Spanende Fertigung Immer scharf bleiben

Modifizierte Oberflächenstruktur von Schleifscheiben verhindert das Aufschweißen von Spänen.

Feinstabgestimmte Kornkombinationen und ausgereifte Fertigungsprozesse von hochporösen Präzisions-Schleifscheiben ermöglichen es, den Schleifkörper in feinsten Strukturstufen auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt anzupassen. Derartige Schleifkörper sind Voraussetzung, um auf modernen automatischen CNC-Schleifmaschinen Profile aus dem vollen Material im Tiefschleifverfahren zu bearbeiten. Beim Tiefschleifen ist die Kontaktfläche Werkstück–Schleifkörper extrem groß und die Arbeitsdruckkraft auf jedes einzelne Korn würde bei sehr engporigen Schleifkörpern extrem klein werden. Das ist der Grund, warum man hochporöse, homogene Schleifkörper benötigt (bis zu 65% Porenraum), um die auf der großen Fläche wirkende aktive Schneidenzahl zu reduzieren und die Einzelkornbelastung wieder zu erhöhen, und somit die Selbstschärfung zu gewährleisten. Nebeneffekt von solchen hochporösen Schleifkörpern ist sicher der Spänetransport und die Kühlmittelzuführung. Der Hauptgrund liegt jedoch darin, die am Schleifprozess beteiligten Kornspitzen der Kontaktfläche Werkstück– Schleifscheibe, so anzupassen, dass jedes einzelne Korn sich im Selbstschärfprozess bewegt. Nur durch diese Maßnahme ist es möglich, wirkungsvolle Tiefschleifprozesse ohne Randzonenschädigungen durchzuführen.Schleifbrand nimmt eine zentrale Rolle beim Schleifen ein, verursacht hohe Folgekosten und stellt den Ruf des Schleifens als Fertigungsprozess oft in Frage. Der Grund liegt meist an der Verschweißung von hochlegierten Werkstoffen und Spänen auf der Schleifscheibenoberfläche.Beispiele aus der Natur und Technik, die durch gezielte Änderungen der Oberflächen-Nanostruktur das Haften und Aufbauen von Schmutz verhindern, dienen als Vorbild, um auch bei Schleifscheiben durch eine geschickte Modifikation der Oberflächenstruktur des Schleifkornes und der teiloxidischen rekristallisierenden Bindungssysteme das Aufschweißen von Spänen zu unterbinden und Schleifbrand zu verhindern. Der Verschleiß von Abrichtwerkzeugen wird ebenfalls sehr stark durch anhaftendes Material am Schleifkorn negativ beeinflusst. Ziel muss deshalb sein, mit möglichst wenig Bindung auszukommen, wobei Kornhaltekraft, Festigkeit und Sicherheit nie aus dem Auge zu verlieren sind. Wenn gezielte Beschichtung verhindert, dass sich die Schleifscheibe durch Verschweißung von Spänen zusetzt, kommt man einer „schleifbrandfreien Schleifscheibe“ sehr nahe.Die rein synthetische Bindungszusammensetzung 302W aus teil-oxidischen rekristallisierenden Gläsern weist eine weit höhere Festigkeit als konventionelle Bindungen auf. Mit diesem neuartigen Bindungssystem kann der Bindungsanteil der hochporösen Schleifkörper wesentlich gesenkt und der Porenanteil entsprechend erhöht werden, ohne die Festigkeit der Schleifscheibe zu mindern. Die Oberfläche des Korn-Bindungsverbundes wird mit selbstorganisierenden Nano-Oberflächen-strukturen veredelt, was eine Verschweißung von Spänen weitestgehend ausschließt. Nicht nur die Bindung muss die Verschweißung von Spänen unterbinden, sondern auch das Korn. Die Nanowin-Schleifkörper von Winterthur Technologie enthalten eine Substanz, die diesen Anforderungen entspricht. Die besondere Oberflächenstruktur lässt eine Benetzung mit flüssigem Stahl weniger zu. Beim Schleifen von Kugellagerstahl mit Aluminiumoxid (Edelkorund) zeigt sich ein hoher Benetzungsgrad, der sich auf der Oberfläche des Einzelkornes verbreitet und verschweißt. Beim Einsatz von solchen Schleifkörpern findet die Benetzung wesentlich geringer statt. Bild 2 zeigt die unterschiedliche Benetzbarkeit von Edelkorund und Nanowin.Bei bestehenden Anwendungsfällen mit bereits optimierten Edelkorund- oder Sinterkorund-Schleifkörpern wurde Nanowin eingesetzt, wobei sich zeigte, dass weniger Schleifenergie bei gleicher Prozessführung nötig war. Weniger Schleifenergie bedeutet geringere Brandgefahr und bietet die Möglichkeit, die Energiereserven mit höheren Abtragsraten auszuschöpfen, die Schleifzeit zu verkürzen und den Prozess wirtschaftlicher und sicherer zu gestalten. Sinterkorundschleifscheiben beanspruchen die Diamantabrichtwerkzeuge mehr als Edelkorundschleifkörper. Weil die Sinterkorundscheibe pro Abrichtzyklus aber mehr Teile produziert, muss dies mit in die Kostenrechnung einfließen. Bei Versuchen mit unverschmutzten und mit Spänen verschmutzten Scheiben erbrachte das Abrichten mit stehenden MKD-Abrichtwerkzeugen, dass die verschmutzten Schleifscheiben das Abrichtwerkzeug wesentlich stärker angriffen als die unverschmutzten. Beim Einsatz von Nanowin-Schleifkörpern war der Verschleiß um etwa 20% geringer als bei den anderen Schleifmitteln.