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Das Werkstück kurz vor dem Ziel-Einlauf: Da geht noch ´was!

von Tilo Michal

Der Schleifprozess, also das Zusammenwirken von Maschine und Werkzeug, bildet in der Schleiftechnologie oftmals den Kern der Betrachtungen. Doch gestiegene Anforderungen an Materialbeschaffenheit und Oberflächengüten erfordern immer öfter eine umfassendere Betrachtung des Themas Schleifen mitsamtseinen vor- und nachgelagerten Prozessen. Auf der GrindTec 2022 werden in diesem Kontext auch eine Reihe innovativer Werkzeuge, Verfahren, Maschinen und Technologien vorgestellt, die vor allem der Fein- und Endbearbeitung zuzuordnen sind – hier ein paar Schlaglichter.

Bei der Herstellung hochpräziser Produkte im Bereich Optik ist der finale Schritt meist ein Zeit- und Ressourcen intensiver Poliervorgang bei dem als Poliermittel Werkstoffe aus dem Bereich der Seltenen Erden eingesetzt werden, zum Beispiel Ceroxid. Je nach Qualitätsanspruch können solche Poliervorgänge mehrere Stunden dauern. Die Eingangsgröße vor der Politur definiert sich über die sogenannten SSD’s (Subsurface Damage). Branchenüblich kann man sagen, dass ab einer Tiefenschädigung <20μm ein relativ wirtschaftlicher Polierprozess durchzuführen ist. An dieser Stelle setzen die Feinschleif- und Polierwerkzeuge der Günter Effgen GmbH an. Speziell abgestimmte Kunstharzbindungen werden u. a. als pelletierte Plan,- und Doppelplanschleifwerkzeuge ausgeführt (Abb. 1). Zum einen werden hiermit klassische Läpp-Prozesse mit losem Korn ersetzt zudem wird die oben genannte Eingangsgröße in Richtung <10μm optimiert. Die nachfolgende Polierzeit kann hiermit um bis zu 70% reduziert werden.

 

Abb. 1: Plan- und Doppelplanschleifwerkzeug von Effgen (Bild: Effgen)

Die vielfältig einsetzbare Kunstharzbindung der Produktgruppe „Feinschleif,- und Polierwerkzeuge“ hat ihren Ursprung in den ab 2006 entwickelten elastischen Diamant Polierwerkzeugen. Seit Jahren werden diese zum Beispiel von Bohr- u. Fräswerkzeugherstellern verwendet um die Spannut zu polieren.

Durch kontinuierliche Weiterentwicklung und der engen Zusammenarbeit mit den Kunden entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten um prozesssichere Polituren, in einer Aufspannung, auf CNC-Maschinen durchzuführen (Abb. 2).

Abb. 2: Werkzeug für prozesssichere Polituren (Bild: Effgen)

Die hierbei erzeugbaren Rautiefenwerte liegen im Bereich Ra = 6-8 nm. Die Bandbreite der zu bearbeitenden Werkstoffe reicht von A – wie amorphe technische Glaskomponenten über Saphir bis Z – wie Zirkonoxid. Eine hohe Gestaltungsfreiheit erlaubt die Herstellung von Polierstiften im Durchmesser 1,1 mm, Umfangscheiben mit einem Durchmesser von 750 mm bis hin zu Planschleifwerkzeugen mit einem Durchmesser von 2 m.

