Bild 1: Hochporöse hdd-struktur Hochporöse Abrichtwerkzeuge mit extremer Kantenstabilität ein Widerspruch?

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1 Bild 1: Hochporöse hdd-struktur Hochporöse Abrichtwerkzeuge mit extremer Kantenstabilität ein Widerspruch? Autoren: Dr.-Ing. P. Beyer, Elias Navarro Bild 2: Klassische porenfreie Metallbindung Einleitung und Vision Kundenfokus als Basis für Innovationen so oder ähnlich könnte die grundlegende Forderung an eine erfolgreiche Produktentwicklung lauten. Als Spezialist für das hochproduktive Innenschleifen wird die Fa. Meister Abrasives AG immer wieder mit Kundenbedürfnissen konfrontiert, bei denen etablierte Standardabrichtsysteme nicht den spezifischen Bedürfnissen des Innenschleifprozesses gerecht werden. Am Markt verfügbare Abrichtwerkzeuge sind primär aus Anforderungen des Außenschleifens adaptiert worden, ohne den speziellen Herausforderungen präziser Innenschleifanwendungen Rechnung zu tragen. Die Entscheidung, ebenfalls als Anbieter von Abrichtwerkzeugen aufzutreten, hier jedoch das System entsprechend zu adaptieren, lag daher für Meister Abrasives AG nahe. Dass diese Systeme inzwischen auch das Außenschleifen revolutionieren, indem selbst mit stehenden Abrichtwerkzeugen in hdd Ausführung klassische, oder sogar CBN Schleifscheiben, prozessoptimiert abgerichtet werden, ist ein interessanter Nebeneffekt. Bild 3: Querschnitt durch eine reale poröse hdd- Struktur REM-Aufnahme 14

2 Überholte Technologien Jahrzehntelanger Stand der Technik sind porenfrei gesinterte Diamantabrichtwerkzeuge, Bild 2, mit dem systemimmanenten Nachteil der Erzeugung von instationären Oberflächentopographien am Schleifkörper im Verlauf des Abrichtintervalls, insbesondere bezüglich eines Einlaufverhaltens. Außerdem weit verbreitet sind einschichtig belegte Abrichtwerkzeuge, welche aufgrund des während der Lebensdauer nicht konstanten Kornüberstandes, sowie nur einer nutzbaren Kornlage, bezüglich der Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit ein begrenztes Einsatzgebiet haben. Alternativ dazu sind sehr profilhaltige Abrichtwerkzeuge mit einer diamantartigen Kantenverstärkung in einer Stahlmatrix etabliert, welche bezüglich der resultierenden Schleifkörperstruktur noch ungünstiger zu bewerten sind. Ein ideales Abrichtwerkzeugsystem Basierend auf den Erfahrungen über nicht optimale Abrichtwerkzeuge wurde in Zusammenarbeit Bild 4: Lokale Verstärkung durch CVD-Einsätze an verschleißbeanspruchten Grenzflächen mit den Anwendern folgendes Anforderungsprofil an ein neues Werkzeugsystem definiert: kein Einlaufverhalten nach dem Abrichten Oberflächengüte und Schleifkräfte auf konstantem Niveau Erhöhung des Abrichtintervalls durch optimiertes Schleifkörpergefüge nach dem Abrichten Breite Einstellbarkeit des Anwendungsfensters, d.h. hochvariables System in der Auslegung von Korngröße, Härte, Konzentration, etc. Hohe Profilhaltigkeit und lange Standzeit (mehrlagig) Möglichkeit mit einer stationären Variante auch Vit-CBN (KH) abrichten zu können Das daraus resultierende Pflichtenheft für die Entwicklungsabteilung bedürfte eines völlig neuen Werkzeugkonzeptes, welches Vorteile bekannter Ansätze erfolgreich kombiniert: Variabilität nur über die Freiheitsgrade eines porösen Systems möglich, analog keramischer Systeme Profilstabilität und Verschleißfestigkeit, analog metallgebundener Systeme Die gesetzten Anforderungen der STARKE SAUGER GEGEN ÖL, KSS, SCHLAMM UND SPÄNE! Bei Blotenberg Saugsysteme gibt s das starke Sortiment für die Reinigung Ihrer Werkzeugmaschinen: kompakt und robust gegen Öl, Schlamm und Späne. Mit 100 bis 2000 Liter Fassungsvermögen saugen unsere mobilen Flüssigkeitssauger bis zu 100 Litern in 30 Sekunden und trennen Flüssigkeiten und Späne schnell und effektiv. QR-Code scannen & mehr erfahren! Max-Planck-Straße Kerpen Telefon +49 (0)

