OdyZeuS

Optimierung der Kühlschmierstoffzufuhr von innen zur Energie- und CO2-Einsparung bei hochdynamischen Zerspanungsprozessen mit geometrisch unbestimmter Schneide Teilvorhaben: Mechanische und tribologische Werkstoffuntersuchung und rotordynamische Bauteilanalyse

Foto des Rotorprüfstands am ILK mit einer Kamera vor dem Prüfstand.“ — Abb. 02: Experimentelle Untersuchung der Phänomene in der Schleifkontaktzone mittels Hochgeschwindigkeitskamera am Rotorprüfstand des ILK.

Vor dem Hintergrund globaler Herausforderungen wie der Knappheit natürlicher Ressourcen und angesichts eines steigenden Bedarfs an Halbleiterbauteilen durch die zunehmende Digitalisierung in allen Lebensbereichen, besteht die dringende Notwendigkeit langjährig etablierte Prozesse und Verfahren zu überarbeiten und energieeffizienter zu gestalten. Die Ausgangswerkstoffe für die Halbleiterindustrie können etwa aus monokristallinem Silizium, Siliziumkarbid (SiC) oder auch Siliziumnitrid (SiN) sowie aus Galliumnitrid oder Galliumarsenid bestehen. Derartige Hartstoffe werden u.a. im Flachschleifverfahren mittels Diamantschleifscheiben auf bis zu 180 µm Dicke endbearbeitet. Gegenwärtig erfolgt der Schleifprozess bei einer Umfangsgeschwindigkeit von nur 23 m/s, was zu einer vergleichsweise langen Bearbeitungszeit mit entsprechend hohem Energieeinsatz führt. Um dem steigenden Bedarf an Halbleitern zu begegnen, ist eine Reduzierung der Bearbeitungszeit im Sinne der Produktivität und Energieeffizienz zwingend erforderlich. Allerdings ist die Steigerung von Schleifgeschwindigkeit und Vorschub aufgrund unzureichender Kühlbedingungen für die Hartstoffbearbeitung (Hartmetall und Keramik) nicht zielführend, da infolge der höheren Reibung die Werkstücktemperatur stark ansteigt, was zu Verzug, Rissen oder Brüchen der sehr teuren Werkstücke führen kann.

Das Ziel des Verbundvorhabens ODYZEUS besteht daher in der Anpassung und Optimierung der Zufuhr des Kühlschmierstoffs bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Dazu ist es notwendig den Kühlschmierstoff durch das Innere des Werkzeugsystems direkt in die Kontaktzone zu führen, um die Kühlbedingungen signifikant zu verbessern und in dessen Folge eine deutliche Energie- bzw. CO2 Einsparung zu erreichen.