Antwort auf enge Toleranzfenster

Gestiegene Anforderungen in Hinblick auf Maßhaltigkeit, feinste Oberflächengüten bis hin zu 0,002 μ und jederzeitige Reproduzierbarkeit des Schleifprozesses bringen konventionelle Schleifverfahren oft an die Grenzen des Machbaren. „Wenn es um Rauigkeitswerte unter 0,2 μ geht sind PET-Finishbänder auf Polyester-Basis das Maß aller Dinge und ein idealer Problemlöser“, berichtet Timo Morgenroth, Geschäftsführer von 1A- Abrasives, einem Spezialisten im Bereich flexibler Schleifmittel für die Disziplinen Finishing und Lapping. „Wir können mit unseren Produkten dort ansetzen, wo mit konventionellen Schleifverfahren Schluss ist“, berichtet er, „etwa bei der Walzenbearbeitung in der Papier- oder Druckindustrie, bei der Herstellung von Dekoren oder bei der Folienherstellung, wo sogar Rauigkeitswerte im Bereich 0,002 μ umzusetzen sind. Insgesamt ist im gesamten Finishing-Bereich ein klarer Trend auszumachen, dass immer härtere und verschleissfestere Materialien verwendet werden, die extrem schwer zu bearbeiten sind. Zudem sollen Austauschzeiten verlängert werden: PET Bänder bieten hier einen wirtschaftlichen und prozesssicheren Weg der Bearbeitung.“

Der Vorteil des Einsatzes von PET-Bändern in der Produktion liegt nach seinen Worten gerade darin, dass durch den Bandvorschub immer eine neue qualitativ gleichbleibende Körnung an das Werkstück kommt, also im Verfahren kein Korn ein zweites Mal im Eingriff ist. Der Schleifkörper arbeitet somit immer absolut konstant im definierten Toleranzbereich. Prozesspausen wie etwa durch das Abrichten von Schleifscheiben entfielen zudem. „Für die Chrombearbeitung bieten wir gar Schleifbänder mit Kornbelag unter 1μ an, die speziell für Spiegelhochglanzoberflächen gefragt sind.  Auch im Bereich der Bearbeitung beispielsweise von Kurbel-/ Nockenwellen oder Lagerinnen- oder -außenringen bestünden durch den Einsatz von PET-Finishbändern weiterhin noch Optimierungsmöglichkeiten.

„Oft kann auch man durch eine Prozessanalyse vor Ort und eine Veränderung des Kühlmittelkreislaufs in Kombination mit unseren Finishing-Filmen zusätzlich Fertigungspotenziale erschließen“, berichtet Markus Fausten, Technischer Vertriebsleiter von 1AAbrasives. „Mit unserem Portfolio von geschlämmten Lapping Filmen und elektrostatisch ausgerichteten Finishing Filmen aus Polyester mit Diamant- und Aluminiumoxidkörnung sowie Siliziumcarbid auf Kern oder als Zuschnitt sehen wir ein großes Potential im Finishing-Bereich, um in Zukunft immer höhere Präzision und immer geringere kontinuierlich reproduzierbare Oberflächenwerte herstellen zu können, egal in welchem Fertigungsbereich.“

Das two in one-Prinzip

FLP Microfinishing hat mit der FLP Single Precision 900/1000 eine duale Flachhon- und Läppmaschine auf den Markt gebracht und damit die gängige Praxis infrage gestellt, jeden Prozess auf einer eigenen Maschine ablaufen zu lassen. Die neue Maschine senkt nicht nur die Investitionskosten, sie spart auch Arbeitszeit und Raum. Die Maschinenbaureihe FLP Single Precision ist für plane und planparallele Oberflächen entwickelt worden und für die einseitige Bearbeitung von Werkstücken ausgelegt. Die Werkzeugdurchmesser der neuen Präzisionsflachhon- und Läppmaschine betragen 900 mm bzw. 1000 mm. Die Maschine ermöglicht eine Hochpräzisionsbearbeitung der Werkstücke und wird speziell für die Bearbeitung harter Oberflächen (Stahl, Keramik) eingesetzt, wo Maß- und Formtoleranzen von wenigen Mikrometern gefordert sind. Die FLP Single Precision 900/1000 ist das Ergebnis eines Konstruktionsprozesses, in den mehrjährige Erfahrungen aus anderen Maschinenbaureihen eingeflossen sind. Es ist die erste Maschine dieser Art, die das Unternehmen öffentlich vorstellt. „Unsere Innovationen sollen unseren Kunden Nutzen bringen“, berichtet Dipl.-Ing. Thomas Rehfeldt, Geschäftsführender Alleingesellschafter von FLP Microfinishing. „Wir haben einen guten Ruf als Systemanbieter für komplexe Oberflächenfeinstbearbeitung und sind immer auf der Suche nach neuen Lösungen.“

