Google+ Facebook Twitter XING LinkedIn GoogleCurrents YouTube

Spanende Fertigung

Wirtschaftliche Alternative zum Hartdrehen

28.09.2006 | Redakteur:

Innenrund-Schälschleifen steigert Flexibilität beim Schleifen von Futterteilen.

Innenrund-Schälschleifen steigert Flexibilität beim Schleifen von FutterteilenFutterteile wie Zahnräder, Kugellagerringe, Naben und ähnliche Teile stellen hohe Anforderungen an die Maß-, Form- und Lagetoleranzen sowie an die Oberflächenbeschaffenheit. Die Endbearbeitung erfolgt nach einer Weichbearbeitung und anschließendem Härten. Zur Bohrungsendbearbeitung von Futterteilen werden in der Industrie die miteinander konkurrierenden Verfahren Hartdrehen und Schleifen eingesetzt. Das Hartdrehen weist gegenüber dem Schleifen den Vorteil einer höheren Flexibilität und in einigen Anwendungsfällen Wirtschaftlichkeit auf. Als Nachteile des Hartdrehens sind eingeschränkte Prozesssicherheit, Vorschubrillen, Probleme im unterbrochenen Schnitt und Gefügebeeinflussungen der Werkstückrandzone zu nennen. Im Gegensatz dazu zeichnet sich das Schleifen durch eine hohe Prozesssicherheit bei hoher Bauteilqualität aus. Vor allem beim Einsatz des oszillierenden Einstechschleifens ist jedoch die eingeschränkte Flexibilität der Nachteil einer Bohrungsbearbeitung durch einen Schleifprozess.Eine Schleifscheibe bearbeitet Bohrungen und PlanflächenZur schleifenden Endbearbeitung von Futterteilen stellt das Schälschleifen eine geeignete Alternative dar. Die Verwendung von schmalen Schleifscheiben in Längsschleiftechnologie ermöglicht die Bearbeitung von Bohrungs- und Planflächen mit nur einer Schleifscheibe in einer Aufspannung. Dadurch wird die Flexibilität gegenüber konventionellen Schleifverfahren gesteigert. Gleichzeitig werden die Vorteile konventioneller Schleifverfahren, wie hohe Prozesssicherheit bei hoher Bauteilqualität, beibehalten. Der folgende Beitrag stellt Ergebnisse zum Innenrund-Schälschleifen und wei-tergehende Untersuchungen dar.Beim Innenrund-Schälschleifen erfolgt eine Aufteilung der Schleifscheibe in eine konische Schruppzone und eine zylindrische Schlichtzone. Die Aufteilung in entsprechende Zonen ermöglicht eine Anpassung an die jeweilige Aufgabe. Die konisch abgerichtete Schruppzone übernimmt die Zerspanaufgabe. Die zylindrisch abgerichtete Schlichtzone trägt theoretisch nicht zum Materialabtrag bei, sondern erzeugt nur die Oberfläche. Bei der Bearbeitung einer Bohrung erfolgt die Zustellung außerhalb der Bohrung. In einem axialen Überlauf wird das zu zerspanende Volumen abgetragen und die Oberfläche erzeugt.Zur Beschreibung der Schleifscheibenbelastung kann das bezogene Zeitspanvolumen Q´w herangezogen werden. Das bezogene Zeitspanvolumen wird durch die Prozesskenngrößen Werkstückdurchmesser dw, Werkstückdrehzahl nw, axialer Vorschub af und den Funktionswinkel x bestimmt. Insbesondere durch Änderung des Funktionswinkels x kann die konische Schruppzone der Schleifscheibenbelastung angepasst werden. Im Gegensatz zum Innenrund-Pendelschleifen mit zylindrisch abgerichteter Schleifscheibe ist beim Innenrund-Schälschleifen das bezogene Zeitspanvolumen innerhalb des an der Zerspanung teilnehmenden Schleifscheibenbereichs nicht konstant. Durch die konische Gestalt nimmt in Zone I das bezogene Zeitspanvolumen zu, verbleibt in Zone II auf konstant hohem Niveau und nimmt in Zone III wieder ab, so dass nach Zone III theoretisch kein bezogenes Zeitspanvolumen mehr vorliegt. Schleifscheibe passt sich der Belastung an

