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Feinschleifen mit einem elastischem Werkzeug steigert Oberflächengüte

16.09.2008
Mit elastisch gebundenen Schleifwerkzeugen lässt sich ohne zusätzlichen Investitionsaufwand eine Oberflächengüte von bis zu Rz = 0,2 μm erzielen. Dieses Ergebnis lieferten Labortests am Institut für Werkstofftechnik (IWT) der Universität Bremen. Eingesetzt wurde dabei eine handelsübliche Außenrundschleifmaschine.

Eine gemittelte Rautiefe von weniger als 4 μm ist derzeit die übliche Oberflächengüte beim Schleifen von Maschinenwellen. In Versuchen zielte das IWT der Universität Bremen darauf ab, den verbreiteten mehrstufigen Prozess mit keramischen Schleifwerkzeugen und relativ hohen Abrichtüberdeckungsgraden durch eine Bearbeitung mit elastischen Schleifwerkzeugen aus geschäumten Polyurethanbindungen zu ersetzen und so die Oberflächengüte deutlich zu erhöhen.

Dabei wurde nicht nur die erzielte Oberflächengüte betrachtet, vielmehr auch, welche Prozesskräfte vorlagen oder welcher radiale Materialabtrag erzielt werden konnte.

Handelsübliche Außenrundschleifmaschine für Schleif-Tests

Das Forschungsinstitut nutzte für seine Tests eine Außenrundschleifmaschine B44-2 von Bahmüller. Als Kühlschmierstoff wurde ein Mineralöl verwendet. Der Werkstoff war ein für die Herstellung von Maschinenwellen üblicher Baustahl S355J2C+C (St 52-3, 1.0569).

Die Probewellen aus Vollmaterial hatten eine Länge von 200 mm bei einem Durchmesser von 24 mm. Pro Welle wurden sieben Lagerlaufflächen mit einer keramischen Schleifscheibe von Winterthur (Spezifikation A120 H8 V) vorgeschliffen, so dass eine Ausgangsrauheit von Rz = 3,5 bis 4,0 μm (Ra = 0,55 μm) vorlag.

Zustellung wichtigste Kenngröße bei Schleif-Versuchen

Die wichtigste Kenngröße für das Schleifen mit elastisch gebundenen Schleifwerkzeugen nimmt die Zustellung ein. Sie ist für die Arbeitsergebnisse von elementarer Bedeutung. Grund dafür ist, dass es sich bei dem untersuchten Schleifvorgang um einen kraftgesteuerten Prozess handelt.

Das bedeutet, dass erst dann ein Materialabtrag erfolgt, wenn eine Mindestkraft überschritten wird. Ebenfalls von großer Bedeutung ist die radiale Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Zeit bestimmt wird, in der das benötigte Kraftniveau erreicht wird.

Geschwindigkeit beeinflusst Oberflächengüte nur wenig

Eine erste wichtige Erkenntnis für das Schleifen mit elastischer Bindung war, dass das Geschwindigkeitsverhältnis einen sehr geringen Einfluss auf die Oberflächengüte und das Prozessverhalten ausübt.

Eine weitere bedeutende Erkenntnis der Versuche ist, dass das Abrichten der mit geschäumten Polyurethanbindungen ausgestatteten Schleifwerkzeuge im Gegensatz zum konventionellen Schleifen keinen spürbaren Einfluss auf den Schleifprozess hat. Die Wirkrauheit des Schleifwerkzeugs wird durch das Abrichten nicht wesentlich beeinflusst, weil die dichte Topografie in diesem Fall der entscheidende Faktor für das Verhalten der Schleifscheiben ist.

Die Prozessführung hatte hingegen einen deutlich höheren Einfluss auf das Schleifergebnis. Sowohl durch das Ausfunken wie mehr noch durch die Oszillationsbewegung konnten Prozessoptimierungen erzielt werden.

Für die Zusammensetzung der elastisch gebundenen Schleifscheiben hat sich eine Kombination aus Bindungshärte und elastischem Verhalten bewährt. Durch ein geeignetes Mischverhältnis aus hohem Materialabtrag und Einglätten der Spitzen konnten die besten Ergebnisse erzielt werden.

Korngröße von 6,5 μm erzielt beste Oberflächengüte

Auch die Körngröße wirkte sich signifikant auf den Schleifprozess aus. Die Verringerung auf 6,5 μm (Körnung 800) erzielte die besten Oberflächen. Eine weitere Reduktion brachte jedoch keine Veränderungen mehr. Insgesamt konnte bei dem Experiment ein Ergebnis von bis zu Rz = 0,2 μm erreicht werden.

Die Untersuchungsergebnisse des IWT belegen, dass elastisch gebundene Werkzeuge beim Schleifen von weichen Stählen durch geeignete Prozessführung einen spanenden Materialabtrag bei gleichzeitig verbesserten Oberflächenqualitäten erzielen.

Verglichen mit dem industriellen Standard sind deutliche Gewinne bei der Oberflächengüte und dem Materialanteil Mr (früher Traganteil Tp genannt), die als Maß für die Qualität der Oberfläche wichtig sind, möglich. Erste Versuche an gehärteten Stahlwellen zeigen, dass elastisch gebundene Schleifwerkzeuge hier ebenfalls Oberflächenoptimierungen erzielen können.

Frank Fladerer | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/spanende_fertigung/articles/145085/

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