Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) ist für Schleifprozesse technisch essenziell, verursacht jedoch Nachteile wie hohe Kosten, Umweltbelastungen und gesundheitliche Risiken. Alternativen wie die Minimalmengenschmierung (MMS) bieten Potenzial, haben aber eine eingeschränkte Kühlwirkung und werden daher oft mit zusätzlichen Kühlmethoden, z. B. kryogener Kühlung, kombiniert. Aktuelle Forschungen untersuchen den Einsatz von superkritischem CO₂ (scCO₂) in Kombination mit MMS. Erste Ergebnisse zeigen Vorteile wie geringere Prozesskräfte und reduzierten Energieverbrauch bei der geometrisch bestimmten Zerspanung. Ein erhebliches Forschungspotenzial bietet sich entsprechend bei Zerspanprozssen mit geometrisch unbestimmter Schneide wie Schleifprozesse, welche auf eine ausreichende Kühlwirkung angewiesen sind. Bislang fehlen fundierte Kenntnisse über die scCO₂-Expansion und die Prozessparemter-Strukturbeziehungen bei Schleifprozessen.
Zielsetzung:
Das Vorhaben verfolgt das Ziel, ein fundiertes Verständnis und praxisrelevantes Wissen für den Einsatz von superkritischem CO₂ (scCO₂) in Kombination mit Minimalmengenschmierung (MMS) beim Schleifen zu entwickeln.
Die zentralen Ziele im Detail sind:
Optimierung der scCO₂+MMS-Düsenstrategie:
Durch die Analyse physikalischer Parameter wie Strahlreichweite, Druck, Temperatur und Fluideigenschaften sowie verschiedener Düsenvarianten soll die Kühlwirkung in der Schleifzone maximiert werden.
Verständnis des Schleifprozesses mit scCO₂+MMS:
Der Einfluss der scCO₂+MMS-Strategie auf Schleifqualität, Werkzeugverschleiß und Prozesskosten wird untersucht. Dabei erfolgt ein direkter Vergleich mit konventioneller Überflutungskühlung auf Basis von Emulsion, um technische und wirtschaftliche Vorteile des neuen Ansatzes zu quantifizieren.
Modellierung der Einsatzmechanismen:
Regressionsmodelle werden entwickelt, um die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Werkstoffeigenschaften und Arbeitsergebnissen systematisch zu erfassen. Dies ermöglicht eine präzise Vorhersage der Schleifleistung unter variierenden Bedingungen und unterstützt die gezielte Prozessoptimierung.
Erarbeitung von Wissen zu Prozessparameter-Struktur-Beziehungen:
Aufbauend auf den experimentellen und modellbasierten Analysen werden Optimierungsansätze für den effizienten Einsatz von scCO₂+MMS abgeleitet. Dabei werden sowohl die Gestaltung der Schleifprozesse als auch die Anpassung an unterschiedliche Werkstoffe und Schleifscheiben berücksichtigt, um ein umfassendes Prozess-Knowhow zu generieren.
Das übergeordnete Ziel besteht darin, die Grundlage für den Einsatz von scCO₂+MMS beim Schleifen zu schaffen, indem experimentelle Utersuchungen in ein modellhaftes Verständnis überführt werden.