Entwicklung eines numerisch basierten Verfahrens zur Bewertung und Optimierung der Kühlschmierstoffzufuhr beim Schleifen

Schleifen ist ein Fertigungsverfahren zum Herstellen von Bauteilen mit hohen Oberflächengüten. Der hohe Leistungsbedarf beim Hochleistungsschleifen führt jedoch zu großen Wärmemengen, die abgeführt werden müssen. Aus ökologischer und ökonomischer Sicht tritt die Reduktion der oftmals großteils ungenutzt zugeführten Kühlschmierstoffmenge immer weiter in den Vordergrund. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein numerisch basiertes Verfahren zur Optimierung der Kühlschmierstoffzufuhr entwickelt. Ausgangspunkt des Verfahrens bildet eine Dimensionenanalyse. Die gewonnenen Kennzahlen wurden anschließend Ziel- und Einflussgrößen zugeordnet und systematisch verändert. Zielgrößen zur Bewertung der Zufuhr stellen dabei der Wärmeübergang im Schleifspalt und der nutzbare Kühlschmierstoffvolumenstrom dar. Weitere Zielgrößen stellen die hydrodynamischen Kräfte und Drücke dar. Darüber hinaus liefert das numerische Modell Informationen über die Strömung, mit deren Hilfe Schwachpunkte der Zufuhr aufgedeckt werden können. Das Verfahren wurde anhand von ausgewählten Versuchen auf seine Genauigkeit hin untersucht. Zur Überprüfung des Modells werden verschiedene Versuche unter Verwendung einer Schleifscheibe mit galvanisch gebundenen CBN-Körnern durchgeführt. Beim Flachschleifen von Stegen werden z. B. die auf das Werkstück ausgeübten hydrodynamischen Kräfte ermittelt. Das Verfahren liefert Zusammenhänge zwischen Einfluss- und Zielgrößen. So sinken hydrodynamische Kräfte und Drücke mit wachsender Korngröße. Die Werkstückbreite führt zu überproportional wachsenden Kräften und Drücken. Die Ausrichtung der Düse sollte auf den Schleifspalt gerichtet sein keinesfalls auf das Werkstück. Volumenanteil von Luft am Schleifspalteintritt kann direkt als Bewertungskriterium der Zufuhr herangezogen werden.