Tailored Solutions in Vit-CBN Swiss Air optimiert den Abrichtprozess

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1 SCHLEIFEN Tailored Solutions in Vit-CBN Swiss Air optimiert den Abrichtprozess Der zweite Teil der umfangreichen Untersuchungen fokussiert sich auf die möglichen Leistungssteigerungen durch die Optimierung des Abrichtwerkzeuges. Der Einsatz hochporöser DiamantAbrichtsysteme im Vergleich zur Standardauslegung geschlossener Sintermetall-Beläge zeigt, wie durch eine gezielte Spezifikationsentwicklung der Gesamtprozess qualitativ und wirtschaftlich optimiert werden kann. von Peter Beyer und Andreas Planakis Abb.1a: Topographie einer hdd-struktur Abb.1b: Mikroskopaufnahme des Kornüberstandes Die zur Herstellung von Diamantwerkzeugen üblichen Bindungssysteme sind grundsätzlich seit vielen Jahren, teilweise Jahrzehnten, etabliert. Alle Bindungssysteme sind über die Jahre schrittweise optimiert worden in Rohstoffauswahl, Anpassung der Füllstoffsysteme oder der Prozessparameter im Herstellungsprozess. Wirkliche neue oder innovative Ansätze sind jedoch erst in jüngster Zeit realisiert worden. 10 Abb.2: hochporöse hdd-struktur Abbildungen: Meister Abrasives GRUNDLAGEN DER DIAMANTWERKZEUGTECHNOLOGIE

2 Seine Herkunft braucht man nicht zu verstecken Im Einzelnen werden bisher als Bindungsmatrix der Diamantkörnungen eingesetzt: Eine erste deutliche Verbesserung brachte hier die Einführung keramisch gebundener Abrichtwerkzeuge [1]. Aufgrund der begrenzten Verschleissfestigkeit hat sich dieses System bevorzugt bei Innenschleifanwendungen mit Schleifwerkzeugen kleineren Durchmessers durchgesetzt. Kunstharzbindung Metallische Bindung Galvanische Bindung Keramische Bindung KLASSISCHE ABRICHTWERKZEUGE Bis vor nicht allzu langer Zeit war die Konditionierung hochfester CBN- und Diamantscheiben die Domäne metallgebundener oder galvanisch belegter Abrichtwerkzeuge. Metallisch gebundene Werkzeuge zeichnen sich dabei durch eine hohe Verschleissfestigkeit der Bindung sowie einer hohen Lebensdauer aufgrund der mehrschichtigen Belegung aus. Nachteilig ist jedoch der geringe Kornüberstand, welcher die freischneidenden Eigenschaften eines abgerichteten Schleifwerkzeuges beeinträchtigen kann. Des Weiteren erfordern diese Eigenschaften ein regelmässiges Nachschärfen des Abrichtwerkzeuges, d.h. das Zurücksetzen der metallischen Matrix. In der Praxis bedeutet dies für die metallgebundenen Werkzeuge entweder eine Rücksendung zum Nachschärfen an den Hersteller, oder aber zumindest eine Unterbrechung des Prozesses und externe Konditionierung ausserhalb der Produktionsmaschine. Beide Varianten führen zu einem vergleichsweise kosten- und/oder zeitintensiven Prozess. DIE HYBRIDBINDUNG Die bisher etablierten technischen Lösungen im Bereich der Diamant- (Abricht) Werkzeuge weisen spezifische Vor-, aber auch jeweils gravierende Nachteile auf. Ein innovativer Ansatz muss daher diese Eigenschaften gezielt berücksichtigen bzw. vermeiden. Dementsprechend definiert sich das Anforderungsprofil für ein ideales Abrichtwerkzeug folgendermassen: Freischneidendes System, idealerweise im Selbstschärfmodus, analog zu keramischen hochporösen Bindungen Optimierung der Kornhaltekräfte Hervorragende Verschleissbeständigkeit, analog zu metallgebundenen Abrichtwerkzeugen Mehrlagiges System, Vermeidung der geringen Standzeit galvanischer Werkzeuge Eine Synergie dieser positiven Eigenschaften kann mit der Hybridbindung, nachfolgend als hdd (hybrid- Diamond-Dresser [2]) bezeichnet, für Abrichtwerkzeuge erfolgreich realisiert werden. Der resultierende exzellente Kornüberstand wird exemplarisch in Abbildung 1a+b gezeigt. Die Struktur kann dabei analog einem keramisch gebundenen Schleifwerkzeug neben Korngrösse, Kristalltyp und Konzentration zusätzlich in den Freiheitsgraden Härte, Porenvolumen und Porenradienverteilung spezifiziert werden, exemplarisch dargestellt in Abbildung 2. Damit ergibt sich die Möglichkeit einer sehr präzisen Abstimmung auf das ein- Innovation aus dem Schwarz wald: Die neue Abrichtmaschine K 43 C mit eigener Visualisierungssoftware Beim Abrichten und Profilieren von Diamantund CBN-Schleif scheiben ist höchste Präzision gefordert. Profis setzen daher schon lange auf Abrichttechnologie von Kirner. Bei der neuen K 43 C kommt erstmals eine speziell von Kirner entwickelte Visualisierungssoftware KirCam zum Einsatz. In Kombination mit einem hoch auflösenden Kamera- und Monitorsystem lassen sich kleinste Radien bis zu 0,05 mm profilieren und visualisieren. Die K 43 C ist somit die ideale Lösung für Profilscheiben mit bis zu 350 mm Durchmesser. Kirner schleifen punktgenau. Kirner Schleifmaschinen GmbH & Co. KG Gutachstrasse Titisee-Neustadt Telefon: Telefax: info@kirner-schleifmaschinen.de

