Könnte die Umstellung auf Schleifen meinen Herstellungsprozess unterstützen?

Oct 06, 2023

Während die jüngsten Fortschritte bei Bearbeitungszentren eine höhere Leistungsfähigkeit bei Großserienbearbeitungen ermöglicht haben, gibt es mehrere Faktoren, die das Schleifen immer noch erforderlich machen. Schleifen hat gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung viele Vorteile, darunter eine längere Werkzeugstandzeit, feinere Oberflächengüten und die Möglichkeit, schwer zu bearbeitende Materialien (z. B. neue Keramikverbundwerkstoffe und mit Karbid imprägnierte Metalllegierungen) effektiver zu entfernen. Welche Vorteile bietet die neue Schleiftechnologie gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung? Und was ist bei der Umstellung aktueller Zerspanungsanwendungen auf Schleifen zu beachten? Weiter lesen.

Herkömmlicherweise ist die maschinelle Bearbeitung ein sehr effizienter Prozess, bei dem Material schnell entfernt werden kann. Bedingt durch relativ große Schnittflächen und große Spangrößen ist das Ausmaß der Reibungswechselwirkungen (Reiben und Pflügen) zwischen Werkzeug und Werkstück im Vergleich zum Schleifen minimal; Dies reduziert den Bedarf an komplexen Kühlmittelsystemen. Die große Spangröße kann sich jedoch nachteilig auf die endgültige Oberflächenrauheit des Teils auswirken und erfordert oft einen anschließenden Schleifprozess, um feine Oberflächen zu erzeugen. Jüngste Fortschritte bei der Schleifkorn- und Bindungschemie sowie bei Maschinen- und Kühlmitteldüsentechnologien haben es Schleifanwendungen ermöglicht, mithalten zu können und bei neuen und schwer zu bearbeitenden Legierungen sogar den Materialabtrag bei der Bearbeitung zu übertreffen. Dies, gepaart mit dem zusätzlichen Vorteil, dass auf derselben Maschinenplattform Schrupp- und Schlichtschleifarbeiten möglich sind, hat sich zu einer kostengünstigen Fertigungsmethode entwickelt.

Die Vorteile des Schleifens ergeben sich aus Hunderten von Schneidpunkten auf einer typischen Schleifscheibe (gegenüber einigen wenigen auf einer typischen Fräse oder Drehmaschine). Durch die vielen Schneidpunkte entstehen tendenziell kleinere Späne, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit verbessert und eine Druckeigenspannung auf die Oberfläche des Teils ausgeübt wird. Darüber hinaus ermöglicht die große Erhöhung der Anzahl der Schneidpunkte einen verteilteren und gleichmäßigeren Verschleiß entlang der Schleifscheibe, was zu einer längeren Lebensdauer der Scheibe und weniger Werkzeugwechseln führt. Eine typische Schleifscheibe verwendet harte Keramik- oder Superschleifkörner, die deutlich härter sind als viele der auf dem Markt erhältlichen Bearbeitungswerkzeuge (obwohl Keramikwerkzeuge dem nahe kommen).

Bei der Überlegung, ob eine bestehende Bearbeitungs- oder Drehanwendung stattdessen durch Schleifen durchgeführt werden kann, sollte der erste Schritt im Prozess darin bestehen, die Prozessbeschränkungen, Schwachstellen und Materialien zu bewerten.

Zu den häufigsten Problemen, die sich für eine Schleiflösung eignen, gehören:

Bei neuen Prozessen bietet die Auswahl einer Schleifplattform mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Bearbeitungsplattformen, darunter eine höhere Steifigkeit, Abrichtfähigkeiten und Präzisionskühlmittelsysteme. Wenn Sie jedoch einen bestehenden Prozess mit Bearbeitungsmaschinen nachrüsten möchten, können Sie dies oft mit einigen Kühlmittelmodifikationen und galvanisch beschichteten Schleifscheiben erreichen, die zur Beibehaltung ihrer Form kein Abrichten erfordern. Die in diesen Situationen erforderliche Nachrüstung bezieht sich in erster Linie auf die Umstellung des Kühlmittelsystems auf Schleiföl, das typischerweise für eine Vielzahl von Bedingungen optimiert ist, wie z. B. höhere Flammpunkte, geringe Schaumbildung und Umwelt-/Reinigungsfaktoren. Die größte Änderung bei der Nachrüstung eines bestehenden Prozesses besteht darin, eine angemessene Geschwindigkeit sicherzustellen, die der Radgeschwindigkeit entspricht. Im Vergleich zur Neuanschaffung von Maschinen handelt es sich hierbei um relativ kostengünstige Maßnahmen zur Umstellung bestehender Bearbeitungsprozesse auf Schleifen.