In Bild 3 ist die Verschleißbreite und die gemittelte Rautiefe in Abhängigkeit vom zerspanten Volumen bei Verwendung einer CBN-Schleifscheibe mit der Körnung B151 dargestellt. Die auftretenden Verschleißformen sind in Bild 3 oben rechts dargestellt. Der gesamte Verschleiß Dbs,ges setzt sich aus parallelem Verschleiß Dbp und Winkelverschleiß Dbx additiv zusammen. Der Winkelverschleiß führt zu einer Verkleinerung des Funktionswinkels x. Beim parallelen Verschleiß bleibt der Funktionswinkel konstant, die konische Schruppzone wird lediglich in die zylindrische Schlichtzone parallel verschoben. Durch Winkelverschleiß verringert sich die Belastung in der konischen Schruppzone. In dem dargestellten Bearbeitungsfall ist ein Winkelverschleiß bis zu einem zerspanten Volumen von Vw = 70 cm3 zu erkennen. Somit ist die Schleifscheibenbelastung in der konischen Schruppzone zu Beginn der Bearbeitung bei dem gewählten Ausgangsfunktionswinkel von x0 zu groß. Die Schleifscheibe reagiert auf diese Belastung durch Reduktion des Funktionswinkels und passt sich somit der Belastung an. Durch eine Verkleinerung des Funktionswinkels wird das bezogene Zeitspanvolumen reduziert. Ab einem zerspanten Volumen von Vw = 70 cm3 verbleibt der Winkelverschleiß auf einem konstanten Niveau. Auch der parallele Verschleiß Dbp wird beobachtet. Paralleler Verschleiß kann auf kontinuierliche Verschleißvorgänge in der Schruppzone zurückgeführt werden. Das bezogene Zeitspanvolumen verändert sich durch parallelen Verschleiß nicht. In dem dargestellten Versuch ist ein nahezu linearer Anstieg der Verschleißbreite durch parallelen Verschleiß zu erkennen. Der gesamte Verschleiß der Schleifscheibe Dbs,ges weist daher als Summe der oben beschriebenen Verschleißformen bis zu einem zerspanten Volumen von Vw = 70 cm3 einen starken Anstieg auf und nimmt danach durch den nicht mehr weiter fortschreitenden Winkelverschleiß weniger deutlich zu.Die beschriebenen Verschleißformen führen zu einer Reduktion der zylindrischen effektiven Schlichtzonenbreite beff. Die Ausgangsschlichtzonenbreite bII0 wird durch die Verschleißbreite Dbs,ges reduziert. Die Verringerung der zylindrischen Schlichtzonenbreite verkleinert die Überschliffzahl der Schleifscheibe, das heißt ein Oberflächenelement der Bohrung wird von der Schleifscheibe weniger oft überschliffen. Dadurch sind schlechtere Oberflächenqualitäten zu erwarten. Diese Erwartung wird erst bei einer effektiven Schlichtzonenbreite von beff< 3 mm erfüllt. Durch die verschleißbedingte Reduktion dereffektiven Schlichtzonenbreite steigt bei Schlichtzonenbreiten beff < 3 mm die gemittelte Rautiefe von Rz =0,6 µm auf Rz = 1,25 µm deutlich an.Bild 4 zeigt rasterelektronische Aufnahmen der Schruppzonenoberfläche bei Verwendung einer CBN-Schleifscheibe der Körnung B126. Deutlich zu erkennen ist eine Materialablagerung in der Mitte des vergrößerten Ausschnittes. Des Weiteren führt die abrasive Wirkung der Späne zu einem starken Bindungsverschleiß. Die nach dem Profilieren und Freischleifen entstandene Mikrogeometrie bietet für die untersuchte Parameterkombination zu wenig Spanraum, so dass sich Materialablagerungen in der konischen Schruppzone bilden beziehungsweise der notwendige Spanraum durch Bindungsverschleiß erst geschaffen wird. Beide Verschleißformen führen zur Reduktion der Schlichtzonenbreite.Kenntnisse über Eingriffslasten ermöglichen Optimierung Ohne Kenntnis des thermomechanischen Belastungsprofils der Schleifscheibe ist eine weitere Optimierung des Innenrund-Schälschleifens nicht möglich. Zur Erfassung des während