Höhere Produktivität mit Metallbindung – doch wie abrichten?

Abrichttechnologie WireDress eröffnet völlig neue Möglichkeiten beim Schleifen mit metallgebundenen Schleifscheiben

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Metallgebundene Schleifscheiben punkten besonders beim Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe wie hochlegierte, gehärtete Stähle, Hartmetalle, sowie Keramiken. Derartige Scheiben sind besonders form- und temperaturbeständig und leiten die beim Schleifen entstehende Wärme schneller ab. Die Schleifscheiben bestehen aus einer gesinterten metallischen Matrix mit eingebetteten Diamant- oder CBN-Körnern (CBN = Kubisch Kristallines Bornitrid). Sie erzielen besonders hohe Zerspanungsleistungen, weil die Metallbindung die Schleifkörner sehr gut festhält.


Besonders effektiv: elektroerosives Abrichten

Abrichteinheit von STUDER
Beispiel einer MD25 Schleifscheibe Ø400 mm, komplexes Profil mit WireDress abgerichtet

Den Vorteilen der Metallbindung stehen jedoch auch Nachteile gegenüber, denn das Abrichten dieser Scheiben ist mit höherem Aufwand verbunden. Abrichten mit Siliziumcarbid Scheiben zum Beispiel erzielen oft keine zufriedenstellenden Ergebnisse, feingliedrige Profile sind nicht möglich. Zudem lassen sich die Schleifkörner mechanisch nur schwer aus der metallische Matrix herauslösen und werden dabei mitunter beschädigt. Ausserdem arbeitet es nicht jene hohen Kornüberstände heraus, wie sie zum Erreichen der vollen Leistungsfähigkeit derartiger Schleifscheiben optimal wären. Die extrem harten Schleifkörner metallgebundener Schleifscheiben führen auch zu einer starken Abnützung der Abrichtscheiben, was gewisse Einschränkungen bei der geometrischen Präzision mit sich bringt.

Alternativen sieht die Fachwelt zum Beispiel in elektrochemischen (ECM) und elektroerosiven (EDM) Abrichtverfahren. Beide arbeiten hohe Kornüberstände heraus und funktionieren berührungslos. Elektroerosive Abrichtverfahren benötigen jedoch keine chemisch aktive Flüssigkeit zum Abtragen der metallischen Bindung.

Elektroerosive Abrichtverfahren nutzen das Grundprinzip von EDM Funkenerodiermaschinen (EDM = electrical discharge machining), die schon seit vielen Jahren für Präzisionsbearbeitungen eingesetzt werden. Ebenso wie bei diesen erfolgt der Materialabtrag berührungslos durch extrem kurze, schnell auf einander folgende Gleichstrompulse, die im Spalt zwischen Elektrode und Werkstück im Dielektrikum eine Entladung erzeugen. Während der Entladung werden winzige Bereiche der Metallbindung der Schleifscheibe geschmolzen und als kleine Partikel vom Dielektrikum aus dem Spalt gespült.

Mitunter werden zum Abrichten metallgebundener Schleifscheiben externe Abrichtmaschinen eingesetzt. Die Schleifscheiben müssen also aus der Schleifmaschine demontiert, zur Abrichtmaschine transportiert und nach dem Rücktransport wieder auf der Schleifmaschine montiert und eingerichtet werden. Damit µ-Präzision zu erreichen, ist schwer möglich. Zudem lässt der Handling- und Logistikaufwand mit seinen Zeit- und Kostennachteilen maschinenintegrierte Abrichtsysteme sehr vorteilhaft erscheinen.

Integriertes Abrichten durch Drahterosion

Mit STUDER-WireDress bringt die Fritz Studer AG ein völlig neuartiges, mit dem Prinzip der Drahterosion arbeitendes Abrichtgerät auf den Markt, das in die Schleifmaschine und deren Steuerung vollständig integriert ist. Die Schleifscheibe muss also zum Abrichten nie demontiert werden. Durch den hohen Kornfreistand ist die Scheibe sehr schnittig. Dadurch gelangt viel mehr Schleiföl in den Schleifspalt, wodurch ein hoher Vorschub bei geringerer Werkstückabdrängung möglich ist. Die Abrichtintervalle können länger sein. Da jedoch der Abrichtprozess so wenig Aufwand verursacht, kann bei besonders komplexen Konturen auch in kürzeren Abständen abgerichtet werden. Da der Anwender die Vorteile metallgebundener Schleifscheiben nun beim Schruppen und Schlichten voll ausnutzen kann, amortisiert sich das STUDER-WireDress – Abrichtsystem in weniger als einem Jahr.

