Untersuchungen zum Einsatzverhalten schleifgehärteter Komponenten des allgemeinen Maschinenbaus

FKM 2002
Heft Nummer 266
Vorhaben Nr. 239

Kurzfassung:
In einem vorangegangenen Forschungsvorhaben zum Schleifhärten (AiF-Nr. 11060) wurden die Ver- fahrensgrundlagen dieses neuartigen Ansatzes erarbeitet und die Eigenschaften schleifgehärteter Randschichten charakterisiert. Dabei wurden jedoch einige Handlungsfelder aufgezeigt, die in weiter- führenden Forschungsarbeiten zu durchdringen waren. Die Zielsetzung dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Ar- beitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) geförderten Vorhabens war die Wei- terentwicklung des Schleifhärtens, um die zum industriellen Einsatz nötigen Voraussetzungen zu schaffen. Im Fokus der Arbeiten standen die Entwicklung von Ansätzen zur Steigerung der Prozeß- sicherheit, Festigkeitsuntersuchungen an schleifgehärteten Teilen und die Ermittlung der beim Schleifhärten entstehenden Herstellkosten. Zur Steigerung der Prozeßsicherheit beim Schleifhärten wurden mit der Entwicklung angepaßter Schleifscheibenspezifikationen, dem Einsatz des kontinuierlichen Abrichtens und dem Einsatz von Kühlschmierstoff unterschiedliche Lösungen erarbeitet. Dabei wurden Werkzeugspezifikationen ab- geleitet, die an die beim Schleifhärten vorliegende Beanspruchung angepaßt sind. Als am besten ge- eignet haben sich kunstharzgebundene Korundschleifscheiben mit zähen Korundsorten und groben Kömungen herausgestellt. Die Untersuchungen zum Schleifhärten mit kontinuierlichem Abrichten sowie unter Einsatz von Kühlschmierstoff zeigten, daß durch diese Maßnahmen eine Stabilisierung des Schleifhärteprozesses erreicht wird. Durch diese Prozeßführungsstrategien und die Anpassung der Werkzeugspezifikation wurden in den durchgeführten Forschungsarbeiten die Voraussetzungen für einen prozeßsicheren Einsatz des Schleifhärtens unter industriellen Bedingungen erarbeitet. Hinsichtlich der Prozeßführung beim Schleifhärten ist festzustellen, daß das Schleifhärten im Trockenschliff bei kurzen Schleifwegen für eine prozeßsichere Randschichthärtung eingesetzt werden kann. Beim Schleifhärten unter Einsatz von Kühlschmierstoff sind zum Erreichen vergleichbarer Ein- härtungstiefen größere Zustellungen und geringere Vorschubgeschwindigkeiten einzustellen. Durch die Temperierung der Werkzeugmaschine, die Reduzierung des Werkzeugverschleißes und die gleichmäßigere Werkstücktemperatur kann dabei ein stabiler Prozeßverlauf und ein kontinuierliches Härtungsergebnis auch über längere Schleifwege erreicht werden. Das Schleifhärten unter Einsatz von Kühlschmierstoff empfiehlt sich daher bei Bauteilen mit längeren Schleifwegen und geringem Werkstoffvolumen. Der Kostenvergleich zwischen dem Schleifhärten und dem Induktionshärten ergab für das Schleifhär- ten einen deutlich geringeren Maschinestundensatz, aber aufgrund der höheren Produktivität der Induktionshärteanlage höhere Fertigungseinzelkosten. Die Kostenrechnung zeigt weiterhin, daß das Schleifhärten bei angepaßten Prozeßbedingungen eine kostengünstige Alternative zum induktiven Randschichthärten darstellt. Die Festigkeitsuntersuchungen haben gezeigt, daß die Gleitverschleißfestigkeit schleifgehärteter Pro- ben der Verschleißfestigkeit induktiv gehärteter Proben entspricht. Weiterhin kann durch Schleifhärten eine deutliche Steigerung der Schwingfestigkeit im Vergleich zu vorvergüteten Proben erzielt werden. Schleifhärteversuche an Gelenknaben aus Cf 53 N belegten, daß das Schleifhärten unter Einsatz von Kühlschmierstoff zur Randschichthärtung von praxisrelevanten Bauteilen eingesetzt werden kann. Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht. Berichtsumfang:
94 Seiten Beginn der Arbeiten:
01.11.1999 Ende der Arbeiten:
31.10.2001 BMWIlAiF-Nr.:
12197 Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) Hauptabteilung Fertigungstechnik Leitung:
Prof. Dr.-lng. habil. E. Brinksmeier Dipl.-lng. T. Wilke Dipl.-lng. Beyer (Renk AG) Dr.-lng. M. Klaiber (SEW-Eurodrive) Dipl.-lng. P. Roll (DaimlerChrysler) Dipl.-lng. J. Rabe (Sachsenring AG) Dipl.-lng. P. Köpf (ZF)