Wie Hartdrehen Schleifzeit reduziert und Präzision erhöht

Für bestimmte Anwendungen kann Hartdrehen Toleranzen und Oberflächengüten liefern, die Schleifen überflüssig machen. Für extrem eng tolerierte Jobs kann Hartdrehen auch als effektive Vorveredelungsoperation dienen. Ein gehärtetes Teil auf wenige Tausendstel Zoll an Endmaß zu bearbeiten, beschleunigt das Schleifen, indem die Materialmenge minimiert wird, die entfernt werden muss.

Genau deshalb hartdreht Haas Automations Fertigungsanlage in Oxnard, Kalifornien, nun seine Drehmaschinenspindelwellen vor dem Finishschleifen. Das Unternehmen hartdreht eine Vielzahl anderer Maschinenkomponenten auf Endmaß und Oberflächengütespezifikationen, aber dies ist das erste Mal, dass es Hartdrehen als Vorveredelungsoperation einsetzt. Nicht nur hat dies ID- und OD-Schleifen beschleunigt, sondern es hat auch eine unterbrochene Schleifsituation eliminiert, die durch Wellendurchbiegung nach der Wärmebehandlung resultierte.

Verzerrungsdilemma

Der Schritt des Unternehmens, Hartdrehen in seinen Spindelwellen-Fertigungsprozess zu integrieren, wurde durch das Oberflächenverzerrungsproblem angestoßen. Die unvorhersehbare Verzerrung machte es schwierig, die inneren und äußeren Wellendurchmesser präzise zu lokalisieren, was bedeutete, dass die Schleifoperationen für den Worst Case (größter OD, kleinster ID) eingerichtet werden mussten, um zunächst Materialhochstellen abzutragen. Nicht nur erhöhte dies die Anzahl der erforderlichen Gänge, sondern es schuf auch einen Zustand unterbrochenen Schleifens, der die Radstandzeit negativ beeinflusste.

Haas bestückt eines seiner SL-40L CNC-Drehmaschinen mit kubischem Bornitrid (CBN) Schneidplatten, um die mittel-50er HRC Spindelwellen vor dem Schleifen zu drehen. Die Maschine macht einen Gang jeweils für Innen- und Außendurchmesser mit bis zu 0,015 Zoll (0,381 mm) Schnitttiefe. "Unser Hartdrehprozess kann Durchmessertoleranzen von ±0,0003 Zoll (±0,00762 mm) liefern, aber Anforderungen für die Vorveredelungsoperation an den Spindelwellen sind nicht so eng," sagt Don Teller, Haas Werkzeugmanager. Der Schnitt bringt die Wellendurchmesser auf 0,003 bis 0,005 Zoll (0,0762 bis 0,127 mm) vom Endmaß, was die Schleifzeit um 50 Prozent reduziert und die Radstandzeit verlängert.

Das Unternehmen nutzt kein Kühlmittel beim Bearbeiten der Spindelwellen. Das liegt daran, dass die relativ tiefe Schnitttiefe (DOC) einen Span erzeugt, der groß genug ist, um den Großteil der durch den Schnitt erzeugten Wärme abzutragen, was das Ziel beim Hartdrehen ist. Beim Hartdrehen von Teilen mit kritischen Toleranzen bei sehr kleinen Schnitttiefen flutet das Unternehmen jedoch die Schneidzone mit Kühlmittel. "In Fällen, wo die Schnitttiefen sehr klein sind, fehlt dem Span die Masse, um die Wärme abzutragen, die ein größerer Span würde," sagt Mr. Teller. "Weil zusätzliche Wärme in das Teil geleitet wird, nutzen wir ein hohes Volumen Kühlmittel, um thermische Stabilität zu halten und Toleranzen zu wahren."

Solch feine Späne haben auch die Tendenz, sich um die Werkzeugspitze zu "Stahlwolle" zu wickeln, so dass das Fluten der Schneidzone ausreichend Kühlmittel durch die Späne hindurch zur Werkzeugspitze passieren lässt. "Beim OD-Hartdrehen ist es auch hilfreich, das Kühlmittel von entgegengesetzten Richtungen zuzuführen, falls möglich, falls Spanwickelung auftritt," sagt Mr. Teller. "Hochdruckkühlmittel ist eine weitere Alternative, aber Sie müssen präzise in der Führung des Kühlmittels zur Werkzeugspitze sein."