6/2009. Technische Fachzeitschrift für: Werkzeugschleifmaschinen Rundschleifmaschinen Flachschleifmaschinen Gleitschleiftechnik

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1 6/2009 Technische Fachzeitschrift für: Werkzeugschleifmaschinen Rundschleifmaschinen Flachschleifmaschinen Gleitschleiftechnik Läppen und Honen Schleif- und Poliermittel Abrichtgeräte und -werkzeuge CNC-Steuerungen und Software Wasch- und Entölungsanlagen Entstaubung und Arbeitssicherheit Kühlschmierstoff-Aufbereitung Messtechnik Fachverlag Möller, Neustr. 163, Velbert, Tel.: 02053/981251, Fax: 02053/981256, Jahrgang, Nov./Dez. 2009, G 44985

2 Prozessoptimierung für das Schleifen von HSS-Schneidstoffen Schneidstoffen besteht darin, mit einerseits hohen Schnittwerten einen wirtschaftlichen Prozess zu realisieren und andererseits das Werkstück auf keinen Fall thermisch zu überlasten. Die wesentlichen Randbedingungen, die für einen wirtschaftlichen Herstellungsprozess betrachtet werden müssen, sind schnell definiert: Werkstück, Schleifscheibe, Kühlschmierstoff und Bearbeitungsmaschine. Maschine und Programmiersystem Bild 1: Schaftfräser Werkzeuge aus HSS haben weiterhin große Bedeutung in speziellen Bearbeitungsbereichen, in denen sich Hartmetall nicht durchsetzen konnte: Bei der Bearbeitung von dünnwandigen Teilen aus Titan und bei zähen Kupferlegierungen (Buntmetallen). Die hier eingesetzten Bild 2: Numroto 3D Simulation HSS-Schneidstoffe sind zumeist Kobaltlegierungen sowie PM-Sinterwerkstoffe, deren Härte bis 67 HRC sowie die Neigung zu verhältnismäßig langen Spänen wiederum für die Schleifbearbeitung eine Herausforderung darstellen. Die grundsätzliche Herausforderung beim Schleifen von HSS- Auf der im letzten Jahr vorgestellten CNC Werkzeugschleifmaschine WZS 700 REINECKER ist im Folgenden der erste umfangreiche HSS-Schleifversuch beschrieben. Die Bearbeitung wurde von Thomas Becker (Anwendungstechnik Ulmer Werkzeugschleiftechnik GmbH & Co. KG) unter NUMROTOplus programmiert, die Maschine für den Versuch entsprechend eingerichtet. Kühlschmierstoff Die Kühlmittelanlage wurde mit einem DiaGrind-Basisöl von der Firma oelheld GmbH aus Stuttgart befüllt, das Öl hatte eine mittlere Viskosität und war nur mit wenigen Additiven versehen. Während der Versuche wurde die Auswirkung des Öles auf die Schleifleistung durch gezielte Zugabe spezieller Additive hinsichtlich erreichbaren Vorschubs und Schleifbrandbildung optimiert. Seitens oelheld wurden die Versuche sehr intensiv durch Herrn Martin Jäckle betreut. Die Kühlmittelpumpe stellte mit 120 l/min bei 10 bar eine realitätsnahe Versorgung dar, ein 42 SCHLEIFEN + POLIEREN 6/2009

3 Die Basis des Schleifens Das Fachbuch für Ausbildungsbetriebe, berufsbildende Schulen und Fachkräfte. Sie erfahren hier das Wesentliche über den Aufbau und die Wirkungsweise von CBN/Diamant/Korund/SC- Schleifwerkzeugen und den gebräuchlichsten Konditionierwerkzeugen, den Umgang mit Kühlschmierstoffen, ergänzt mit anwendungsspezifischen Hinweisen für die 3 Grundschleifoperationen: Außenrund-, Innenrund- und Flachschleifen. Details und nähere Hinweise finden Sie im Internet unter Nettoverkaufspreis: Euro 62,-- + gesetzl. Mehrwertsteuer Kühler stabilisierte die Anlage thermisch. Schleifscheiben Aufgrund der stark variablen Spanraumgeometrie werden nach wie vor leicht abrichtbare, keramisch gebundene Scheiben mit Hochleistungs-Stäbchenkorund (TGX), eingesetzt. CBN- Scheiben sind relativ teuer und bieten nur für konkrete Formen eine wirtschaftlich vergleichbare Alternative. Die Wahl fiel im ersten Anlauf auf Norton, da hier schon aus der Vergangenheit Erfahrungswerte vorlagen. Für diesen Versuch hat die Firma Saint-Gobain Abrasives unterschiedliche Spezifikationen und anwendungstechnische Kompetenz durch Herrn Neugebauer zur Verfügung gestellt. Werkstück Schaftfräser zylindrisch Werkstoff: HSS-E Co 5 Durchmesser: 32 mm Nut: 36 Drall mit L= 62 mm Schneiden z = 6 Im folgenden Versuch wird nur die Bearbeitung der Nut optimiert, da diese den wesentlichen Anteil der Gesamtbearbeitung darstellt. Arbeitsrichtwerte: Konstant: Schnitttiefe gesamt 5,1 mm Abrichtbetrag 0,03 mm Die variablen Arbeitsrichtwerte sowie die Bewertungskriterien sind im jeweiligen Versuch aufgeführt. Versuch 1 Mit einer marktgängigen Schleifscheibe Norton-TGX120 und ebenfalls aktuell bewährten Additiven im Kühlschmierstoff wurden in jedem Versuch mindestens 12 Nuten geschliffen und bewertet: Schruppzyklus 1 Schruppzyklus 2 Schruppzyklus 3 Bild 3: Grafik zum Erreichen gleichmäßiger Abtragsraten aus Numroto 3D Simulation SCHLEIFEN + POLIEREN 6/

