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Zerspanungsmechanismen beim Schleifen von polykristallinem Diamant

ISBN: 978-3-86359-370-4

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Kurzübersicht

Im Rahmen der Arbeit wurde ein Modell entwickelt, welches die Mechanismen bei der schleifenden Bearbeitung von PKD grundlegend erklärt. Das Kernstück der Untersuchungen bildete die erstmalig durchgeführte Analyse der PKD-Randzone vor und nach dem Schleifen. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell für das PKD-Schleifen aufgestellt, welches die auftretenden Mechanismen auf der Basis der mechanischen und thermischen Prozessbelastung erklärt. Darauf aufbauend wurde ein Optimierungsansatz gewählt, bei dem die Effizienz der Endbearbeitung von PKD-Werkzeugen durch die kombinierte Bearbeitung von Laserstrahlabtragen und Schleifen signifikant erhöht wurde.

Zerspanungsmechanismen beim Schleifen von polykristallinem Diamant

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Details

Die zentrale Zielsetzung der Arbeit bestand in der Entwicklung eines Modells, welches die Mechanismen bei der schleifenden Bearbeitung von PKD grundlegend erklärt. Zur systematischen Untersuchung dieser Mechanismen wurde ein bahngeführter Analogieprozess entwickelt, der eine Quantifizierung der mechanischen und thermischen Prozesslasten erlaubte. In Abhängigkeit von den Schleifparametern wurde die mechanische Prozessbelastung beim Schleifen in der Kontaktzone unter Berücksichtigung der Schleifscheibentopographie abgeschätzt. Zur Ermittlung des Einflusses der Prozessparameter auf die Temperatur in der Kontaktzone wurde ein neuer Versuchsaufbau entwickelt, welcher die Analyse der Temperaturbelastung des Schleifscheibenbelags erlaubte und damit zur Prozessbewertung herangezogen werden konnte.  Das Kernstück der Untersuchungen bildete die erstmalig durchgeführte Analyse der PKD-Randzone vor und nach dem Schleifen. Hierbei konnten die dem Schleifprozess zugrunde liegenden Mechanismen identifiziert und Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge abgeleitet werden. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell für das PKD-Schleifen aufgestellt, welches die auftretenden Mechanismen auf der Basis der mechanischen und thermischen Prozessbelastung erklärt. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Zerspanung maßgeblich von Umwandlungsvorgängen der Kohlenstoff-modifikation in der Randzone der Diamanten des PKD-Werkstoffs bestimmt wird. Mittels Beugungsanalysen konnten turbostratischer Graphit, reiner Graphit und amorpher Kohlenstoff in der PKD-Randzone als Produkte dieser Umwandlungsprozesse identifiziert werden. Im Anschluss an das Erklärungsmodell wurde ein Optimierungsansatz gewählt, bei dem die Effizienz der Endbearbeitung von PKD-Werkzeugen durch die kombinierte Bearbeitung von Laserstrahlabtragen und Schleifen am Beispiel einer handelsüblichen PKD-Schneidplatte signifikant erhöht werden sollte. Zunächst erfolgte eine Analyse der Abtragsmechanismen bei der Laserbearbeitung von PKD mit dem Kurzpulslasermodul PROPKD. Auf der Basis von REM-Analysen einzelner Laserpulse auf der PKD-Oberfläche sowie der PKD-Randzone wurde ein Erklärungsmodel für den Laserabtrag bei der PKD-Bearbeitung mit Kurzpulslasern entwickelt. Den Abschluss bildete eine Wirtschaftlichkeitsanalyse des Kombinationsprozesses. Dabei konnte durch die Kombination des Laserstrahlabtragens mit dem Schleifen in Bezug zur konventionellen Endbearbeitung eine Reduktion der Prozesszeit um mehr als 85 %, des Energieverbrauchs um fast 90 % und der Fertigungskosten um 80 % erzielt werden.

Im Rahmen der Arbeit wurde ein Modell entwickelt, welches die Mechanismen bei der schleifenden Bearbeitung von PKD grundlegend erklärt. Das Kernstück der Untersuchungen bildete die erstmalig durchgeführte Analyse der PKD-Randzone vor und nach dem Schleifen. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell für das PKD-Schleifen aufgestellt, welches die auftretenden Mechanismen auf der Basis der mechanischen und thermischen Prozessbelastung erklärt. Darauf aufbauend wurde ein Optimierungsansatz gewählt, bei dem die Effizienz der Endbearbeitung von PKD-Werkzeugen durch die kombinierte Bearbeitung von Laserstrahlabtragen und Schleifen signifikant erhöht wurde.

Zusatzinformation

Autor Schindler, Florestan
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-370-4
Gewicht 0.280 kg
Erscheinungsdatum 12.11.2015
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