Referenzprojekte zum Thema Schleif- und Honverfahren

Da Werkstücke vor dem Schleifen eine lange Wertschöpfungskette durchlaufen haben, führen Fehler während des Schleifens zu hohen wirtschaftlichen Verlusten. Hauptursache ist die sich ändernde Geometrie des Schleifwerkzeugs. Im Projekt wurde deshalb ein universell adaptierbares System zur Erfassung und Übertragung von verifizierten Signalen zur Werkzeugzustandsbewertung entwickelt, um die Produktivität zu steigern und Werkzeugkosten zu senken.

Durch die Entwicklung von neuartigen und verschleißfesten Schleifwerkzeugspezifikationen soll die bestehende große Leistungslücke zwischen konventionellen Korundwerkzeugen und superharten cBN-Werkzeugen geschlossen werden. Dafür werden ein flexibel einsetzbares Verfahren zum CD-Schleifen, eine Prozessüberwachung mittels Hochfrequenz-Impulsmessung und eine multikriterielle Prozessregelung entwickelt, um die Produktivität zu erhöhen und Fertigungs- und Prüfkosten zu reduzieren.

Der Try-Out-Prozess verursacht hohe Kosten- und Zeitaufwände im Werkzeugentstehungsprozess. Grund dafür sind vor allem die hochgradig erfahrungsbasierten und manuellen Arbeitsschritte der Finishbearbeitung und partiellen Nacharbeit. Eine besondere Herausforderung bei der Automatisierung solcher Prozesse ist die Gewährleistung gleichbleibender Materialabtragsraten, ohne Abweichung der Form- und Maßgenauigkeit der komplexen Freiform-Geometrien am Werkstück. Der verfolgte Lösungsansatz umfasst die Verwendung flexibler hochharter Schleifwerkzeuge und die Modellierung deren Abtragverhaltens. Darüber hinaus wird die Entwicklung geeigneter CAM-Strategien und die Umsetzung der Bearbeitung auf einer Roboterplattform vorgestellt.

Am Fraunhofer IWU wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das sowohl die Beschreibung des Abricht- als auch des Wälzschleifprozesses in Form von Durchdringungsrechnungen ermöglicht. Bei der Abrichtsimulation wird die Schleifkörpergeometrie unter Einbezug von Fehlereinflüssen berechnet. Als Ergebnis kann die abgerichtete Schnecke bzw. das wälzgeschliffene Zahnrad geometrisch ausgewertet werden. Dabei kann bspw. die gewählte Shiftstrategie untersucht und optimiert werden.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Mess- und Regelungskonzeptes hinsichtlich des Randschichtzustandes für das Schleifen. Realisiert wird die In-Prozess-Überwachung durch das mikromagnetische Prüfverfahren Barkhausenrauschen (BHR). Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, auf Störgrößen wie einen Schleifkörperverschleiß oder eine unterschiedliche Aufmaßverteilung am Werkstück während des Schleifens zu reagieren.

Setzt man ferromagnetische Bauteile einem Magnetfeld aus und steigert dessen Stärke, erhöht sich die Magnetisierung des Bauteils nicht kontinuierlich, sondern in kleinen Sprüngen. Diesen Effekt wies der Dresdner Physiker Heinrich Barkhausen 1917 akustisch erstmals durch ein heute nach ihm benanntes Rauschen nach. Damit lassen sich thermische Randzonenschädigungen an magnetisierbaren Bauteilen feststellen. Bisher erfolgte das immer nach dem Prozess, weshalb auf die Entstehung kein Einfluss genommen werden konnte. Wir haben ein Verfahren entwickelt, mit dem diese Messung auch im Schleifprozess erfolgen kann.

Um die Zylinderformen auf effiziente Weise unrund bearbeiten zu können, haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU ein Werkzeug entwickelt, das sich während des Formhonens flexibel verhält. Die Basis dafür sind Piezoaktoren, die für eine ständige Neuanpassung des Werkzeugs sorgen. Dadurch werden komplexeste Zylindergeometrien ermöglicht., damit Verbrennungsmotoren optimal rund laufen.

Schleifschnecken werden nach der Bearbeitung einer festgelegten Anzahl an Werkstücken um einen definierten Betrag abgerichtet. Dieser Betrag ist mit einem großen Sicherheitsfaktor versehen, damit in jedem Fall eine homogene Profilausbildung über die gesamte Schneckenbreite hinweg gewährleistet werden kann. Er ist daher in der Regel deutlich größer als nötig und verursacht Mehrkosten. Wir haben ein Prozessmonitoring-Konzept entwickelt, mit dem der Abrichtvorgang bei Schleifschnecken optimiert und dadurch Kosten reduziert werden können.

Wissenschaftler des Fraunhofer IWU nutzen die Ausbreitung von Schallwellen innerhalb des Schleifprozesses, um Rückschlüsse auf den Zustand des Schleifkörpers zu ziehen. Ist dieser bekannt, lassen sich das Werkzeug signifikant länger nutzen und der Prozess beschleunigen. Somit werden Fertigungskosten gesenkt.

Die Randschichtzustände metallischer Bauteile bestimmen wesentlich deren Zuverlässigkeit. Wie diese Zustände beim Schleifen gezielt eingestellt werden können, untersuchen unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam mit Partnern der Universität Bremen und des Leibniz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien IWT Bremen in einem Projekt des DFG-Schwerpunktprogramms 2086 »Oberflächenkonditionierung in Zerspanungsprozessen«.