3 SCHLEIFEN gesetzte Schleifwerkzeug und den Prozess in punkto Qualität am Werkstück und Produktivität des Gesamtprozesses. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG In der vorliegenden Untersuchung wird im Wesentlichen der systematische Vergleich zwischen klassischen Abrichtwerkzeugen in Sintermetallbindung mit der hochinnovativen Hybridbindung beschrieben. Dabei liegt der Fokus auf der Standzeitoptimierung des Schleifwerkzeuges bei gleichzeitig verbesserten technischen Ergebnissen ohne Kompromisse in der Taktzeit eingehen zu müssen. Als Referenzschleifwerkzeug aus dem ersten Teil der Untersuchungen wird die Spezifikation B126 C150 HPB-Vit-CBN auf Basis des CBNKristalltyps AMA von WWSA ausgewählt [3]. Die Tests wurden auf einer vollinstrumentalisierten Werkzeugschleifmaschine im Labor des Superabrasives Process Optimization Center (SPOC) durchgeführt (Abb.3). Die wichtigsten Parameter werden in Tabelle 1 zusammengefasst. SCHLEIF- UND ABRICHTPARAMETER (TAB. 1) Maschine: ANCA RX7* Werkstoff: 100Cr6 Schleifverfahren: Aussenrundeinstechschleifen Werkstoffhärte: 62 HRC Schleifscheibe: B126 C150 HPBVit-CBN Meister Abrasive [4] Werkstückdimension: 127 mm x 6 mm (Scheibe) Schleifscheibendimension: 1A1 200 mm x 19 mm x mm Werkstückgeschwindigkeit: 0.7 m/s Schnittgeschwindigkeit: 80 m/s Kühlschmiermedium: Blaser Swisslube Grindex 10 Syn Grind 5% Lösung Abrichtwerkzeug: hdd-meister Abrasives / Standard-Abrichtwerkzeug in Sintermetallbindung Kühlschmiermitteldüse: Cool-Grind Technologies Abrichtwerkzeugdimension: 125 mm x 2.0 mm Kühlschmiermittelflussrate: 60 L/min Schnittgeschwindigkeit Abrichtwerkzeug, Gleichlauf: 60 m/s Kühlschmiermitteldruck: 24 bar Überdeckungsgrad: 4 Flussrate Reinigungsdüse: 11 L/min Abrichtbetrag (Radial): 3 x µm per Hub Druck Reinigungsdüse: 40 bar WERKZEUGE Für den exemplarischen Vergleich wurden Schleifwerkzeuge in der Spezifikation AMA B126 C150 V* HPB im Detail untersucht. Für die Tests wurde die Geometrie des Schleifwerkzeuges bewusst in Form einer 1A1-Schleifscheibe realisiert. Praktische Anwendungen zeigen deutliche Variationen in der Auslegung in Bezug auf Dimensionen oder auch Doppelbelägen (Abb. 4a+b). Die Abrichtwerkzeuge wurden jeweils in der optimal verfügbaren Spezifikation als Paarung zum Schleifwerkzeug in der Standard-Sintermetallbindung und alternativ einer hdd-struktur (Abb. 5) ausgelegt. 12 Abb.3: ANCA RX7 im Versuchslabor von SPOC

