Fortschritt-Berichte VDI Reihe 2 Fertigungstechnik Dipl.-Ing. Dietmar Walter Kramer, Zürich Nr. 505 ECD-Schleifen Neue Möglichkeit in der schleiftechnischen Bearbeitung von Wendeschneidplatten aus modernen Schneidwerkstoffen mit elektrochemisch in-prozess geregeltem Schärfen
VI Inhalt Einleitung 1.1 1.2 Problemstellung Zielsetzung der Arbeit 1 2 2 Stand der Technik 2.1 2.1.1 2..2 2.. 2...1 2...2 2... 2...4 2...5 2.1.4 2.1.4.1 2.1.4.2 2.1.4. 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2. 2.2.4 2. 2..1 2..2 2.. Umfangschleifen von Wendeschneidplatten Verfahrensbeschreibung Wendeplatten-Umfang-Schleifmaschine Schleifscheibe Schleifmittel Korngrösse und Konzentration Bindung ^ Grundkörper Abmessung und Form der Schleifscheibe Kühlschmiersystem Kühlschmiermittel Zuführsystem Reinigungssystem Konditioniersystem und -Strategie In-Prozess Schärfetechnologie In-Prozess-Schärfen mit losem Korn In-Prozess-Schärfen mit gebundenem Korn In-Prozess-Schärfen durch elektroerosiven Abtrag der Bindung In-Prozess-Schärfen durch elektrochemische Auflösung der Bindung Moderne Schneidwerkstoffe Cermet Polykristallines kubisches Bornitrid (PKB) Polykristalliner Diamant (PKD) 5 6 7 8 8 11 1 1 14 14 15 16 18 22 24 25 25 27 0 1 7 9 Ouer-Seiten-Schleiforozess für das Wendeplattenumfaneschleifen 41.1 Ausgangslage 41.2 Modell des Quer-Seiten-Schleifprozesses 41. Eingangsgrössen des Quer-Seiten-Schleifprozesses 4.4 Prozessgrössen des Quer : Seiten-Schleifprozesses ' 4.4.1 Normalkraft F 45.4.2 Tangentialkraft F, 46.4. Normal- Tangentialkraftverhältnis (k-wert) 48.4.4 Verlauf und Analyse der Normal-, Tangentialkraft und des k-wertes 49.4.5 Schärfezustand der Schleifscheibe 52.4.6 Schleifverhältnis (G-Wert) 55.4.7 Zeitspanvolumen Q w ', Q wr 55
.5 Erfassung und Auswertung der Kenngrössen des Quer-Seiten- Schleifprozessergebnisses 56.5.1 Wirtschaftliche Kenngrössen 56.5.1.1 Prozesszeit t p 56.5.1.2 Produktivität 57.5.1. Bezogene Schleifkosten k s 57.5.2 Qualitative Kenngrössen 58.5.2.1 Mass-und Formgenauigkeit 59.5.2.2 Oberflächenqualität 60.5.2. Kantenqualität 60 vn 4 Konventionelles Wendeplattenumfangschleifen moderner Schneidwerkstoffe 6 4.1 Ausgangslage 6 4.2 Konditionieren konventioneller Schleifscheiben 6 4. Schleifprozesskräfte 68 4..1 Schleifprozesskräfte am einzelnen Schleifkorn 69 4..2 Schleifprozesskräfte am System Schleifmaschine-Schleifscheibe-Werkstück 70 4.. Mass- und Formfehler auf Grund der Schleifprozesskräfte 7 4.4 Kühlschmierung 78 4.5 Gestörter Selbstschärfeeffekt 80 4.6 Abrichtintervall 81 4.7 Schnittgeschwindigkeit 82 4.8 Ausfunkzyklus 8 4.9 Oszillation 84 4.10 Zusammenfassung der Optimierungsstrategien 86 4.10.1 Abrichtparameter 87 4.10.2 Schleifscheibenspezifikation 88 4.10. Maschineneinstellparameter 88 5 Entwicklung der ECD-Technologie.90 5.1 Grundprinzip der ECD-Technologie 90 5.2 Elektrische und elektrochemische Grundlagen des ECD-Prozesses 91 5.2.1 Elektrochemisches Grundprinzip des ECD-Prozesses 91 5.2.2 Elektrisches Ersatzschaltbild des ECD-Prozesses 95 5. Modell und Teilprozesse der ECD-Technologie. ' 97 5.4 Elektrochemischer Schärfeprozess 98 5.4.1 Grundsatzversuche der elektrochemischen Metallauflösung in der Durchflusszelle 99 5.4.1.1 Analyse der elektrochemischen Auflösungsgeschwindigkeit für verschiedene Kühlschmiermittelkonzepte 100 5.4.1.2 Analyse der Auflösungsart des elektrochemischen Prozesses 101 5.4.2 Elektrochemisches Auflösungsmodell der Metallbindung 10 5.4. Praktisch aufgelöste Masse der metallischen Schleifscheiben-bindung 114 5.4.4 Theoretische aufgelöste Masse der metallischen Schleifscheibenbindung. 117 5.4.5 Stromausbeute, Abriebfaktor, Zusetzungsfaktor, limitierende Faktoren, elektrochemischer Auflösungsfaktor 120 5.4.6 Makro- und mikrogeometrisches Modell für das elektrochemische Vor- Pozess-Schärfen 12
