Schleiftechnische Kenntnisse perfektionieren

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Stand der Spanungsverfahren

Alle Spanungsverfahren können mit einer Vielzahl von Leistungsverbesserungen dank neuer Werkzeuge aufwarten. Auch die Schleiftechnik kann hierbei mithalten. Voraussetzung für die Umsetzung in der Praxis ist jedoch modernstes schleiftechnisches Wissen.

Zuerst wird der Ist-Zustand analysiert. Dabei sind die vorhandenen Mittel (Maschinen, Geräte, Einrichtungen, Werkzeuge) als auch die qualitative Beurteilung der Mitarbeiter zu berücksichtigen. Danach wird ein Pflichtenheft erstellt, welches alles enthält, was verlangt wird.

Das Optimum aus den Maschinen rausholen

Es geht also nicht um die Beschaffung neuer Maschinen und Einrichtungen, sondern darum, dass die verfügbaren Mittel auf ihre zukünftige Eignung überprüft und eventuell revidiert, renoviert und/oder sogar steuerungstechnisch aufgerüstet werden. Parallel dazu sollte man die Schulung der Mitarbeiter einplanen, damit sie aus dem bestehenden Maschinenpark alles Mögliche und Machbare herausholen können.

Maschinenseitige Massnahmen für höhere Leistung

Die maschinenseitigen Massnahmen für höhere Leistung, bessere Qualität und kürzere Schleifzeiten ergeben sich aus den bisherigen und den zukünftigen Schleifaufgaben. Zu dem seit Ende der Achtzigerjahre bekannten schleiftechnischen Wissensstand kamen optimierte Leistungsverfahren, neue Bindungsrezepturen für Schleifscheiben und verbesserte Kühlschmierstoffe dazu.

Auch bei den Konditionierwerkzeugen hat sich etwas getan. Aber am bedeutungsvollsten dürfte das Hochgeschwindigkeitsschleifen sein. Ist es anwendbar und sinnvoll, lassen sich Abtragsleistungen realisieren, vergleichbar mit dem Hochgeschwindigkeitsfräsen oder mit dem Hartdrehen. Logisch, die Maschinen müssen bezüglich Leistung und Sicherheit höchsten Ansprüchen genügen.

Äusserst gute Kenntnisse über die Einflussgrössen notwendig

Das Schleifen ist eines der komplexesten und leistungsintensivsten Spanungsverfahren. Die investierte Leistung wird zu etwa 92-95% über Reibung, Umformung und Quetschung in Wärme umgewandelt. Um dieses Spanungsverfahren voll beherrschen zu können, sind äusserst gute Kenntnisse über die Einflussgrössen und ihre Zusammenhänge notwendig. Und das angestrebte Ergebnis - gute geometrische Genauigkeit und Oberflächenqualität -, stellt zusätzlich hohe Anforderungen an Mann und Maschine.

Die nachfolgend aufgeführten Punkte können von Fall zu Fall zur Optimierung von Schleifprozessen Anwendung finden. Die Aufzählung ist nicht vollständig. Sie soll lediglich den Anreiz bieten, mehr erfahren zu wollen.

Einflussgrössen und ihreZusammenhänge

Sie sind wichtig, um Prozesse planen, Ergebnisse beurteilen und Fehler vermeiden zu können, und bilden gewissermassen das «Rückgrat» der gesamten Schleiftechnologie. Ohne ihre Kenntnisse wird man weiterhin das Schleifen als problematisch, kaum planbar und schlecht reproduzierbar bewerten. Die verfügbaren Schulungsunterlagen [1] mit gut verständlichen Beschreibungen, Formeln, Bildern und Diagrammen sowie einfach zu bedienende Computerprogramme [2] eignen sich zur Schulung und zum Selbststudium.

Thermische Randzonenschäden

Schleifbrand, Risse, Weichhaut, Neuhärtung, usw. gehören zu den grössten Problemen beim Schleifen.