3 Bild 5: Kombi-Abrichtwerkzeug für Umfang und stirnseitiges Abrichten Anwendungstechnik werden in der Produktentwicklung wie folgt berücksichtigt: Realisierung einer porösen Struktur, Bild 1 Entwicklung eines Hybrid-Systems (metallisch <-> keramisch) Optimiertes Benetzungsverhalten der Hybridbindung auf dem Diamantkorn als Basis für die Ausbildung einer Bindungsbrücke Verschleißbeständigkeit! Abstimmung der chemischen Reaktivität von Diamant und Bild 6: Abrichtglocke für Innenschleifmaschine Bindematrix zur optimalen Kornhaftung, aber reduzierten Vorschädigung des Diamanten Vermeidung der Oxidation und Regraphitisierung des Diamantkorns Die praktische Umsetzung Ursprünglich zunächst auf Basis keramischer Bindungstechnologie eingeführt als vdd-werkzeuge (vitrified Diamond Dresser), wurde diese Entwicklung konsequent weitergeführt und resultierte in einem völlig neuen Bindungstypus, welcher auf Basis einer einzigartigen Hybridtechnologie die Vorteile der porösen Matrix beibehält, aber eine signifikante Verbesserung der Verschleißfestigkeit ermöglicht. Am Markt sind diese Werkzeuge als sogenannte hdd-abrichter (hybrid Diamond Dresser) inzwischen fest etabliert. Grundsätzlich führt der Einsatz dieser Werkzeuge zu reduzierten Schleifdrücken im Prozess, dadurch einer optimierten Geometrie am Werkstück, verlängerten Abrichtintervallen und einem stabilen Prozess ohne Einlaufverhalten nach dem Abrichtprozess. Ist jedoch der Einsatz zur CNCgesteuerten Erzeugung feinster Profile erforderlich, so zeigen beide Varianten bei der dann resultierenden Punktberührung zwischen Schleifscheibe und Abrichtwerkzeug noch Optimierungspotential im Bereich der Profilhaltigkeit des Abrichtwerkzeuges. Mittels einer lokalen Verstärkung durch CVD-Einsätze lässt sich das Leistungsspektrum dieser Abrichtwerkzeuge nochmals erweitern, Bild 4. Die Werkzeuggruppe wird Bild 7: Entwicklung der Oberflächenqualität am Werkstück als Funktion des Abrichtintervalls bei Einsatz eines metallgebundenen Abrichtwerkzeuges Bild 8: Entwicklung der Oberflächenqualität am Werkstück als Funktion des Abrichtintervalls bei Einsatz eines hdd-abrichtwerkzeuges 16

4 als cdd-technologie (CVDreinforced Diamond Dresser) eingeführt. Werkzeugtypen Dem Design kundenspezifischer Abrichtwerkzeuge sind wenig Grenzen gesetzt. Begonnen mit den klassischen Innenschleifwerkzeugabrichtern als Innenbelag oder Glocke auf dem Spannfutter des Werkstücks, über die Abrichtwerkzeuge für die geläufigen Abrichtspindeln, bis hin zu Kombinationen mit mehreren Belägen sind dem Anwendungstechnologen vielfältige Möglichkeiten gegeben. Die Bilder 5 und 6 zeigen exemplarisch einige Auslegungen. einem drastisch erhöhten Abrichtintervall. Bild 9 fasst die Anwendung und ihre Parameter vollständig zusammen. Zusammenfassung und Ausblick Mit den hybridgebundenen Abrichtwerkzeugen, sowohl ohne, als auch mit CVD-Kantenverstärkung, ist es gelungen ein Abrichtwerkzeugsystem zu etablieren, welches den jahrzehntelangen Innovationsstau insbesondere im Bereich der Abrichtwerkzeuge beseitigt. Es löst nahezu jedem Anwender bekannte typische Probleme des Abrichtprozesses, nicht zuletzt durch seine breite Adaptierbarkeit an die kunden- Anwendungsbeispiel Exemplarisch soll anhand einer Serienanwendung das Ergebnis dieser innovativen Werkzeuggeneration vorgestellt werden. Als typisches Bauteil sei hier die Nockenrolle herangezogen. Bild 7 zeigt zunächst einen repräsentativen Verlauf der Entwicklung der Oberflächengüte am Werkstück während des Abrichtintervalls bei Einsatz eines metallgebundenen Abrichters. Deutlich zu erkennen ist der instationäre Verlauf der Entwicklung der Oberflächengüte in einem breiten Fenster. Ein Wechsel auf ein hdd-werkzeug führt hier zu einem deutlich stabileren Prozess, Bild 8, verbunden mit 17

5 Bild 9: Bohrungsschleifen Kipphebel spezifischen Herausforderungen. Die Weiterentwicklung, angetrieben durch die positive Marktresonanz, führt zu einer Ausweitung des Spektrums an weiteren Spezialitäten im Abrichtwerkzeugbereich. Zur nochmaligen Reduktion der Kräfte beim Abrichten, bei gleichzeitig sehr hoher Verschleißund Profilbeständigkeit, werden inzwischen auch keramische Systeme für die cdd-technologie adaptiert, Bild 10. Erste erfolgreiche Serienansätze zum Abrichten kleinster Bohrungsschleifscheiben zeigen das Potential solcher Spezialitäten auf. Die Anwendung stehender hdd- Abrichtwerkzeuge, teilweise auch als cdd Variante, zeigt ebenfalls interessante Ansätze. So wird das prozesssichere Abrichten von Bild 10: Keramisch gebundenes cdd-abrichtwerkzeug (Werkbilder: Meister Abrasives AG, CH-Andelfingen) keramisch gebunden Umfangsscheiben auf Flachschleifmaschinen ohne rotierende Abrichteinrichtung möglich, genauso wie die Einstellung optimierter Gefüge auf CERALOX-Werkzeugen in der Wälzlagerindustrie. Der Schleifbrand dürfte damit zukünftig eine deutlich reduzierte Problematik darstellen. Es zeigt sich damit deutlich, dass innovative Ansätze auch langjährig etablierte Technologien zum Nutzen des Kunden ersetzen können. Nicht nur die Adaption, sondern die Innovation, bringt dem Kunden sprunghafte Verbesserungen im täglichen Wettbewerb zur Optimierung von Prozessen und damit der Kosten. Die vorgestellten Lösungen dürften erst der Beginn einer Reihe spannender Produktentwicklungen im Bereich des hochproduktiven Schleifens und Abrichtens bedeuten. Dr.-Ing. P. Beyer ist CEO der Meister Abrasives AG, Andelfingen, Schweiz. Elias Navarro ist Product Manager Abrichtwerkzeuge im gleichen Unternehmen. 18