SFB 1368 – C04: Bearbeitungskonzepte für die sauerstofffreie Feinbearbeitung

Die Anforderungen an Hochleistungsbauteile, die durch wirtschaftliche Fertigungsprozesse hergestellt werden sollen, steigen stetig an. Das stellt die Fertigungstechnik vor die Herausforderung, immer leistungsfähigere und effizientere Fertigungsmethoden zu entwickeln.

Im Sonderforschungsbereich „Sauerstofffreie Produktion“ werden daher Vorgänge und Mechanismen in den Prozessen der Fertigungstechnik untersucht, die unter sauerstofffreier Atmosphäre durchgeführt werden. Durch diesen neuen Ansatz werden Oxidationsvorgänge bei der spanenden Bearbeitung vermieden, wodurch die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Zerspanprozessen gesteigert werden soll. Wichtige Aspekte des Teilprojekts C04 sind dabei u. a. die Realisierung eines sauerstofffreien Bearbeitungsraums sowie die Desoxidation des Kühlschmierstoffs.

Die Untersuchungen müssen unter Bedingungen mit sehr geringen Sauerstoffpartialdrücken durchgeführt werden, weil bereits geringe Restsauerstoffgehalte Oxidationsprozesse verursachen. Da die Erzeugung von konventionellen technischen Ultrahochvakua extrem kostenaufwendig ist, wird daher der Ansatz verfolgt, eine sauerstofffreie Umgebung durch die Zugabe eines Gasgemisches zu erreichen. Durch den Einsatz eines Inertgases sowie die Zugabe geringer Mengen Monosilan wird der Sauerstoff nahezu vollständig entfernt. Die entstehende Atmosphäre ist hinsichtlich des Sauerstoffpartialdrucks adäquat zu einem extrem hohen Vakuum (XHV). Um eine kontinuierlich sauerstofffreie Umgebung während der Zerspanuntersuchungen zu gewährleisten, wird der Bearbeitungsraum der Schleifmaschine durch ein gasdichtes Gehäuse umbaut.

Die wichtigsten wissenschaftlichen Fragestellungen des Teilprojekts sind, wie sich die XHV-adäquate Atmosphäre auf die Schleifwerkzeugherstellung, die Zerspanmechanismen, das Verschleißverhalten der Werkzeuge und auf die Bauteilrandzone auswirkt. Dazu werden u. a. grundlegende Untersuchungen bei der Herstellung von Schleifscheiben durchgeführt, um Kenntnisse über die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Schleifkornanbindung zu erlangen. In anschließenden Zerspanversuchen wird dann das Einsatzverhalten der Schleifwerkzeuge sowie die Wechselwirkungen zwischen Schneidstoff und Werkstoff untersucht, um den wirtschaftlichen Vorteil einer sauerstofffreien gegenüber einer sauerstoffhaltigen Fertigung bewerten zu können. Außerdem ermöglicht das entstehende Gesamtmodell so die Vorhersage der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Schleifwerkzeuge, sodass diese zielgerichtet und an ihre Aufgabe angepasst hergestellt werden können.