Jeder Operateur fürchtet sie und sieht meist nur als Lösungsmöglichkeit, die Zustellung und/oder die Werkstückgeschwindigkeit zurückzufahren. Thermische Probleme treten auf bei falsch gewählter Scheibenspezifikation, ungenügender Kühlung oder ungünstige Prozessvorgaben (Parameter). Sind die Einflussgrössen, welche eine Reduktion der Wärmeentwicklung bewirken, bekannt, ist Abhilfe schnell geschaffen.

Schleifmittel - konventionell und hochhart

Scheibenspezifikationen zu bestimmen, ist keineswegs einfach. Kennt man aber die Eigenschaften (Bruchcharakteristik, Druckfestigkeit, Kristallitengrösse und Härte) der verschiedenen Kornarten, ändert sich dies drastisch. Zu den konventionellen Schleifstoffen Korund und Siliziumkarbid ist das Sinterkorund dazugekommen.

Mit seinen Kristalliten von nur etwa 0,0002 bis 0,0025 mm Grösse hat es die Eigenschaft, niemals stumpf zu werden. Sinterkorund wird selten rein, sondern meist mit prozentual unterschiedlicher Mischung von Standardkornarten eingesetzt. Solche Schleifscheiben weisen eine höhere Schnittigkeit und ein wesentlich besseres Standverhalten auf.

Für härtere Werkstoffe und/oder grössere Serien lässt sich der Einsatz von CBN rechnen. Der G-Wert von CBN, d.h. das Verhältnis von abgetragenem Spanvolumen zum Scheibenverschleiss, liegt um den Faktor 40-400 höher als bei konventionellen Schleifstoffen.

Die mittlere Spandicke

Die Tatsache, dass man über die mittlere Spandicke die Belastung der Kornschneiden gezielt beeinflussen kann, ist noch wenig bekannt. Dieser Wert ergibt sich aus dem bezogenen Zeitspanvolumen und der Schnittgeschwindigkeit. Das bez. Zeitspanvolumen ist das Produkt von Zustellung und Werkstückgeschwindigkeit. Mit deren Einstellungen und jener der Schnittgeschwindigkeit lässt sich die dynamische Wirkhärte einer Schleifscheibe beeinflussen bzw. anpassen.

Konditionierwerkzeuge

Neben dem zunehmenden Einsatz von PKD-Spitzscheiben zum bahngesteuerten Profilieren und dem Einsatz von Diamant-Profilrollen für Grossserien (auch CD-Abrichten), hat das Crushieren mit Stahl- oder Hartmetallrollen in gewisser Weise eine Renaissance erlebt. Aber die stehenden MKD-Abrichtwerkzeuge dürften als Revolution bezeichnet werden. Beachtet man deren Einsatzbedingungen, lassen sich mit ihnen reproduzierbare Ergebnisse bis zum vollständigen Verschleiss einhalten.

Aussen- und Innenrund-Schälschleifen

Das Schälschleifen mit vordefinierter Schälzone an der Schleifscheibe (Abbildungen 1-7) gehört zu den effizientesten Möglichkeiten, in einem einzigen Durchgang grosse Spanmengen abzutragen und dabei gleichzeitig beste Geometrie- und Oberflächenqualitäten bei kurzer Schleifzeit zu garantieren.

Zudem wird die radial auf das Werkstück einwirkende Kraft massgeblich reduziert, was ganz besonders beim Innenrundschleifen von grösster Bedeutung ist (geringere Spindelauslenkung und verbesserte Geometrie).

Kühlschmierstoffe und deren Zuführung

wurden in den letzten Jahren mit Additiven angereichert, die in erster Linie der Reibungsverminderung dienen. Hochschmierende Emulsionen gibt es heute mit Ölanteilen von 70-80% im Konzentrat.

