählt und getestet.

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