Erzielung der Rentabilität durch gut gewartete Schneidwerkzeuge

Wie bei jeder Arbeit gibt es für jeden Job das richtige Werkzeug. In der Fertigung hängt eine erfolgreiche Zerspanung von scharfen, gut gewarteten Schneidwerkzeugen ab, die nicht nur Präzision, sondern auch Geschwindigkeit gewährleisten. Das erfolgreiche Schärfen von Schneidwerkzeugen hängt von der Verwendung der richtigen Schleifscheibe, Werkzeugeinrichtung und Schleifmethode für jeden Werkzeugtyp ab. Dieser Artikel enthält einige grundlegende, aber wertvolle Informationen zum Schärfen von Schneidwerkzeugen. Der Prozess ist darauf ausgelegt, den Fertigungsfluss so effizient wie möglich zu halten und eine bessere Wettbewerbsfähigkeit auf nationaler und sogar globaler Ebene zu gewährleisten.

Die gebräuchlichste Methode zum Schärfen eines abgenutzten Werkzeugs ist das „Schleifen“. Dabei kommen sowohl konventionelle (Aluminiumoxid und Siliziumkarbid) als auch superabrasive (kubisches Bornitrid, CBN) Schleifscheiben zum Einsatz. Herkömmliche Schleifscheiben stumpfen jedoch schneller ab, werden glasiert und poliert, wodurch die Schleifproduktivität verringert wird und das zu schleifende Werkzeug thermisch/metallurgisch beschädigt wird. Bei der Auswahl einer Schleifscheibe und den Kosten der Verbesserung im Vergleich zum Effekt auf das Endergebnis sind hier einige wichtige Faktoren, die CBN-Schleifscheiben zu einer besseren Wahl als herkömmliche Schleifscheiben zum Schärfen von Schneidwerkzeugen machen:

CBN-Körner haben eine 55-mal höhere Wärmeleitfähigkeit, eine viermal höhere Abriebfestigkeit und eine doppelte Härte von Aluminiumoxid-Schleifmitteln. Diese Kombination macht CBN-Scheiben besonders gut für das Schleifen von Werkzeugen aus schnelllaufendem und superlegiertem Stahl geeignet und bietet:

• lange Scheibenlebensdauer bei hohen Abtragsraten;
• wenig oder keine thermische Beschädigung der Schneidkante durch die kühle Schneidwirkung;
• konstant scharfe, gratfreie Schneidkanten ohne Härteverlust;
• einfache und effektivere Kontrolle über Werkzeuggrößen, -formen und -oberflächen; und,
• Erhöhte Produktivität beim Werkzeugschleifen durch weniger Ausfallzeiten aufgrund von Scheibenausfall und Konditionierung und weniger Zeitaufwand für das Messen, Ausfunken und Scheibenwechsel.

CBN-Körner reagieren chemisch nicht mit Stählen und behalten ihre Festigkeit über 10.000 Grad Celsius. Das Schleifen mit CBN-Scheiben verbessert auch die Dauerfestigkeit und verlängert die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs.

Bevor jedoch eine Korundscheibe durch eine CBN-Schleifscheibe ersetzt wird, muss sichergestellt werden, dass das Schleifsystem das Produktivitätspotenzial einer CBN-Scheibe ausschöpfen kann. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren sind:

• die Schleifmaschine (die über enge Spindellager und eng anliegende Schlitten verfügen muss, um Vibrationen und Rattern zu vermeiden, konstante Spindeldrehzahl zur Steigerung der Effizienz und zuverlässige Vorschübe zur Erhaltung der Schleifscheibenlebensdauer);
• PS-Anforderungen (mit CBN-Rädern geschliffenes Material ist normalerweise hart und erfordert mehr PS, um eine bestimmte Materialmenge vom Werkstück zu entfernen); und,
• der richtige Umgang mit Kühlmittel.

Radauswahl

Bei der Auswahl einer CBN-Scheibe für Werkzeug- und Fräserschleifoperationen sind folgende Punkte zu beachten:

Anleihetyp: Die Bindung ist ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl der richtigen CBN-Schleifscheibe. Kunstharzgebundene Schleifscheiben werden für die meisten Werkzeug- und Fräserschleifarbeiten verwendet. Beim Formschleifen werden galvanische Schleifscheiben verwendet.

Korngröße: Beim Ersetzen einer Aluminiumoxidscheibe durch eine CBN-Scheibe ist es ratsam, die in der folgenden Tabelle aufgeführten Empfehlungen bezüglich der Körnung zu befolgen.

VERGLEICHENDE KORNGRÖSSEN Aluminiumoxid-Räder CBN-Räder 46-60 80-140 80-120 170-325 150-220 325-400

Konzentration: Es werden Scheiben mit Konzentrationen von 75 bis 100 empfohlen, da sie gute Abtragsraten und eine lange Scheibenlebensdauer bieten und in der Regel am kostengünstigsten sind.

