Swisstech/Prodex: Prodex Award 2014 nominiert Integriertes Abrichten für Metallbindung

Redakteur: Anne Richter

Mit der elektroerosiven, integrierten Abrichttechnologie Wiredress von Fritz Studer lassen sich metallgebundene Schleifscheiben komfortabel mit höchster Präzision in der Schleifmaschine bei vollem Arbeitstempo abrichten. Damit lässt sich die Schleifleistung gegenüber Keramik- und Kunstharzbindungen im Schleifprozess um 30 Prozent und der Scheibenverschleiss um 70 Prozent verringern. Es können auch Schleifscheiben mit besonders fein gegliederten Konturen abgerichtet werden.

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Die Wiredress-Technologie erlaubt freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,05 Millimetern und Aussenradien von 0,2 Millimetern.
Die Wiredress-Technologie erlaubt freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,05 Millimetern und Aussenradien von 0,2 Millimetern.
(Bild: Studer)

ari. Metallgebundene Schleifscheiben punkten besonders beim Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe wie hochlegierte, gehärtete Stähle, Hartmetalle sowie Keramiken. Derartige Scheiben sind besonders form- und temperaturbeständig und leiten die beim Schleifen entstehende Wärme schneller ab. Die Schleifscheiben bestehen aus einer gesinterten metallischen Matrix mit eingebetteten Diamant- oder CBN-Körnern (CBN = Kubisch Kristallines Bornitrid). Sie erzielen besonders hohe Zerspanungsleistungen, weil die Metallbindung die Schleifkörner sehr gut festhält.

Herausforderung: Abrichten

Den Vorteilen der Metallbindung stehen jedoch auch Nachteile gegenüber, denn das Abrichten dieser Scheiben ist mit höherem Aufwand verbunden. Abrichten mit Siliziumcarbid-Scheiben zum Beispiel erzielen oft keine zufriedenstellenden Ergebnisse, feingliedrige Profile sind nicht möglich. Zudem lassen sich die Schleifkörner mechanisch nur schwer aus der metallischen Matrix herauslösen und werden dabei mitunter beschädigt. Ausserdem werden nicht jene hohen Kornüberstände herausgearbeitet, wie sie zum Erreichen der vollen Leistungsfähigkeit derartiger Schleifscheiben optimal wären. Die extrem harten Schleifkörner metallgebundener Schleifscheiben führen auch zu einer starken Abnützung der Abrichtscheiben, was gewisse Einschränkungen bei der geometrischen Präzision mit sich bringt.

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Alternative: elektroerosives Abrichten

Alternativen sieht die Fachwelt zum Beispiel in elektrochemischen (ECM) und elektroerosiven (EDM) Abrichtverfahren. Beide arbeiten hohe Kornüberstände heraus und funktionieren berührungslos. Elektroerosive Abrichtverfahren benötigen jedoch keine chemisch aktive Flüssigkeit zum Abtragen der metallischen Bindung. Elektroerosive Abrichtverfahren nutzen das Grundprinzip von EDM-Funkenerodiermaschinen (EDM = electrical discharge machining), die schon seit vielen Jahren für Präzisionsbearbeitungen eingesetzt werden. Ebenso wie bei diesen erfolgt der Materialabtrag berührungslos durch extrem kurze, schnell aufeinanderfolgende Gleichstrompulse, die im Spalt zwischen Elektrode und Werkstück im Dielektrikum eine Entladung erzeugen. Während der Entladung werden winzige Bereiche der Metallbindung der Schleifscheibe geschmolzen und als kleine Partikel vom Dielektrikum aus dem Spalt gespült.

Handling- und Transportaufwand

Mitunter werden zum Abrichten metallgebundener Schleifscheiben externe Abrichtmaschinen eingesetzt. Die Schleifscheiben müssen also aus der Schleifmaschine demontiert, zur Abrichtmaschine transportiert und nach dem Rücktransport wieder auf der Schleifmaschine montiert und eingerichtet werden. Damit µ-Präzision zu erreichen, ist schwer möglich. Zudem lässt der Handling- und Logistikaufwand mit seinen Zeit- und Kostennachteilen maschinenintegrierte Abrichtsysteme sehr vorteilhaft erscheinen.

Integriertes Abrichten durch Drahterosion

Mit Studer-Wiredress bringt die Fritz Studer AG ein völlig neuartiges, mit dem Prinzip der Drahterosion arbeitendes Abrichtgerät auf den Markt, das in die Schleifmaschine und deren Steuerung vollständig integriert ist.

Die Schleifscheibe muss zum Abrichten nie demontiert werden. Durch den hohen Kornfreistand ist die Scheibe sehr schnittig. Dadurch gelangt viel mehr Schleiföl in den Schleifspalt, wodurch ein hoher Vorschub bei geringerer Werkstückabdrängung möglich ist.

