Schleifscheiben: Herstellung, Einstufung und industrielle Anwendungen

In diesem Artikel besprechen wir: 1. Herstellung von Schleifscheiben 2. Verfahren der Schleifscheiben 3. Härtegrad 4. Struktur 5. Kontaktfläche.

Herstellung von Schleifscheiben:

1. Die Abrasivpartikel werden zunächst zu Pulver zerkleinert und über Magnetabscheider zur Entfernung von Eiseneinschlüssen geführt.
2. Anschließend werden sie mit Wasser gewaschen, um Fremdelemente wie Staub oder Verunreinigungen zu entfernen, dann mit chemischem Compound, um Fett zu beseitigen.
3. Die Partikel werden dann nach Korngröße durch entsprechende Siebe klassiert.
4. Abrasivpartikel werden mit passenden Bindemitteln (basierend auf Abrasiv und Verfahren) gemischt, in Form gepresst und getrocknet.
5. Nach dem Trocknen werden sie gebrannt (Temperatur hängt vom Verfahren ab). Nach dem Brennen wird das Bindemittel fest und hält die Partikel zusammen.
6. Anschließend werden sie geschnitten und in Endform gebracht.
7. Zuletzt werden sie auf Risse, Undichtigkeiten und Unwucht geprüft. Da das Rad sehr hohe Drehzahlen erreicht, sind Risse inakzeptabel. Auf Undichtigkeiten wird hydraulisch oder nach Möglichkeit geprüft. Schließlich statisch und dynamisch ausgewuchtet. Allgemein wird statisches Auswuchten vor der Nutzung durch Aufziehen auf einen Dorn durchgeführt.

Strenge Kontrolle während der Fertigung hinsichtlich Dichtekontrolle, Mischfluss und geometrischer Genauigkeit führt zu gleichmäßigeren und konsistenteren Rädern. Diese Ziele werden durch Automatisierung der Radpressen, frei fließende Mischungen, bessere Größenkontrolle beim Formen, Mikroprozessorsteuerung der Öfen und CNC-Abrichteinrichtungen erreicht.

Verfahren der Schleifscheiben:

1. Bindungsverfahren:

Ein Bindemittel hält die Abrasivkörner zusammen, sodass die Mischung in der gewünschten Form als Rad gehalten werden kann.

Die gängigsten Bindemittel bei der Schleifscheibenherstellung sind:

• (i) Keramische Bindung (V)
• (ii) Silikatbindung (S)
• (iii) Schellackbindung (E – für Elastizität, zur Verwechslungsvermeidung mit Silikat)
• (iv) Gummibindung (R)
• (v) Bakelit- oder Resinoidbindung (B)

Um das Maximum aus dem Abrasiv herauszuholen, ist es wichtig, dass das Bindemittelsystem stark, vielseitig und mit überlegenen Kantenhalteeigenschaften ist. Das ideale Bindemittelsystem sollte einen gleichmäßigen Kornabgang ermöglichen, sodass das Rad länger freischneidend bleibt.

Extrem belastungsfeste und freischneidende Bindemittelsysteme mit erhöhter Formhaltfähigkeit reduzieren die Abrichtfrequenz. Dies erhöht die Radstandzeit signifikant. Auch die Teile pro Stunde steigen durch Zeitersparnis beim Abrichten und längere Radstandzeit.

2. Formverfahren:

(i) Keramisches Verfahren (für keramische Bindung):

Dieses Verfahren wird für die meisten Räder verwendet. Nach Abrasivherstellung werden alle Korntypen mit keramischem Porzellan gemischt, in Formen gepresst, getrocknet, ordnungsgemäß gesetzt und 12–14 Tage bei 715 °C gebrannt.

Vorteile:

• (a) Die Räder sind sehr stark und porös. Durch Porosität ist die Metallabtragsrate sehr hoch.
• (b) Die Räder sind gegen Säuren, Laugen beständig und chemisch inert.

Nachteile:

• (a) Durch die hohe Brenntemperatur besteht größeres Risiko thermischer Verformung inkl. Rissbildung. Daher sind die Räder in verschiedenen Härtegraden je nach Verformungsgrad erhältlich.
• (b) Durch Fertigungsschwierigkeiten kann der Raddurchmesser nicht zu groß sein und ist auf 90 cm begrenzt.
• (c) Das Rad kann nicht unter extremen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden, da es durch erzwungene Schwingungen und Eigenschwingungen der Maschine, da spröde, leicht brechen kann.
• (d) Die Radherstellung dauert lange, in der Größenordnung von 30 Tagen.
• (e) Nicht für Schnittgeschwindigkeiten über 2000 m/min nutzbar. (Trennschleifen mit Abrasivrad ist sehr schnell und gibt sehr gute Oberfläche).

(ii) Silikatverfahren (für Silikatbindung):

Hier wird Natriumsilikat mit Abrasivkörnern gemischt; die Mischung wird in eine Form gepresst, mehrere Stunden getrocknet und schließlich 20–80 Stunden bei 270 °C gebacken.