4 Bild 4: Nutauslauf mit Anlassfarben Arbeitsrichtwerte V1: 3 x Schruppzyklus mit f1 = 800 mm/min 1 x Schlichtzyklus mit f1 = 800 mm/min Gegenlauf Ergebnisse V1: Zykluszeit tges = 5 min 29 sec Max. Leistungsaufnahme 25 % Anlassfarbe sichtbar im Nutauslauf Oberfläche Rz 2,5 Max. Abtragsrate mm³/min In weiteren Versuchen wurden dann die variablen Werte systematisch verändert sowie unterschiedliche Strategien beim Abrichten angewendet. Teilweise haben sich deutliche Schwankungen in der Leistungsaufnahme, der thermischen Belastung sowie bei Geräuschen im Prozess und somit im Ergebnis gezeigt. Versuch 6 Mit der Schleifscheibe aus Versuch 1 und einem durch reine Additivierung optimierten Kühlschmierstoff wurden in diesem Versuch ebenfalls 12 Nuten bearbeitet: Arbeitsrichtwerte V6: 2 x Schruppzyklus mit f1= 800 mm/min 1 x Schlichtzyklus mit f1= 800 mm/min Gleichlauf Ergebnisse V6: Zykluszeit tges = 3 min 43 sec Max. Leistungsaufnahme 29 % Anlassfarbe keine, Rissprüfung negativ Oberfläche Rz 1,6 Max. Abtragsrate mm³/min Zusammenfassung Durch gezielte Änderung einzelner Prozessparameter erfolgte eine schrittweise Prozessoptimierung. Signifikante Veränderungen ergaben sich durch reduzierte Arbeitszyklen mit mehr Schnitttiefe und annähernd gleicher Abtragsrate sowie einer veränderten Bearbeitung für den Nut-Auslauf. Dies erfordert eine entsprechende Expertise im Umgang mit dem Programmiersystem. Die Abrichtstrategie wurde gezielt auf maximale Schärfe der Schleifscheibe gebracht, damit sank proportional der Leistungsbedarf. Im Leistungsbedarf spiegelt sich der gesamte Schleifprozess wieder, allerdings ohne den Wirkungsgrad zu definieren: Der Leistungsbedarf steigt z.b. rapide an, sobald durch Passivkräfte die Reibung hoch wird und dennoch unzureichender Abtrag stattfindet. Dies äußert sich entsprechend in der thermischen Belastung des Werkstücks, die Folgen sind Verfärbung und Risse. Der Anwender kann seine Maschine und deren Leistung also nur dann effektiv umsetzen, wenn der gesamte Prozess optimiert ist. Das heißt, dass bei gegebenem Werkstück die passende Schleifscheibe mit der richtigen Abrichtund Schleifstrategie eingesetzt werden muss. Einfluss und Wirkung des Kühlschmierstoffs sind erheblich, müssen aber ebenfalls als Konstante betrachtet werden und grundsätzlich zum Prozess passen. Ein 44 SCHLEIFEN + POLIEREN 6/2009

5 Öl, das z.b. für die Bearbeitung von Hartmetall optimiert wurde, ist für die Bearbeitung von HSS- Werkstoffen nur eingeschränkt tauglich. Einzig variable Größen wären Druck und Volumenstrom, gezielte Zufuhr zum Prozess wird vorausgesetzt. Die Anforderungen werden von einer zeitgemäßen 5-Achs CNC- Universalschleifmaschine grundsätzlich erfüllt, wobei für das effiziente Schleifen von HSS eine Abrichteinrichtung sowie genügend Leistung und Kühlschmierstoff verfügbar sein müssen. Die Werkzeugschleifmaschine WZS 700 REINECKER hat mit 22/29 kw Spindelantriebsleistung und reichlich Drehmoment genügend Potenzial, um Arbeitsrichtwerte auch bei Scheiben mit Durchmesser 200 mm umzusetzen, die den gesamten Prozess sehr wirtschaftlich darstellen. Die Maschine verfügt über einen 10-fach Schleifscheibenwechsler, Kühlmitteldüsen werden mit gewechselt. Ein Diamant-Abrichtrad ist auf der Werkstückspindel montiert und ermöglicht prozessnahes Abrichten. Ein Gestell aus Polymerbeton bietet genügend Steifigkeit und Dämpfung, Antriebe mit Achsgeschwindigkeiten bis 30 m/min stellen ausreichende Dynamik zur Verfügung. In beiden Rotationsachsen arbeiten wassergekühlte Direktantriebe (Torque-Motoren). Direkte Messsysteme hoher Auflösung in allen Maschinenachsen sichern die erforderliche Genauigkeit. Dieses neue Maschinenkonzept, ergänzt durch eine Werkstückautomation, die auf die individuellen Belange der Anwender abgestimmt werden kann, bietet eine zukunftsweisende Alternative im Bereich der Werkzeugschleifmaschinen. (Werkbilder: Ulmer Werkzeugschleiftechnik GmbH & Co. KG, Ulm-Einsingen) Universal - Schleifmaschinen mit dreh und schwenkbarer Schleifspindel für das Flachschleifen, Topfschleifen Außen-Rundschleifen Innen-Rundschleifen Werkzeugschleifen WS 1 UWS 4 CNC Werkzeugschleifmaschinen Achsen + 6 manuelle Achsen AWS 300 Bild 5: Werkzeugschleifmaschine WZS 700 SCHREYER SCHLEIFMASCHINEN GmbH Schulweg 4 D Winkelhaid Telefon: Fax: info@schreyer-tgm.de SCHLEIFEN + POLIEREN 6/