Die Abrichtintervalle können länger sein. Da jedoch der Abrichtprozess so wenig Aufwand verursacht, kann bei besonders komplexen Konturen auch in kürzeren Abständen abgerichtet werden. Da der Anwender die Vorteile metallgebundener Schleifscheiben nun beim Schruppen und Schlichten voll ausnutzen kann, amortisiert sich das Studer-Wiredress-Abrichtsystem in weniger als einem Jahr.

Korn behält beim Abrichten die Form

Das Abrichtgerät ist vom Prinzip her eine kleine Drahterodiermaschine. Die Elektrode ist ein Draht, der mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 Millimetern pro Sekunde mit einem kleinen Spalt tangential an der Bearbeitungsstelle vorbeigezogen wird. Der Gegenpol ist die Schleifscheibe, die sich während des Abrichtens mit Umfangsgeschwindigkeiten von 50 bis 140 Metern pro Sekunde bewegt. Es ist kein eigenes Dielektrikum erforderlich, denn das beim Schleifen eingesetzte Schleiföl erfüllt diese Funktion. Der Abrichtdraht wird in einer Rille am Umfang einer dünnen kreisförmigen Keramikscheibe geführt. An der Stelle, wo die Funken zwischen dem Draht und der Schleifscheibe überspringen, besitzt die Keramikscheibe eine Aussparung.

Beim Abrichten einer typischen Metallbindung können Vorschübe von 15 bis 25 mm/min erreicht werden. Auf diese Weise werden auf der Schleifscheibe weitgehend freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,2 Millimetern und Aussenradien von 0,05 Millimetern erzeugt. Dabei werden Abtragsraten von bis zu 80 mm3/min erreicht. Das Korn behält bei diesem berührungslosen Abrichtverfahren seine ursprüngliche Form.

Kein Verschleiss am Abrichtwerkzeug

Da der Draht während des Abrichtprozesses kontinuierlich weiterbewegt wird, befindet sich immer eine Elektrode mit exakter Geometrie an der Abrichtposition. Auf der Drahtrolle in der Abrichteinheit befinden sich zehn Kilometer Draht; mit diesem Vorrat könnte ca. 16 Stunden lang ohne Pause abgerichtet werden. Der verbrauchte Draht wird unmittelbar nach dem Abrichtprozess in kurze Stücke geschnitten und in einem Behälter gesammelt. Die Keramik-Führungsscheibe, über welche der Elektrodendraht läuft, ist sehr widerstandsfähig und verschleisst erst nach mehreren hundert Stunden. Sie besitzt an ihrem Umfang drei der vorher erwähnten Aussparungen, bei Bedarf wird sie einfach um eine Drittelteilung weitergedreht und schon ist wieder eine intakte Drahtführung vorhanden.

Steuerung in Schleifmaschinensteuerung integriert

Die Steuerung von Studer-Wiredress ist in die Steuerung der Schleifmaschine integriert. Sie hat alle erforderlichen Abrichtfunktionalitäten und enthält auch eine Software für intelligentes Profilieren mit Bahnoptimierung (Studerdress integrated). Der Schleifer benötigt für die Bedienung des Abrichtgerätes keine spezielle Ausbildung, er wird von den übersichtlichen und transparenten Vorgaben auf dem Bildschirm der Steuerung geführt.

Die Entwicklung der Wiredress-Technologie von der Grundlagenforschung über die Erprobung bis zum Industrieprodukt in sieben Jahren wurde auch auf der S22 durchgeführt. Dies ist eine Produktions-Plattform für die Massenfertigung von Werkstücken mittlerer Grösse. Sie ermöglicht Bearbeitungen wie Rundschleifen, Formen- und Gewindeschleifen, Heavy-Duty-Anwendungen mit 160 mm breiten Schleifscheiben oder Hochgeschwindigkeitsschleifen (HSG) mit Schnittgeschwindigkeiten bis 140 m/s. Studer-Wiredress wird auch auf den CNC-Universal-Rundschleifmaschinen S31 und S41 angeboten.

Im Technologiezentrum der Fritz Studer AG werden alle Neuentwicklungen Tests unter harten Produktionsbedingungen unterzogen, oft sogar über mehrere Jahre. Verbesserungen und Optimierungen, die sich aus dem Praxiseinsatz ergeben, werden noch in dieser Phase an den Neuentwicklungen umgesetzt. Sogenannte «Kinderkrankheiten» sind danach ausgemerzt, sodass dem Kunden bei Markteinführung ausgereifte, sofort voll einsatzfähige Maschinen zur Verfügung stehen. <<

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