Zu den Vorteilen von galvanisch beschichteten Rädern in diesen Anwendungen gehört die Fähigkeit, nahezu jede Form zu plattieren, einschließlich Bohrer, Fräser, Räder und Pinolen, und die Fähigkeit, feine Toleranzen (in manchen Fällen bis zu 0,0004 Zoll) einzuhalten, wenn kritische Merkmale erzeugt werden müssen .

Es gibt viele Beispiele dafür, wie Kunden diese Maschine an das Mahlkonzept angepasst haben, um allgemeine Prozessverbesserungen und Kosteneinsparungen zu erzielen. In einem Beispiel drehte ein Energieunternehmen Doppellagerringe für eine Turbine aus Keramik. Die Herausforderung bestand darin, sicherzustellen, dass die Rennen nach dem Härten auf 65RHC identisch waren. Aufgrund der Abnutzung der Keramikeinsätze während des Drehens war eine erhebliche Nacharbeit an den Teilen erforderlich, um die Laufflächen aufeinander abzustimmen. Die Lösung bestand darin, eine galvanisierte Schleifscheibe einzusetzen, die beide gehärteten Laufringe gleichzeitig schleifen konnte. Da die Schleifscheibe mit cBN-Schleifmitteln ausgestattet war und einen sehr geringen und gleichmäßigen Verschleiß aufwies, entfiel die Nacharbeit. Dadurch konnte die Gesamtzykluszeit pro Teil von 30 Minuten auf 11 Minuten verkürzt werden, wodurch das Unternehmen jährlich mehr als 80.000 US-Dollar einsparte.

Ein weiteres Beispiel ist das Schleifen von Zahnrädern aus dem Vollen. Es ist üblich, Zahnräder im erweichten Zustand zu fräsen oder zu wälzen, dann zu härten und die endgültige Oberfläche zu schleifen. Einige haben den Ansatz übernommen, die Zahnräder zunächst zu härten und dann auf einer einzigen Schleifmaschine mit Hochleistungsschleifscheiben wie Norton Xtrimium oder Quantum vor- und fertig zu schleifen. Ein Kunde konnte durch den Einsatz dieser Technik die Zykluszeit halbieren.

Nicht alle Kunden werden in der Lage sein, Geräte zu modifizieren oder neue zu kaufen, um zu testen, ob Schleifen eine gute Lösung gegenüber maschineller Bearbeitung ist. In einem Fall nutzte ein Kunde einen Bearbeitungsprozess auf einem einfachen 3-Achsen-Bearbeitungszentrum. Beim Betrieb kleiner Kugelmühlen mit Merkmalen mit engen Toleranzen hatten sie Probleme mit Materialrissen. Der Ansatz, den sie wählten, bestand darin, galvanisierte Pinolen in der gleichen Größe und Form wie die Kugelmühlen zu bestellen, um sie für die Endbearbeitung zu verwenden. Dadurch wurde das Zerreißen des Materials (aufgrund der kleineren Chipgröße) vermieden und es waren keine Änderungen an der vorhandenen Ausrüstung für die Implementierung erforderlich. Obwohl die Mahlwerkzeuge einen höheren Preis haben als die Kugelmühlenwerkzeuge, wurde dies durch die erhebliche Kostenersparnis bei der Nacharbeitszeit durch den Wegfall der Ausrisse im Material gerechtfertigt.

Viele Hochleistungsindustrien, darunter auch die Luft- und Raumfahrtindustrie, haben enorme Investitionen in Schleifzellen der nächsten Generation getätigt, um die Möglichkeiten des Schleifens und Bearbeitens für die Optimierung von Prozessen zu nutzen. Für Kunden mit Kleinserienfertigung und Massenproduktion kann der Einsatz der neuesten Hochleistungs-Schleifmaschinenplattformen und Scheibentechnologie erhebliche Verbesserungen im Vergleich zur Bearbeitung bringen. Aber für viele kleinere Unternehmen sind die Kosten für diese Zellen möglicherweise nicht gerechtfertigt, insbesondere für Einrichtungen mit hohem Mix und geringem Volumen. In diesen Fällen kann die Umstellung eines bestehenden Bearbeitungsprozesses auf Schleifen mit galvanisierten Werkzeugen erhebliche Vorteile hinsichtlich der Zykluszeit, niedrigeren Gesamtkosten pro Teil, einer verbesserten Werkzeuglebensdauer und einer gleichbleibenden Teilequalität haben.

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