Simulative und experimentelle Analyse der Oberflächenstrukturierung von gehärtetem Stahl durch Schleifstifte mit gesetzten Diamanten

von Michael Kansteiner, Timo Bathe, Dirk Biermann, Institut für Spanende Fertigung Technische Universität Dortmund Maschinenbau III 09. September 2017
Abbildungen: ISF
Die Eigenschaften der Werkstückoberflächen, die einer gleitenden oder wälzenden Belastung ausgesetzt sind, beeinflussen in hohem Maße die tribologischen Eigenschaften im späteren Anwendungsfall.

Durch eine gezielte Beeinflussung der Oberflächentopographie zur Reibungsreduzierung kann somit eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Im nachfolgenden Artikel werden Untersuchungsergebnisse präsentiert, bei denen ein Schleifstift eingesetzt wurde, dessen Schleifbelag sich durch ein deterministisches Setzmuster der Diamantschleifkörner auszeichnet.

Dieses Werkzeug wurde dazu verwendet, um definierte Oberflächenstrukturen, bestehend aus vereinzelten, nicht kommunizierenden Taschen auf gehärteten Stahlwerkstücken zu erzeugen. Diese Taschen können im späteren Einsatzfall des Werkstücks als Schmierstoffreservoir und Mikrodruckkammer wirken. Zudem können entstehende Verschleißpartikel in diese Taschen aufgenommen werden, wodurch das Verschleißverhalten positiv beeinflusst wird. Mit einer geometrisch-physikalischen Schleifsimulation wurden zunächst geeignete Bearbeitungsparameterkombinationen eruiert, durch die Oberflächen mit vereinzelten tiefen Riefen erzeugt werden können. Im Anschluss erfolgten reale Schleifversuche, um die Übertragbarkeit der simulativen Ergebnisse zu verifizieren. Bei diesen Versuchen konnten Oberflächen mit den gewünschten Eigenschaften bzw. vereinzelten Taschen erzeugt werden.

Verfahren zur Oberflächenstrukturierung

Vor dem Hintergrund einer hohen Formenvielfalt und geringer Stückzahlen ist eine hohe Flexibilität an die eingesetzten Fertigungsverfahren zu stellen. Neben diesen Erfordernissen in der Produktion steigen, aufgrund der begrenzten Ressourcen, die Anforderungen an Bauteile, die beispielsweise in Motoren verbaut werden. Die Energieeffizienz dieser Komponenten kann durch die Verbesserung der Reibungseigenschaften gesteigert werden [1, 2]. Dies bedeutet in der Regel jedoch einen Mehraufwand bei der Endbearbeitung, der jedoch durch das verbesserte Einsatzverhalten und die größere Leistungsfähigkeit kompensiert wird [3]. Die unmittelbare Erzeugung von höchstbelastbaren Funktionsoberflächen ist meist durch das konventionelle Schleifen nicht möglich, weshalb dem Schleifen nachgelagerte Prozesse, wie das Honen, Läppen oder Polieren, Verwendung finden. Um diese Prozesse durchführen zu können, ergibt sich der Bedarf nach entsprechenden zusätzlichen Maschinen, was mit weiteren Kosten und Nebenzeiten, bspw. durch die Werkstückhandhabung, verbunden ist. Dies motiviert nach Hahmann die Entwicklung neuer Verfahren und Werkzeuge, um die Wettbewerbsfähigkeit bei der Erzeugung funktionaler Oberflächen zu steigern [4].

WEITERLESEN - INSIDER WERDEN!

Jetzt anmelden und kostenlos weiterlesen.

Neugierig? Hier können Sie sich registrieren.