Präzisionsmaschinenshops: Schleifen meistern für überlegene Metallveredelung

Schleifen ist ein Bearbeitungsprozess, der abrasive Oberflächen verwendet, um Material von Metallwerkstücken zu entfernen. An der Oberfläche (Wortspiel beabsichtigt) mag Schleifen anders erscheinen als andere Bearbeitungsprozesse, aber es funktioniert dennoch durch Spanbildung und -entfernung – genau wie Sägen, Fräsen, Räumen und die meisten anderen Techniken. Schleifen kann Oberflächen erzeugen, die groben oder extrem engen Toleranzen entsprechen. Aufgrund seiner Vielseitigkeit wird Schleifen sowohl für die einfache Angussentfernung bei Gussteilen als auch für fortgeschrittene Veredelungsprozesse wie Polieren und Schärfen eingesetzt.

Wie Schleifen funktioniert

Aus physikalischer Sicht entfernen die meisten Bearbeitungsprozesse Metall durch Druck und Scherung: Ein Schneidepunkt komprimiert das Werkstückmaterial, bis es abbricht (scherbt) in Form eines Spans. Wenn eine Säge einen Span schert, tragen die Zähne des Blatts ihn vom Werkstück weg. Ähnlich scheren scharfe Punkte auf Schleifscheiben oder -bändern Späne, die dann in den Hohlräumen der Schleifscheibe vom Werkstück weggeschleppt werden. Der Hauptunterschied beim Schleifen besteht darin, dass anstelle von metallischen Schneidwerkzeugen abrasive Materialien verwendet werden, die die scharfen Punkte liefern, die zum Scheren von Metallspänen nötig sind.

Werkzeuge für das Schleifen

Schleifen kann entweder mit einer Schleifscheibe oder einem Schleifband durchgeführt werden. Die Zusammensetzung einer Schleifscheibe hängt von ihrer Anwendung ab, aber die meisten werden durch Kombination von abrasiven Materialien mit Bindemitteln und Formen der Mischung zu einer Scheibe hergestellt.

Bindemittel können keramisch sein, wobei die Scheiben nach dem Formen in einem Ofen gehärtet werden. Kunststoff- oder gummi-basierte Bindemittel werden verwendet, wenn eine flexiblere Schleifscheibe gewünscht ist. Hochglanzscheiben können mit feinen abrasiven Körnern und Schellack bei hohen Temperaturen gebildet werden. Um die härtesten Schleifscheiben, sogenannte Superabrasives, herzustellen, beschichten Hersteller Metallscheiben mit extrem harten Körnern wie Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) durch ein Verfahren namens Galvanisieren.

Struktur bezieht sich auf den Abstand der abrasiven Partikel auf einer Oberfläche. Schleifflächen mit niedrigdichter Struktur (offene Struktur) haben größere Spankammern und können Material schneller entfernen. Offene Strukturen bieten jedoch nicht die gleiche glatte Oberflächengüte wie dichtere. Härtegrad (Grade) bezeichnet die Festigkeit der Bindungen, die abrasive Partikel in einer Schleifscheibe zusammenhalten.

Beim Bandschleifen werden abrasive Materialien auf ein flexibles Trägermaterial aufgebracht und zu Bändern geschnitten. Bandschleifen kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden, funktioniert aber nach denselben Prinzipien wie das Scheibenschleifen.

Neben Band- und Scheibenschleifmaschinen können Schleifmaschinen verschiedene Konfigurationen annehmen. Alle Schleifmaschinen müssen in der Lage sein, die Schleifscheibe mit hoher Geschwindigkeit zu drehen oder die Räder, die die Schleifbänder tragen, anzutreiben, und müssen Unterstützung bieten, um das Werkstück zu halten. Grobschleifen wird oft durch manuelles Halten des Werkstücks durchgeführt, aber präzise Operationen erfordern eine raffiniertere Vorrichtung.