Aber Schleiföle sind immer noch die besten Kühlmittel, obwohl ihre Wärmeleitfähigkeit 2,5 mal geringer ist als die von Wasser. Sie vermögen die Reibleistung um mehr als das Zweieinhalbfache zu reduzieren. Schleiföl kann nur zum Einsatz kommen, wenn Abdeckungen und Sicherheitseinrichtungen vorhanden sind. Aber der beste Kühlschmierstoff hat wenig Wirkung, sofern er nicht über korrekt ausgebildete Düsen in abgestimmter Menge und richtigem Druck der Schleifstelle zugeführt wird. Hierüber gibt es informative Broschüren [4], welche die Kühlschmierstoffe, ihre Additive und die Düsen beinhalten.

Hochgeschwindigkeitsschleifen:hervorragendes Verfahren

Falsch angewendet führt es zu grosser Enttäuschung. Andernfalls ist es heute das beste Verfahren, um höchste Abtragsleistungen bei geringster thermischer Belastung des Werkstücks und kürzesten Schleifzeiten zu realisieren. Mit steigender Schnittgeschwindigkeit (>90 m/s bis etwa 185 m/s) sinkt der Leistungsbedarf trotz erhöhtem, zeitbezogenem Abtrag degressiv. Als Schleifstoff kommt in den meisten Fällen CBN (kubisches Bornitrid) allein oder mit konventionellen Kornarten gemischt, in galvanischer oder keramischer Bindung, zum Einsatz.

Prozessoptimierung durch Schwingungsanalyse

Mittels einer Schwingungsanalyse einen Schleifprozess in den Griff zu bekommen, ist noch wenig bekannt. Das Prinzip ist einfach: Jede Dreh- oder Bewegungsachse wird in Gang gesetzt und auf eine bestimmte Schwinggeschwindigkeit einjustiert.

Dazu sind keine teuren Schwingungsmessgeräte nötig. Mit einem Handmessgerät oder mit einem Oszilloskopvorsatz mit FFT-Analysefunktion (anschliessbar an jedes Notebook) lassen sich alle zum Prozessablauf gehörenden Funktionen auf ihre Störgrössen überprüfen und wenn nötig durch Einstellungsänderungen korrigieren.

Beurteilung der Prozessoptimierung

Mit der von OTT definierten spezifischen Spanmenge Q'm kann praktisch jeder Schleifprozess auf seine Effizienz, bezüglich des zeitbezogenen Abtrages und der dafür benötigten Leistung, beurteilt werden. Steht ein Computerprogramm zur Prozesssimulation [2] zur Verfügung, kann beobachtet werden, über welche Grössen ein möglichst hoher Q'm-Wert erreichbar ist. So lassen sich Schleifprozesse gezielt optimieren.

Eindringwinkel der Kornschneiden

Schwerzerspanbare, schmierende Werkstoffe (Nimonic, Inconel, Titan, usw.) sollte man mit grösstmöglichem Eindringwinkel der Kornschneiden schleifen. Verschiedene Formeln [1] zeigen, von welchen Werten der Eindringwinkel abhängt und sich vergrössern lässt. Viele Schleifprobleme werden dadurch lösbar.

MNIR: Scheibeneindring-Geschwindigkeit

Eine weitere Möglichkeit zur Prozessoptimierung, besonders beim Vollschnittschleifen, ist die Scheibeneindringgeschwindigkeit vr. Im Englischen wird sie als MNIR - Maximum Normal Infeed Rate - [5] bezeichnet. Je höher dieser Wert ist, desto tiefer liegt die spezifische Schleifenergie (Wärmeentwicklung).

Wie diese Beispiele zeigen, existieren in der Schleiftechnologie verschiedenste Optimierungspotenziale. Allerdings ist hierfür ein bemerkenswertes Know-how des einzelnen Mitarbeiters Grundvoraussetzung, um die Potentiale nutzen zu können. Die H.W. Ott & Co. Schleiftechnik verfügt in diesem Zusammenhang über eine langjährige Erfahrung und kann helfen, entsprechende Prozesse zu optimieren.

AutorH.W. Ott, Inhaber und Geschäftsführer der H. W. Ott & Co. Schleiftechnik

InformationH. W. Ott & Co. SchleiftechnikBarzloostrasse 208330 Pfäffikon ZHTel. 044 950 15 21Fax 044 950 16 45hwo@bluewin.ch

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