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5 SCHLEIFEN DURCHFÜHRUNG UND ERGEBNISSE Verschleißverhalten Die Messung des Schleifscheibenverschleißes erfolgt nach jedem Werkstück. Das zerspante Werkstückvolumen wird gravimetrisch ermittelt. Dabei werden jeweils ca mm3/mm Material zerspant. Aus diesen Messwerten lässt sich der G-Wert berechnen. Abbildung 6 zeigt den G-Wert als Funktion des Zeitspanvolumens für den Kristalltyp AMA in Abhängigkeit vom eingesetzten Abrichtwerkzeugtyp. Dabei wird der signifikant reduzierte Verschleiß beim Einsatz des hdd- Abrichtwerkzeuges deutlich. Abb. 4a: Segmentierte Auslegung mit einfachem Belag in HPB-Vit-CBN Abb. 4b: Typische Nockenwellenschleifscheibe für einfallende Nocken mit Doppelbelag in HPB-Vit-CBN Abb.5: Auslegung eines hdd-abrichtwerkzeuges mit hochporöser Struktur OBERFLÄCHENGÜTE Die Oberflächenqualität wird jeweils nach dem Schleifprozess ohne zusätzliches Schlichten oder Ausfunken bestimmt. Abbildung 7 stellt die Oberflächenrauhheit Ra als Funktion des Zeitspanvolumens für zwei Kristalltypen in Abhängigkeit vom gewählten Abrichtwerkzeug vor. Die Werkstücke, welche mit einem durch den hdd-abrichter konditionierten Schleifwerkzeuge bearbeitet wurden, weisen hier eine deutlich feinere Oberflächenrauheit Ra auf. Abb.6: G-Wert als Funktion des Zeitspanvolumens Q w in Abhängigkeit vom Abrichtwerkzeug bei identischem Schleifwerkzeug der Spezifikation AMA B126 C150 V* DISKUSSION Nicht nur über die Abrichtparameter, sondern auch über die Struktur des Abrichtwerkzeuges lassen sich Werkstückqualität und Prozesseffizienz beeinflussen. Die hochporösen hdd-strukturen ermöglichen die gezielte Optimierung des Splitterverhaltens der CBN-Kristalle in den HPB-Schleifwerkzeugen und daraus resultierend entsprechende Leistungssteigerungen. Interessant ist dabei, dass einerseits die Standzeit der Schleifwerkzeuge erhöht werden kann, gleichzeitig die Oberflächenqualität verbessert wird und Abb.7: Oberflächengüte Ra als Funktion des Zeitspanvolumens bei Einsatz von hdd- und Standardabrichtwerkzeugen 14

6 trotzdem die Schleifparameter nicht reduziert werden müssen. Der Kornüberstand des Abrichtwerkzeuges und die Vermeidung der Abflachung von Schneidkanten durch Bindungsmaterial dürften hier eine mögliche Erklärung des vorteilhaften Verhaltens sein. Werden diese Erkenntnisse mit dem erweiterten Portfolio der zur Verfügung stehenden CBN-Kristalltypen kombiniert, so ermöglicht dieses in der Praxis Potenzial zu signifikanten Prozessverbesserungen [2]. [1] P. Beyer: Die vdd-technologie für Diamant-Abrichtwerkzeuge in keramischer Bindung, IDR 1 (2005) 32 [ 2] P. Beyer: Die Vorteile verbinden, Werkstatt + Betrieb, 4, 2007 [ 3] P. Beyer, J. van Sant: Tailored Solutions in Vit-CBN Optimierung des G-Wertes als Funktion des CBN-Kristalls, Diamond Business, 1, 2017 [4] P. Beyer: High-production grinding with vitrified bond superabrasives HPB technology for vitrified bond CBN wheels, IDR (2005) Nr. 1, 46 ZUSAMMENFASSUNG Die Auswahl eines geeigneten Abrichtwerkzeuges bietet nicht nur die Möglichkeit, das schleiftechnische Ergebnis am Werkstück zu optimieren, sondern durch eine geeignete Oberflächentopographie am Abrichtwerkzeug das Schneidverhalten des Schleifwerkzeuges massiv zu beeinflussen. Dabei ist manchmal weniger mehr. Im vorgestellten Beispiel konnte gezeigt werden, dass gerade die porösen Strukturen eines Abrichtwerkzeuges zu einer signifikanten Verbesserung des Abrichtprozesses in technischer als auch kommerzieller Hinsicht führen können. Die erstmals 2006 in der Schweiz entwickelten und gefertigten hochporösen Abrichtwerkzeuge ermöglichen damit Leistungssteigerungen, welche so offenbar nur gefüllt mit Swiss Air möglich sind. INFO Autoren: Dr.-Ing. Peter Beyer, Meister Abrasives AG Andreas Planakis, Superabrasives Process Optimization Center (SPOC), a division of Worldwide Superabrasives, LLC VOLLMER auf der EMO Halle 6 / Stand F46 PRÄZISE IMPULSE FÜR IHREN ERFOLG: DIE PREMIERE DER VOLLMER VPulse 500 Mit der VPulse 500 schreibt VOLLMER die Erfolgsgeschichte der QWD-Reihe fort und bringt das Drahterodieren von PKD-Werkzeugen auf ein neues Level. Mit 5 CNC-gesteuerten Achsen und dem bewährten Erodiergenerator Vpulse EDM für höhere Abtragsleistung und Oberflächenqualität. Mit einem fortschrittlichen Bedienkonzept vom Pult bis zur Software. Und mit cleveren Automatisierungsoptionen für den zuverlässigen 24-StundenEinsatz. Ergebnis: ein Maximum an Präzision und Produktivität. Zeit für neue Impulse! 15 VOLLMER WERKE Maschinenfabrik GmbH // Ehinger Straße 34 // Biberach/Riß // Germany info@vollmer-group.com // Tel