Faktoren wie Schleifverfahren, Schleifmodus und die verwendeten Geschwindigkeiten und Vorschübe beeinflussen auch die Effizienz eines Werkzeug- und Fräserschleifvorgangs. Zum Beispiel kann das Mahlverfahren entweder nass oder trocken sein, und beide können mit Erfolg verwendet werden. Bewährt hat sich der Trockenschliff mit einer kunstharzgebundenen CBN-Scheibe. Niedrige Vorschubgeschwindigkeiten werden empfohlen, um ein Verbrennen des Werkstücks beim Trockenschleifen zu vermeiden. Das Nassschleifen mit reinem Öl oder einem wasserlöslichen Hochleistungsöl ist sehr effektiv. Es ist wichtig, dass die Schneidflüssigkeit direkt auf die Arbeitsrad-Schnittstelle aufgetragen wird, um eine maximale Kühlung und Schmierung zu erzielen.

Was den Schleifmodus anbelangt, wird bei ausreichender Leistung und Steifigkeit der Schleifmaschine das Tiefschleifen in einem Durchgang empfohlen. Im Allgemeinen führt diese Schleifart zu höchster Produktivität, längster Scheibenstandzeit und bestem Werkstückfinish. Konventionelles Mehrdurchgangsschleifen ist auch für die meisten Werkzeug- und Fräserschleifoperationen sehr effektiv. Die empfohlenen Scheibengeschwindigkeiten beim Trockenschleifen liegen im Bereich von 3.000 bis 4.500 Fuß pro Minute (15 bis 23 Meter pro Sekunde). Die höheren Scheibengeschwindigkeiten können zum Verbrennen der Werkzeugschneiden führen. Beim Nassschliff liefern Scheibengeschwindigkeiten im Bereich von 5.000 bis 6.500 SFPM (25 bis 33 m/s) hervorragende Ergebnisse. Im Allgemeinen verbessern die höheren Geschwindigkeiten sowohl die Laufradlebensdauer als auch die Metallentfernungsraten.

Wegen der kühlen Freischnitteigenschaften von CBN-Schleifscheiben sollte der Vorschub konstant gehalten werden. Verwenden Sie nach Möglichkeit den Einzeldurchlauf-Schleifmodus mit Tiefgang. Beim Trockenschliff niedrigere Vorschubgeschwindigkeiten verwenden. Schruppschnitte sollten etwa 0,002 Zoll (0,05 mm) tief sein, während Schlichtschnitte normalerweise 0,005 bis 0,001 Zoll (0,01 bis 0,02 mm) tief sind. Bei der Verwendung von CBN-Scheiben sind keine Ausfeuerungsdurchgänge erforderlich, denn wenn die Schleifmaschine in gutem Zustand ist, wird die eingestellte Schnitttiefe vom zu schleifenden Werkzeug entfernt.

Für einen erfolgreichen Schleifvorgang sollten CBN-Scheiben auf einem hochwertigen Adapter montiert und über die Lebensdauer der Scheibe als Einheit zusammengehalten werden. Eine Messuhr sollte verwendet werden, um das Rad auf eine Genauigkeit von 0,001 Zoll (0,02 Millimeter) oder weniger auf der Radstirnseite auszurichten. Außerdem sollte für einen bestimmten CBN-Scheibentyp eine geeignete Abrichtvorrichtung verwendet werden, und die Scheibe sollte auf der Maschine, auf der sie verwendet wird, zentriert und richtig abgerichtet werden.

In den letzten Jahren wurden bei Werkzeugschleifmaschinen neue Entwicklungen gemacht, die Automatisierung mit Flexibilität vereinen und mehr Präzision und Produktivität versprechen. Der Einsatz von CBN-Schleifscheiben zum Schleifen von Schaftfräsern, Fräsern, Wälzfräsern und einer Vielzahl von gehärteten Schneidwerkzeugen kann die Schleifkosten senken und gleichzeitig qualitativ hochwertigere Schneidkanten erzeugen. Da CBN-Scheiben viel länger halten als herkömmliche Schleifscheiben und wenig oder keine Aufbereitung erfordern, gibt es weniger Ausfallzeiten für die Scheibenwartung. P>

Über den Autor:

Dr. Anil Srivastava ist Manager der Fertigungstechnologie bei TechSolve in Cincinnati. Er verfügt über mehr als 30 Jahre Forschung, Lehre und Erfahrung in der Fertigung, insbesondere in den Bereichen Zerspanen und Schleifen. Dr. Srivastava erhielt seinen Ph.D. Studium des Maschinenbaus am Indian Institute of Technology in Kanpur, Indien. Er hat zahlreiche Industrieprojekte geleitet, die sich auf die Optimierung des Bearbeitungsprozesses, die wirtschaftliche Bearbeitung von Materialien, die Bewertung der Leistung von Schneidwerkzeugen/Beschichtungen und Metallbearbeitungsflüssigkeiten bezogen. Derzeit leitet er ein von NIST-ATP vergebenes, dreijähriges Projekt in Höhe von 6 Millionen US-Dollar zur Entwicklung intelligenter Optimierung und Steuerung von Schleifprozessen.