In der ersten Bearbeitungsstufe, dem Flachhonen, kommt grobes Korn zum Einsatz. Am Ende des Prozesses werden die vier Arbeitsstationen entladen, das Werkzeug abgerichtet und das grobe Korn mittels eines Konfektionierwerkzeugs von der Scheibe abtransportiert. Das Basiswerkzeug wird nicht gewechselt. Es ist jedoch ein Spülvorgang erforderlich. Aus einem zweiten Slurrytank wird anschließend feines Korn auf das Werkzeug gegeben, die Werkstücke werden geladen und im Läpp-Prozess mit feinem Korn bearbeitet. Die Werkstücke können nach der ersten Bearbeitungsstufe entnommen, konfektioniert und gereinigt werden. Dann werden die gleichen Werkstücke in den gleichen Vorrichtungen wieder in die Maschine geschoben und der zweite Bearbeitungsprozess startet.

Was zeichnet die FLP Single Precision 900/1000 aus? Auf den ersten Blick fällt die charakteristische Haube auf. Die Maschine ist verschlossen (Zweihandbedienung), man kann von außen den Prozess beobachten. Die Kompletteinhausung dient als Spritzschutz und ermöglicht die vollständige Absaugung des Ölnebels. Zudem ist die Kompletteinhausung ein sicherer Eingreifschutz, der Unfälle vermeiden hilft und die Konformität für hohe Drehzahlen (größer 100 bis 160 Umdrehungen) gewährleistet.

Die Betriebsabläufe der FLP Single Precision 900/1000 sind halbautomatisch mit einer integrierten Werkzeugkonfektionierung und lassen sich über SPS programmieren. Die duale Flachhon- und Läppmaschine verfügt über eine SPS-Steuerung mit umfangreichen Funktionsmodulen inklusive Messdatenbank, Fehlerspeicher, Energiesparmodus und Hilfefunktion. Mit dem vielschichtigen Programm werden die Laufzeiten der Maschinen, die Bewegung der Scheiben, die Drücke der Werkstücke, Umfangsbewegungen, Anund Ablauframpen gesteuert. Der Läpp-Prozess ist zeitgesteuert um sicherzustellen, dass alle vier Stationen mit gleicher Drehzahl synchron arbeiten. Die Industrie 4.0-taugliche Steuerung besitzt Schnittstellen für Programmdaten sowie die Maschinensteuerung über das Intranet des Unternehmens. Die Maschine kann also auch aus dem Homeoffice überwacht werden.

Duale Lösung

Synergieeffekte bietet auch der Schleifmittelspezialist Saint-Gobain Abrasives. Fortschrittliche Lösungen zum Verzahnungsschleifen sind unter dem Namen Norton Xtrimium zusammengefasst, der technischen Plattform, um Schleifscheiben, etwa zum Wälz-, Profil,- Schnecken- und Kegelradschleifen, Ziel gerichtet auszulegen. Ein Beispiel hierfür ist die Schleif- und Polierlösung mit dem Namen Norton Xtrimium-Dual-Schleifschnecke. Sie erfüllt sowohl die eigentliche Schleifaufgabe zum Materialabtrag sowie – mit einem separaten Bereich und einer entsprechend angepassten Spezifikation – einen Polierschliff. Sie kombiniert also zwei Bearbeitungsprozesse in einer Aufspannung.



Abb. 3: Anwendung eines 1A-Abrasives PET-Bandes mit 9μ Korngröße auf einer Walze (Bild: 1 A Abrasives)


Abb. 4: Detailansicht eines Polyesterbandes mit Schleifkörpern der Korngröße 9μ (Bild: 1 A Abrasives)


Abb. 5: Die FLP Single Precision 900/1000 ist eine duale Flachhonund Läppmaschine (Bild: FLP Microfinishing)


Abb. 6: Die Norton Xtrimium-Dual-Schleifschnecke für das Schleifen und Polieren (Bild: Saint-Gobain Abrasives)