Gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften mittels In-Prozess Überwachung und adaptiver Prozessführung beim Schleifen

Die Hartfeinbearbeitung (häufig durch Schleifen) erfordert aufgrund ihrer qualitätsbestimmenden Bedeutung bei eventueller Störanfälligkeit ein hohes Maß an analytischem Verständnis und Erfahrungswissen. Ursachen für nicht konstante Ergebnisse von Schleifprozessen können sowohl im Werkzeug (Geometrie und stochastische Verteilung der Schleifkörner, Verschleiß, Selbstschärfung) als auch im Werkstück (Bauteilverzug, Variation des Randzonenzustands) liegen. Anders als für die Maß- und Formgenauigkeit von geschliffenen Bauteilen, existieren bisher kaum Hilfsmittel zur Kontrolle der thermo-mechanischen Prozesswirkung und dadurch zur gezielten Einstellung der Randzoneneigenschaften.

Übergeordnetes Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines In-Prozess-Regelungssystems zur gezielten Einstellung von Randzoneneigenschaften durch den Schleifprozess. Dabei werden Unrundschleifprozesse (Nocken) sowie Außenrundschleifprozesse (als Analogieversuche zum Verzahnungsschleifen) betrachtet.

In der ersten Projektphase wurde als Basis für die angestrebte Regelung eine In-Prozess-Überwachung des Randzonenzustandes realisiert. Durch In-Prozess-Messungen des Barkhausenrauschens können Änderungen des Eigenspannungszustandes bereits vor der Entstehung von sichtbarem Schleifbrand detektiert werden. Zusätzlich wird Prozesswissen in Form einer analytisch und empirisch hergeleiteten thermischen Prozessgrenze in Abhängigkeit der kontaktflächenbezogenen Schleifleistung P_c“ und der Kontaktzeit ∆t genutzt. Diese ermöglicht die Detektion durch Nitalätzung oder im Schliff sichtbaren Schleifbrandes.

In Phase 2 werden die physikalischen Messprinzipien (piezobasierte Kraftmessung zur Ermittlung der Schleifleistung, In-Prozess-Mikromagnetik) mit dem Prozesswissen zu einem Softsensorsignal zusammengeführt. Dieses soll mit Hilfe zu entwickelnder Algorithmen eine Regelung des jeweils angewendeten Schleifverfahrens erlauben. Die dazu nötigen Arbeiten beinhalten die Validierung des Prozessmodells für verschiedene Rahmenbedingungen sowie Untersuchungen zur Robustheit von Sensorik und Softsensorkomponenten. Ziel der Regelung ist die Gewährleistung eines reproduzierbaren optimalen Randzonenzustandes nach dem Schleifprozess durch Kompensation von Störgrößen wie ungleichmäßigem Schleifaufmaß und Irregularitäten des Schleifprozesses.