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Schleifen

Mit Sachkenntnis lässt sich Fehlern beim Schleifen vorbeugen

03.04.2007 | Autor / Redakteur: Norbert Völler / Frank Fladerer

Wenn beim Schleifen die Funken sprühen, ist das alleine noch kein Grund zur Besorgnis. Schleiffehler lassen sich mit der nötigen Sachkenntnis vermeiden. Bild: Winterthur
Wenn beim Schleifen die Funken sprühen, ist das alleine noch kein Grund zur Besorgnis. Schleiffehler lassen sich mit der nötigen Sachkenntnis vermeiden. Bild: Winterthur

Schleiffehler sind ärgerlich, reduzieren die Werkstückqualität und kosten Geld. Im schlimmsten Fall entstehen Stillstandzeiten. Mit Sachkenntnis der Verantwortlichen und der Mitarbeiter sind Fehler beim Schleifen aber leicht vermeidbar.

Der normale Präzisionsschliff besitzt eine gleichmäßige Oberfläche mit Seidenglanz. Keine Kommas oder sonstige Kratzer sind sichtbar. Er ist das Ideal, dass der Zerspaner anstrebt, aber leider nicht immer erreicht (Bild 1). Demgegenüber stehen Werkstücke mit Schleiffehlern. Sieben, schon mit dem bloßen Auge erkennbare Hauptkategorien von Fehlern sind beim Außenrundschleifen am häufigsten anzutreffen.

Der Schliff mit Vorschubspuren ist gekennzeichnet durch einen scheinbaren Abdruck eines Gewindes auf Werkstückoberfläche. Die Steigung dieses Abdruckes entspricht dem Tischvorschub. Die Ursache dieses Fehlers liegt darin, dass die Mantellinie der Schleifscheibe nicht parallel zur Längsschlittenbewegung ist. Ein Grund dafür kann Spiel an der Spindel sein. Thermische Beeinflussung oder Abnutzung des Abrichtwerkzeuges sind weitere mögliche Fehlerquellen. Abhilfe schafft die Überwachung des Abrichtwerkzeuges und der thermischen Verhältnisse sowie eine Überprüfung des Spindelspiels.

Der Schliff mit Schrägmarken zeichnet sich durch Spiralen, Schrägmarken oder ein regelmäßiges Muster aus. Ursache hierfür: Ein fehlerhafter Abrichtvorgang erzeugte eine unrunde Scheibe, die den Fehler auf das Werkstück überträgt. Beheben lässt sich dies durch Abrichtung der Scheibe in lediglich einer Richtung. Eventuell sollte dabei der Abrichtvorschub reduziert werden.

Auch Kühlschmierstoff kann das Schleifen beeinträchtigen

Wenn die Werkstückoberfläche unregelmäßig verteilte kurze, kommaförmige Kratzer aufweist, spricht man von einem Schliff mit Kommas. Diese können durch frei im Kühlschmierstoff (KSS) schwebende Partikel oder Zusätze der Scheibe entstehen. Um ihn zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Schutzhaube zu reinigen und die Filtrierung zu überprüfen. Es sollte in diesem Fall eine härtere Schleifscheibe gewählt werden.

Der Schliff mit Rattermarken weist parallel zum Werkstück stehende Rattermarken auf (Bild 2). Der Grund hierfür können eine Unwucht der Schleifscheibe, Schwingungen von Werkstück oder Maschine sowie ein Geschwindigkeitsverhältnis von Schleifscheibe zu Werkstück (qs) von weniger als 60 sein. Abhilfe schaffen lässt sich durch eine Überprüfung der Werkstückaufnahme sowie eine Überprüfung der Scheibe auf Unwucht. Möglicherweise empfiehlt sich die Verwendung eines Setzstocks. Ferner sollte der Kühlschmierstoff nicht über die stehende Scheibe laufen gelassen werden.

Bei Überhitzung entstehen Brandflecken

Ein Schliff mit Brandflecken ist durch spiralförmige oder örtlich gelbe oder braune Verfärbung der Oberfläche erkennbar. Dies spricht für eine Überhitzung im Schleifprozess. Möglicherweise ist die Kühlschmierstoff-Zufuhr ungenügend, die Scheibe zu fein abgerichtet oder zu hart. Eine weitere Ursache kann ein zu hohes Geschwindigkeitsverhältnis qs sein; es sollte weniger als 120 betragen.

Vermeiden lässt sich dieser Fehler durch einen erhöhten Abrichtvorschub, ein qs von unter 120 und dem Einsatz von Kühlschmierstoff mit höherem Mineralölanteil. Empfehlenswert ist die Verwendung einer weicheren Scheibe und die Wahl einer offeneren Struktur.

Schleifen mit stumpfer Scheibe erhält Unebenheiten

Wenn das Werkstück einen spiegeligen Glanz aufweist und die Unebenheiten der Vorbearbeitung erhalten bleiben, liegt ein Schliff mit stumpfer Scheibe vor. Ursachen hierfür können sein: Die Scheibe ist zu fein abgerichtet, zugesetzt oder zu feinkörnig. Vermeiden lässt sich dies durch erhöhten Abrichtvorschub, den Einsatz eines neuen Einkorndiamanten und den Einsatz einer offeneren oder gröberen Scheibe.

Parallel zur Werkstückachse auftretende Facetten – teilweise oder über den ganzen Umfang – sind ein Kennzeichen für den Schliff mit einer Störquelle inner- oder außerhalb der Maschine. Kühlschmierstoff-Pumpen, Lüfter, Hubstapler, Stanzmaschinen oder andere Bauteile könnten den Schleifprozess stören und müssten in diesem Fall entfernt werden.