WireDress-Technologie erlaubt freie Geometrien und fein gegliederte
Konturen mit Innenradien von 0,05 mm und Aussenradien von 0,2 mm
Kornfreistand D126 nach dem Abrichten mit  STUDER-WireDress

Das Abrichtgerät ist vom Prinzip her eine kleine Drahterodiermaschine. Die Elektrode ist ein Draht, der mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 Millimetern pro Sekunde mit einem kleinen Spalt tangential an der Bearbeitungsstelle vorbei gezogen wird. Der Gegenpol ist die Schleifscheibe, die sich während des Abrichtens mit Umfangsgeschwindigkeiten von 50 bis 140 Metern pro Sekunde bewegt. Es ist kein eigenes Dielektrikum erforderlich, denn das beim Schleifen eingesetzte Schleiföl erfüllt diese Funktion. Der Abrichtdraht wird in einer Rille am Umfang einer dünnen kreisförmigen Keramikscheibe geführt. An der Stelle, wo die Funken zwischen dem Draht und der Schleifscheibe überspringen, besitzt die Keramikscheibe eine Aussparung.

Beim Abrichten einer typischen Metallbindung können Vorschübe von 15 bis 25 mm/min erreicht werden. Auf diese Weise werden auf der Schleifscheibe weitgehend freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,2 Millimetern und Aussenradien von 0,05 Millimetern erzeugt. Dabei werden Abtragsraten von bis zu 80 mm3/min erreicht. Das Korn behält bei diesem berührungslosen Abrichtverfahren seine ur-sprüngliche Form.

Kein Verschleiss am Abrichtwerkzeug

Da der Draht während des Abrichtprozesses kontinuierlich weiterbewegt wird, befindet sich immer eine Elektrode mit exakter Geometrie an der Abrichtposition.

Auf der Drahtrolle in der Abrichteinheit befinden sich zehn Kilometer Draht; mit diesem Vorrat könnte ca. 16 Stunden lang ohne Pause abgerichtet werden. Der verbrauchte Draht wird unmittelbar nach dem Abrichtprozess in kurze Stücke geschnitten und in einem Behälter gesammelt. Die Keramik-Führungsscheibe, über welche der Elektrodendraht läuft, ist sehr widerstandsfähig und verschleisst erst nach mehreren hundert Stunden. Sie besitzt an ihrem Umfang drei der vorher erwähnten Aussparungen, bei Bedarf wird sie einfach um eine Drittelteilung weitergedreht und schon ist wieder eine intakte Drahtführung vorhanden.

Steuerung in Schleifmaschinensteuerung integriert

Die Steuerung von STUDER-WireDress ist in die Steuerung der Schleifmaschine integriert. Sie hat alle erforderlichen Abrichtfunktionalitäten und enthält auch eine Software für intelligentes Profilieren mit Bahnoptimierung (StuderDress integrated). Der Schleifer benötigt für die Bedienung des Abrichtgerätes keine spezielle Ausbildung, er wird von den übersichtlichen und transparenten Vorgaben auf dem Bildschirm der Steuerung geführt.

Die Neuentwicklung erbringt zudem erhebliche Energieeinsparungen im Rahmen der Blue Competence-Massnahmen bei STUDER: während des Abrichtens benötigt sie nur etwa 500 Watt, während der Standby-Phasen nur 25 Watt. Zum Vergleich: rotierendes Abrichten mit Diamatscheiben verbraucht 1,5 Kilowatt; dabei beträgt der Energieaufwand für die Bereitstellung der Sperrluft, die permanent erforderlich ist 1 Kilowatt.

Die Entwicklung der WireDress-Technologie von der Grundlagenforschung über die Erprobung bis zum Industrieprodukt in 7 Jahren, wurde auch auf der S22 durchgeführt. Dies ist eine Produktions-Plattform für die Massenfertigung von Werkstücken mittlerer Grösse. Sie ermöglicht Bearbeitungen wie Rundschleifen, Formen- und Gewindeschleifen, Heavy-Duty-Anwendungen mit 160 mm breiten Schleifscheiben oder Hochgeschwindigkeitsschleifen (HSG) mit Schnittgeschwindigkeiten bis 140 m/s. STUDER-WireDress wird auch auf den CNC-Universal-Rundschleifmaschinen S31 und S41 angeboten.

Im Technologiezentrum der Fritz Studer AG werden alle Neuentwicklungen Tests unter harten Produktionsbedingungen unterzogen, oft sogar über mehrere Jahre. Verbesserungen und Optimierungen, die sich aus dem Praxiseinsatz ergeben, werden noch in dieser Phase an den Neuentwicklungen umgesetzt. Sogenannte "Kinderkrankheiten" sind danach ausgemerzt, sodass dem Kunden bei Markteinführung ausgereifte, sofort voll einsatzfähige Maschinen zur Verfügung stehen.

Kontakt:

www.studer.com