Arten des Schleifens

Während Schleifen allgemein als Veredelungsprozess zur Entfernung kleiner Materialmengen mit hoher Präzision verwendet wird, wurden bestimmte Schleiftechniken entwickelt, die dem Fräsen in ihrer Fähigkeit, Material schnell zu entfernen, rivalisieren. Einige heute verwendete Schleifarten umfassen:

• Abschleifen (Snagging): ein grober Prozess mit offener Struktur, oft verwendet zur Entfernung von Angüssen, Speisern und rauen Stellen von Gussteilen. Wird eingesetzt, wenn Genauigkeit keine Priorität hat.
• Kriechvorschubschleifen (Creep-feed grinding): eine Schleifart, die Material schnell entfernt, mit einer Rate vergleichbar zum Fräsen. Moderne Versionen erfordern ständiges Abrichten der Schleifscheibe (siehe unten).
• Rundschleifen (Cylindrical grinding): ein Prozess zum Schleifen zylindrischer Flächen und Konturen eines Werkstücks. Rundschleifen kann Teile innerhalb extrem enger Toleranzen veredeln.

Wartung von Schleifscheiben

Schleifscheiben gelten als Verbrauchsmaterial, da sie bei regelmäßiger Nutzung verschleißen und schließlich ersetzt werden müssen. Basierend auf der Zusammensetzung der Schleifscheibe und der Anwendung können Bediener vorhersagen, wie schnell eine Schleifscheibe verschleißt. In automatisierten Schleifoperationen müssen Verschleißraten in die Maschinenbewegungen einbezogen werden, damit jedes Teil konsistent geschliffen wird, auch wenn sich die Schleifoberfläche formt.

Schleifscheibenverschleiß ist tatsächlich ein notwendiger Teil des Prozesses, da er alte, stumpfe Körner von der Scheibe ablöst und frische, scharfe Körner freilegt. Oft versagen jedoch stumpfe Körner dabei, die Scheibe zu verlassen, und Späne lagern sich in den Hohlräumen ab. Wenn dies geschieht, muss die Scheibe abgerichtet werden, um die stumpfen Körner zu brechen und die Späne von der Scheibe fallen zu lassen. Abrichten beinhaltet das Anlegen eines speziellen Werkzeugs an die Schleifscheibe, das alte Körner aus dem Verbund herausschlägt.

Rundlauf (Truing) ist ein weiteres Problem, das sich während normaler Schleifoperationen ausbreiten kann. Schleifscheiben, die nicht rundlaufen, sind unausgewogen, entweder durch ungleichmäßiges Schleifen oder durch ungleichmäßig verstopfte Hohlräume. In vielen Fällen kann Abrichten beide Probleme lösen.

Da Schleifunfälle oft durch unausgewogene Schleifscheiben verursacht werden, die Maschinen beschädigen und manchmal Bediener verletzen können, sind regelmäßiges Rundlauf-Korrigieren und Abrichten extrem wichtig. Um den Prozess zu erleichtern und zu automatisieren, verfügen moderne CNC-Schleifmaschinen über eingebaute automatische Abrichtvorrichtungen.

Wann Schleifen eingesetzt wird

Der Schleifprozess ist extrem vielseitig, und fast jede Größe und Form von Werkstücken kann auf modernen Schleifgeräten veredelt werden. Allerdings ist Schleifen meist nicht so effizient beim Materialabtrag wie andere Bearbeitungsprozesse, daher wird es oft für die endgültigen Fertigungsschritte reserviert. Zwei Ausnahmen sind kontinuierlich-abrichtendes Kriechvorschubschleifen (CDCF) und Abschneidschleifen. Abschneidschleifen ahmt eigentlich das Sägen nach, verwendet aber ein abrasives Blatt statt eines gezahnten.

Sägen und Schleifen werden oft gemeinsam zur Angussentfernung an Gussteilen verwendet. Sobald ein Guss erstarrt ist, schneidet der Bediener den Anguss mit einer Säge ab. Anschließend schleift er das verbleibende Material am Guss, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Anguss-Schleifen wird meist mit offener Struktur durchgeführt, um schnellen Materialabtrag zu ermöglichen, gefolgt von weiterem Schleifen mit feinerer Körnung für verbesserte Oberflächengüte.

Schleifen wird auch häufig in der Werkzeugherstellung eingesetzt. Werkzeugstahl ist sehr hart und kann oft nicht von anderen nicht-abrasiven Maschinenwerkzeugen geschnitten werden. Superabrasives können verwendet werden, um Werkzeuge aus fast jedem Material, einschließlich Hartmetall, zu formen, schärfen und aufzuarbeiten.

Mehr aus unserer Serie „Was Präzisionsmaschinenshops tun“

• Einführung
• Fräsen
• Drehen
• Bohren
• Bohren (Drilling)
• Sägen
• Räumen (Broaching)

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