Rundheitsfehler weitere Störungsquelle

Zu diesen Fehlerkategorien gesellen sich Rundheitsfehler hinzu. Sie können entstehen durch: unrunde Werkstückzentren, unrunde Werkstückspitzen, nicht fluchtende Werkstückzentren, ein zu hoch liegendes Zentrum.

Über die Beachtung dieser Fehlerquellen hinaus hat der Zerspaner eine Reihe Möglichkeiten, selbst auf den Zerspanungsvorgang einzuwirken und dadurch eine bestimmte Wirkung zu erzielen. Durch gezieltes Verändern der Einstellwerte lässt sich das Verhalten der Scheibe in Richtung hart oder weich verändern.

Wichtigster Parameter in diesem Zusammenhang ist die Zustelltiefe ae (Bild 3). Erhöhen von ae bewirkt einen erhöhten Materialabtrag, gröbere Späne, höhere Einzelkornbelastung und eine größere Splitterneigung des Einzelkornes. Die Scheibe wirkt weicher.

Verringern von ae bedeutet analog einen reduzierten Materialabtrag, feinere Späne, niedrigere Einzelkornbelastung und eine geringere Splitterneigung des Einzelkornes, wobei die Scheibe härter wirkt.

Die wichtigsten Parameter für den Zerspaner beim Schleifen

Erhöht der Zerspaner die Vorschubgeschwindigkeit vw, bedeutet dies einen erhöhten Materialabtrag, gröbere Späne, höhere Einzelkornbelastung und eine höhere Splitterneigung des Einzelkornes. Bei dieser Aktion wirkt die Scheibe weicher. Auch hier kehrt sich, wie bei der Veränderung der Zustelltiefe ae, beim Verringern von vw die Wirkung um. Diese Beobachtung gilt auch für die folgenden Einstellgrößen.

Der dritte bedeutende Parameter ist die Umfangsgeschwindigkeit vc. Eine Erhöhung von vc bewirkt, dass pro Zeiteinheit mehr Schneiden im Eingriff sind. Es entstehen feinere Späne, die Einzelkornbelastung sinkt, die Splitterneigung des Einzelkornes wird kleiner. Die Scheibe wirkt härter.

Größerer Scheibendurchmesser ds bedeutet zugleich eine Vergrößerung der Kontaktfläche, geringere Einzelkornbelastung und eine kleinere Splitterneigung des Einzelkornes, wobei die Scheibe härter wirkt.

Kühlschmierstoff mit wichtigem Einfluss

Eine weitere Einflussmöglichkeit auf den Schleifprozess ist, auf den Kühlschmierstoff einzuwirken (Bild 4). Eine Erhöhung der Schmierfähigkeit des KSS bewirkt eine reduzierte Reibung beim Schleifvorgang und somit eine geringere Einzelkornbelastung. Die Splitterneigung des Einzelkornes wird geringer und die Scheibe wirkt härter.

In diesem Zusammenhang muss die Auslegung der Kühlschmierstoff-Düse beachtet werden. Grundsätzlich gilt, dass die Düse so lang und gerade wie nur möglich gestaltet wird, die Austrittsmündung sollte möglichst scharfkantig sein. Das bedeutet, dass Düsen vom Typ Loc-Line für die automatisierte Produktion nicht ideal sind, wegen ihrer Flexibilität aber gut für Einzelfertigung beispielsweise im Werkzeugbau verwendet werden können.

Als theoretisches Modell für die Kühlschmierung beim Außenrundschleifen können die Untersuchungen zur Gleichlaufschmierung nach Ott dienen (Bild 5). Dieses Modell besagt, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoff-Strahls etwa gleich hoch wie die Umfangsgeschwindigkeit sein sollte. Das bewirkt, dass der Strahl über einen Winkelbreich von 30 bis 40° an der Scheibe „klebt“ und so für eine optimale Kühlwirkung sorgen kann.

Spezialfall Innenrundschleifen

Zum Abschluss noch einige Erläuterungen speziell zum Innenrundschleifen, bei dem einige kritische Punkte zu beachten sind. Da beim Innenrundschleifen eine große Kontaktbogenfläche vorliegt, kann die Stabilität der Schäfte Probleme bereiten. Für die Schaftauslegung gilt: Sie sollten so stabil und kurz wie möglich gewählt werden. Lange Schäfte mit geringen Durchmessern sind unbedingt zu vermeiden. Ein weiterer kritischer Punkt ist die Zuführung des Kühlschmiermittels. Zudem befinden sich nur wenig Schleifkörner am Umfang.

Eine wichtige Einwirkungsmöglichkeit auf die kritischen Punkte beim Innenrundschleifen ist die Reduzierung der Kontaktfläche. Dies kann unter anderem durch Schrägstellen des Schleifdornes geschehen. Dabei wird die Kontaktfläche an der Stirnseite reduziert.

Die zweite Möglichkeit: Beim Reduzieren der Kontaktfläche durch eine künstliche Porosität wird mit speziellen poröseren Schleifscheiben gearbeitet (Bild 6). Als dritte Option der Beeinflussung der Kontaktfläche kann der Scheibendurchmesser ds dienen. Er sollte in jedem Fall im Rahmen von 2/3 bis 4/5 des Werkstückinnendurchmessers dw liegen. MM

Dipl.-Ing. Norbert Völler ist Geschäftsführer von Winterthur Schleiftechnik in 72766 Reutlingen

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