Vorteile:

• (a) Durch niedrige Verarbeitungstemperatur ist freischneidende Wirkung möglich.
• (b) Prozess ist schnell, dauert nur wenige Tage.
• (c) Größere Räder (> 90 cm) können gefertigt werden.
• (d) Die Räder sind sehr effizient, da die Bindkraft nicht so stark wie beim keramischen Verfahren ist – Abrasivpartikel brechen schnell aus, keine Partikel werden stumpf. Daher weniger Reibung, weniger Wärmeerzeugung.

Wegen geringerer Wärmeentwicklung eignen sich diese Räder besser für das Schleifen von Fräsern, Messern, Klingen etc., da diese ihre durch Wärmebehandlung erworbenen Eigenschaften nicht verlieren. Andere Räder erzeugen viel Wärme und sind dafür weniger geeignet.

Nachteile:

Nicht für gängige Schleifprozesse geeignet wegen schnellem Radverschleiß, wofür keramische Bindung am besten ist.

(iii) Schellackverfahren (für Schellackbindung):

Die Abrasivpartikel werden mit Schellack überzogen und die Mischung erhitzt für gleichmäßiges Mischen, dann gerollt. Die Mischung ist sehr klebrig und kann nicht geformt werden. Sie wird gepresst, um den gewünschten Satz zu erhalten, und schließlich wenige Stunden bei ca. 300 °C gebacken.

Vorteile:

• Dieses Verfahren verleiht dem Rad beträchtliche Elastizität, sodass es unter extremen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden kann.

Nachteil:

• Räder mit größerem Durchmesser können nicht produziert werden.

Anwendungen:

• (a) Räder als Trenn- oder Schlitzscheiben (> 0,80 mm Dicke)
• (b) Feinfinish-Schleifen wie Nockenwellenschleifen, Kugellagerschleifen etc.
• (c) Sehr gutes poliertes Finish erreichbar.

(iv) Gummiverfahren (für Gummibindung):

Hier ist das Bindemittel reines Gummi mit etwas Schwefel als Vulkanisationsmittel. Die Abrasivkörner werden zwischen Gummiblätter gestreut, diese dann auf gewünschte Dicke gewalzt und schließlich vulkanisiert. Durch Vulkanisierung wird die gesamte Masse verbunden und wirkt als festes Rad, Gummi als Bindung.

Vorteile:

• (a) Die Räder sind sehr hart und zäh.
• (b) Räder bis 0,1 mm Dicke möglich – ideal für feine Trennoperationen. Betriebsgeschwindigkeiten 3000–5000 m/min.
• (c) Auch als Ausputzräder (Entfernung von Außenzunder, Angüssen, Speisern, Schlacke etc.)
• (d) Als Steuerräder für das Rundschleifen ohne Mittelspitze.

(v) Bakelit- und Resinoidverfahren (für B-Bindung):

Die Abrasivpartikel werden pulverisiert und mit synthetischem Harz und einem flüssigen Lösungsmittel, das das Harz löst, gemischt. Die Mischung wird gerollt oder gepresst in die gewünschte Form und wenige Stunden bei 205–260 °C gebacken.

Vorteil:

• Diese Bindung ist sehr hart und stark. Betriebsgeschwindigkeiten 3000–5000 m/min erreichbar. Die Räder werden als Ausputzräder verwendet (Großschruppen zum Entfernen von Sandeinschlüssen, Zunder etc.). Sehr hohe Abtragsrate.

Härtegrad einer Schleifscheibe:

Der Härtegrad eines Rades gibt die Festigkeit der Körner und die Haltekraft der Bindung an. Er wird meist als Härte des Rades bezeichnet. Die Dicke der die Abrasive haltenden Bindungsschicht steuert den Härtegrad.

Ein hartes Rad nutzt sich langsam ab, ein weiches Rad nutzt sich bereitwillig ab. Hartes Rad wird für Präzisionsschleifen und weichere Werkstoffe sowie bei kleiner Kontaktfläche Rad-Werkstück verwendet.

Die Härte von Schleifscheiben wird klassifiziert als sehr weich (A–G), weich (H–K), mittel (L–O), hart (P–S) und sehr hart (T–Z).

Struktur einer Schleifscheibe:

Die Struktur eines Rades bezieht sich auf die Hohlräume zwischen den Abrasivpartikeln. Für ein gegebenes Bindemittel wird die Hohlraumgröße durch den Kornabstand gesteuert – die Struktur kann dicht oder offen sein.

Offene Struktur (feinere Körner pro Volumeneinheit) wird für hohen Materialabtrag verwendet, dichte Struktur für das Halten präziser Formen und Profile. Die Struktur wird durch Zahlen 0–15 dargestellt, niedrigere Zahlen = dichte Struktur, höhere Zahlen = offene Struktur.

Kontaktfläche:

Wenn die Kontaktfläche zwischen Rad und Werkstück größer ist, z. B. beim Innenrundschleifen, ist die Spannung geringer und das Rad wirkt härter – daher sollte ein weicheres Rad gewählt werden. Dieser Aspekt wird bei der Radauswahl für einen spezifischen Vorgang wichtig.

Bei großer Kontaktfläche sollte die Späneabfuhr größer und die Struktur offen sein. Bei kleiner Kontaktfläche werden viele feine Schneidpunkte benötigt und die Körner sollten fein sein.