vm 5.4.7 Makro- und mikrogeometrisches Modell für das elektrochemisch in- Prozess geregelte Schärfen des ECD-Schleifprozesses 125 5.5 Prozessüberwachung und-regelung 127 5.6 Komponenten der ECD-Technologie 14 5.6.1 Applikation der Komponenten an die Wendeplatten-Umfangschleifmaschine AGATHON 250 PA-CNC ULTRA 14 5.6.2 Wendeplatten-Umfangschleifmaschine 15 5.6.2.1 Stromzuführungssystem zur rotierenden Schleifscheibe (Anode) 16 5.6.2.2 Halterung der Kupferelektrode (Kathode) - Zustellachse, Kathodenabstandsregelung 17 5.6.2. Kathode - Form, Abmessung, Material 19 5.6.2.4 Kühlschmiermittelzuführung in den Elektrodenspalt 141 5.6. Schleifscheibe 14 5.6.4 Zusammensetzung und Aufbereitung des Kühlschmiermittels 145 5.6.5 Stromquelle 146 5.7 Ergebnis des elektrochemischen Schärfeverfahrens 147 5.7.1 Schärfeergebnis des elektrochemischen Schärfeverfahrens - Topographie, Abbotkurve, Tiefenverteilung 147 5.7.2 Gegenüberstellung der Kenngrössen der Schärfeergebnisse von elektrochemischgeschärften und konventionell abgerichteten Schleifscheiben 150 5.8 Zusammenfassung 151 6 Schleifversuche für den Ouer-Seiten-Schleifprozess moderner Schneidwerkstoffe 152 6.1 Cermet - Schleifversuche - 152 6.1.1 Konventioneller Schleifprozess von Cermet 15 6.1.2 ECD - Schleifprozess von Cermet 158 6.1. Vergleich der Ergebnisse des konventionellen und des ECD - Schleifprozesses von Cermet 16 6.2 PKB (Polykristallines kubisches Bornitrid) - Schleifversuche 165 6.2.1 Konventioneller Schleifprozess von PKB 166 6.2.2 ECD-Schleifprozess von PKB 169 6.2. Vergleich der Ergebnisse des konventionellen und des ECD - Schleifprozesses von PKB 17 6. PKD (Polykristalliner Diamant) - Schleifversuche 176 6..1 Konventioneller Schleifprozess von PKD 176 6..2 ECD-Schleifprozess von PKD 180 6.. Vergleich der Ergebnisse des konventionellen und des ECD-Schleifprozesses von PKD 184 6.4 Zusammenfassung der Schleifversuche 187 7 Zusammenfassung und Ausblick 188 7.1 Potential der ECD-Technologie zur Bearbeitung von Schneidwerkstoffen 191 7.2 Möglichkeiten der Adaptierung der ECD-Technologie an verschiedene Schleifverfahren 191
8 Anhang 192 A Schleifversuche - Cermet TCM 10 192 A 1 Cermetsorte 192 A2 Testgeometrie - Form, Abmessung 192 A CNC-Programm und Reihenfolge der Schleifoperationen 19 A4 Wirtschaftliche Kenngrössen 196 A4.1 Berechnung des zerspanten Werkstückvolumens V w 196 A 4.2 Berechnung der Schnittzeit tc und der Prozesszeit t p 197 A 5 Qualitative Kenngrössen 199 A 6 Ergebnisse der Schleifversuche 200 B Schleifversuche - PKB BZN 7000-S 202 B 1 PKB-Sorte 202 B 2 Testgeometrie - Form, Abmessung 202 B CNC-Programm und Reihenfolge der Schleifoperationen 20 B 4 Wirtschaftliche Kenngrössen 204 B4.1 Berechnung des zerspanten Werkstückvolumens V w 204 B 4.2 Berechnung der Schnittzeit t c und der Prozesszeit t p 205 B 5 Qualitative Kenngrössen 206 B 6 Ergebnisse der Schleifversuche 207 C Schleifversuche - PKD TDC-S 80 209 C 1 PKD-Sorte 209 C 2 Testgeometrie - Form, Abmessung 209 C CNC-Programm und Reihenfolge der Schleifoperationen 210 C 4 Wirtschaftliche Kenngrössen 211 C4.1 Berechnung des zerspanten Werkstückvolumens V w 211 C 4.2 Berechnung der SchnittzeiMc und der Prozesszeit t p 212 C5 Qualitative Kenngrössen 21 C6 Ergebnisse 214 D Kunstharz-und keramischgebundene Schleifscheiben 216 D 1 D46 C100 B55 - Kunstharzbindung 216 D 2 SD400 C100 - Keramikbindung 218 D SD800 C100 - Keramikbindung 220 E Metallgebundene Schleifscheiben 222 El D46C100LE885-Metallbindung 222 E 1.1 Abrichtparameter, Abrichtergebnis - Abbotkurve, Tiefenverteilung, Schleifscheibentopographie 222 E 1.2 Schärfeparameter, Schärfeergebnis - Abbotkurve, Tiefenverteilung, Schleifscheibentopographie 224 E 2 MD20 C100 LE885 - Metallbindung 226 E 2.1 Abrichtparameter, Abrichtergebnis - Abbotkurve, Tiefenverteilung, Schleifscheibentopographie 226 E 2.2 Schärfeparameter, Schärfeergebnis - Abbotkurve, Tiefenverteilung, Schleifscheibentopographie 228 9 Literatur 20 K