Verschleißverhalten galvanisch belegter Schleifwerkzeuge bei der Bearbeitung von Hochleistungskeramik

Die herausragenden Eigenschaften von Hochleistungskeramiken wie zum Beispiel hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit und geringe Dichte führten in der Vergangenheit zu einem überdurchschnittlichen Wachstum von Produkten mit oder aus diesen Werkstoffen. Dabei sind einige Anwendungen in der Umform- oder in der Automobilindustrie bereits etabliert und gehören zum Stand der Technik. Werden diese Anwendungsbeispiele miteinander verglichen, so fällt auf, dass sie durch sehr einfache Geometrieelemente beschrieben und somit auch einfach nach dem Sinterprozess hartbearbeitet werden können. Endbearbeitungstechnologien, die hier zum Einsatz kommen, sind das Außen- /Innenrundschleifen und/oder das Flachschleifen. Diese Technologien sind jedoch hinsichtlich der erzielbaren Geometrieelemente stark eingeschränkt, weshalb bis zum heutigen Tag den Hochleistungskeramiken ein noch größeres Anwendungsspektrum verschlossen blieb. Aktuelle Arbeiten im Bereich der Forschung und Entwicklung zeigen, dass ein signifikantes Potenzial von Hochleistungskeramik für komplex geformte Komponenten besteht. Diese können jedoch bisher nicht prozesssicher realisiert werden, da sowohl die notwendige Maschinentechnologie nicht verfügbar ist und/oder das nötige Prozessverständnis fehlt. Die mehrachsige Schleifbearbeitung mit kleinen Schleifwerkzeugen (ø < 20 mm) stellt das am besten geeignete Verfahren dar, um diese Anwendungen zu realisieren. Insbesondere bei der mehrachsigen Schleifbearbeitung von sprödharten Werkstoffen hat neben der Werkzeugmaschine und dem NC-Programm der Werkzeugverschleiß den größten Einfluss auf die erzielbare Formgenauigkeit. Deshalb kommen bei der mehrachsigen Schleifbearbeitung mit kleinen Werkzeugen in den überwiegenden Anwendungsfällen einschichtig galvanisch belegte Schleifwerkzeuge zum Einsatz, da diese bis zum Standzeitende nahezu ihre makroskopische Geometrie behalten. Im Vergleich zu mit Hartstoffpartikeln durchsetzten Schleifwerkzeugen, die durch gezielte Prozessführung im so genannten Selbstschärfeeffekt betrieben werden können, ist dies bei einschichtig galvanisch belegten Werkzeugen nicht möglich. Zum Zeitpunkt der breiten Markterschließung der Hochleistungskeramik Ende der achtziger Anfang der neunziger Jahre entstanden eine Vielzahl von Dissertationen zur Schleifbearbeitung von Hochleistungskeramik. Dabei kamen ausschließlich kunstharz-, metall- oder keramikgebundene Schleifwerkzeuge zum Einsatz. Das Verschleißverhalten von galvanisch einschichtigen Schleifwerkzeugen wurde nicht betrachtet. Außerdem wurden bisher auch keinerlei Hinweise zur wirtschaftlichen und technologisch zielorientierten Hartbearbeitung mit diesem Werkzeugtyp publiziert. Aus diesen Gründen wurde in der vorliegenden Arbeit der Einfluss der Prozessstellgrößen, der Werkzeugparameter und des Werkstückwerkstoffs auf die Prozesskräfte, die erzielbare Oberflächenrauheit und das Verschleißverhalten erforscht. Auf letzterem lag dabei ein besonderer Fokus. Zum Einsatz kamen die vier am weitesten verbreiteten Hochleistungskeramiken Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und Zirkonoxid. Die verwendeten zylindrischen Schleifwerkzeuge verfügten einheitlich über einen Durchmesser von 14 mm.