des Schleifprozesses auf die Schleifscheibe einwirkenden Belastungskollektivs wurde daher am ISF die in Bild 5 dargestellte Vorrichtung entwickelt. Damit können sowohl die Temperaturen im Bauteil als auch die auf die Schleifscheibe wirkende Eingriffslast bei Innenrund-Schleifprozessen ermittelt werden. Zur Messung der Eingriffslast werden die beiden in der Vorrichtung gespannten Proben überschliffen. Zwischen beiden Proben befindet sich ein kleiner Spalt definierter Breite. Weil die linke Probe nur über eine Kraftmessplattform mit der Vorrichtung verbunden ist, können die beim Schleifen der linken Probe auftretenden Bearbeitungskräfte gemessen werden. Wird nun diese Vorrichtung, beginnend mit der rechten Probe, überschliffen, steigt die Kraft bei Kontakt mit der zweiten Probe bis zum Volleingriff der Schleifscheibe in dieses Werkstück an. Das resultierende Kraftsignal stellt das Integral aller in der Kontaktzone auftretenden, infinitesimal kleinen Eingriffslasten dar. Das Differential der Gesamttangentialkraft nach dem Weg ergibt die Tangentialeingriffslast. Dieses Messprinzip konnte beim Planumfangsschleifen erfolgreich zur Bestimmung der Eingriffslasten eingesetzt werden. Es können auch die Eingriffslasten beim Innenrund-Pendelschleifen und beim Innenrund-Einstechschleifen gemessen werden. Eine Telemetrieeinrichtung überträgt die Messwerte zu einem Auswerterechner. Durch Kenntnis der Eingriffslast kann die Schleifscheibe an die im Prozess wirkenden Bedingungen angepasst werden. Diese Anpassung kann sowohl über die makroskopische als auch mikroskopische Gestalt der Schleifscheibe erfolgen. Von Bedeutung sind auch die auf Werkstück und Schleifscheibe einwirkenden Temperaturen. Zur Messung wird nur eine mit Thermoelementen versehene Probe in die Vorrichtung gespannt. Die Übertragung der Temperaturen erfolgt auch in diesem Fall mit Hilfe einer Telemetrieeinrichtung. Durch die Kenntnis der auf das Bauteil einwirkenden Temperaturen können Randzonenbeeinflussungen des Bauteiles wie Neuhärtungszonen erklärt werden. Derartige thermische Gefügeschädigungen beeinflussen die Bauteilqualität negativ. Durch vergleichende Temperaturmessungen zwischen den Innenrund-Schleifverfahren Schälschleifen, Einstechschleifen und Pendelschleifen können die für das jeweilige Verfahren typischen Wärmegänge im Bauteil ermittelt werden.Literatur:[1]Weinert, K., und M. Finke: Flexibles Futterteilschleifen. Abschlussbericht des AiF-Forschungsvorhabens 11823 N. Frankfurt: Forschungsvereinigung Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik e. V. (FWF) 2001. [2]Finke, M.: Untersuchungen zur Auslegung und Optimierung des Innenrund-Längsschleifens von Futterteilen. Eingereichte Dissertation Universität Dortmund 2003.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 0 / Zerspanung)

Themen-Newsletter Produktion abonnieren.
* Ich bin mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung einverstanden.
Spamschutz:
Bitte geben Sie das Ergebnis der Rechenaufgabe (Addition) ein.

Industrial Usability 2019

Das Anwendererlebnis im Mittelpunkt

Wie sieht eine erfolgreiche UX-Strategie aus? Ein Glück in Sachen Alleinstellungsmerkmal: Eine für alle, die gibt es nicht. Dieses Dossier bietet verschiedene aktuelle Ansätze und Trends in der Industrial Usability. lesen

Effizienzsteigerung

Mit Künstlicher Intelligenz erfolgreich durchstarten

Wie Sie Ihr erstes KI-Projekt starten, wie sich die Branche verändern wird und welche Best Practices es heute schon gibt – hier finden Sie die Fakten und das nötige Grundlagenwissen! lesen