Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide · L A N D T H Ü R I NG E N / M Ü H L H A U S E N Nur für Schüler der Fachschule für Technik ... Schleifen Def.: Schleifen ist Spanen

F A C H S C H U L E FB Technik Fertigungstechnik L A N D T H Ü R I NG E N / M Ü H L H A U S E N

Nur für Schüler der Fachschule für Technik Bearbeitet: Jochen Jahns

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Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

Def.: -geometrisch unbestimmt bedeutet, die Winkel am Schneidkeil sind vorhanden, aber

in ihrer Größe nicht definiert. Schleifen Def.: Schleifen ist Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide. Das Werkzeug ist

vielschneidig ausgeführt. Schnittbewegung vom Werkzeug Vorschubbewegung je nach verfahren von Werkzeug oder Werkstück



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Vorteile des Schleifens

Gute Bearbeitung harter Werkstoffe Hohe Maß- und Formgenauigkeit (IT 5...6) Kleine Welligkeiten und Rauhigkeiten (Rz1...3µm)

Schleifmittel Natürlichen Schleifmittel (ohne größeren technischen Aufwand)

Diamant und Schmirgel

Künstlichen Schleifmittel ((hoher energieaufwand- Erschmelzung, Pressvorgang, hoher Druck, hohe Temperatur)

Korunde (Aluminiumoxide) Carbide (Kohlenstoffverbindungen Nitride Stickstoffverbindungen Künstlicher Diamant

Kurzzeichen und Einteilung

Körnung Die Größe der Schleifmittelkörnung wird durch den Begriff Körnung festgelegt. Die definierte Körnung grob, mittel, fein und sehr fein erhält man durch Siebvorgänge. Maschenzahl pro Zoll (Seitenlänge) = Körnungsnummer. Sehr feine Körnungen gibt es Schlemmverfahren. Ausnahme der Bezeichnung ist bei Bornitriden und Diamanten (Schleifmittelarten in µm )



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Anwendungskriterium Feines Korn - fein oder Präzisionsschleifen (80/100) Grobes Korn - Schrupparbeiten (24/30)

Körnungsarten Natürlich und künstlich hergestellte Körner mit körniger oder blockiger Struktur.

Langspanende Werkstoffe = spitze Körner spröde Werkstoffe = blockige Körner Monokristalline Körner (Einkornkristalle) Hohe Kornfestigkeit – Bearbeitung von harten und spröden Werkstoffen. Z.B. diamantbestückte Trennscheiben. Polykristalline Körner (Mehrkornkristalle) Unregelmäßige Körner = größere zerklüftete Oberfläche ( bessere Haftung in der Bindung der Schleifscheibe) = kleinere abgetrennte Späne als bei mono. Durch den erhöhten Reibungsverschleiß bei der Bearbeitung härterer Werkstoffe ergibt sich eine bessere Kornausnutzung. Kornummantelung Dünne metallische oder nichtmetallische Schichten aus Kupfer oder Nickel bzw. Keramiküberzüge =erhöhte Kornhaltekraft in der Bindung.



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Schleifkörper Ausgewählt nach Einsatzbedingungen der betrieblichen Praxis. Die Form und Abmessung des Schleifkörpers wird durch die Werkstückform bestimmt. Der zu bearbeitende Werkstoff bestimmt das Schleifmittel, die Körnung, den Härtegrad das Gefüge und die Bindung.

Klassifikation



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Gefügekennziffer Je größer die Gefügekennziffer, desto poröser ist die Schleifscheibe Das Gefüge muß um so offener sein, je mehr Späne innerhalb der Kontaktstelle in die Poren aufgenommen werden müssen. Kleine Poren ergeben Druck- und Wärmeerhöhung beim Schleifen. Betriebssicherheit beim Schleifen

Transport und Lagerung – liegend, stehend und hängend Trocken Temperaturschwankungen sind zu vermeiden Klangprobe Härtemessung durch Eigenfrequenzmessung Befestigung

o Spindeldurchmesser = Bohrungsdurchmesser o Flanschwerkstoff : Stahl/Guss o Flanschdurchmesser = 1/3 D (Scheibenaußendurchmesser) o Zwischenlage aus elastischen material (Leder oder Gummi) o Flansch müssen gleich groß sein (Biegebeanspruchung)

Auswuchten Schutzbrille, Schutzhaube,......

Abrichten Rundlaufoptimierung neu aufgespannter Schleifscheiben Profilierung der Schleifscheiben entsprechend der Arbeitsaufgaben Wiederherstellung der ursprünglichen Schneidfähigkeit – Schärfen Abrichtstein oder Stahlwellenräder – Schleifbock Einzelkorn-, Vielkorn- und Teilkornabrichter – Schleifmaschinen



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Einzelkornabrichter Einzel eingefasste Diamanten (bis 2 Karat) in ein Lot eingebetet. Vielkornabrichter Schichtweise eingebettete Diamanten (kleiner 0,1 Karat) Teilkornabrichter Zahllose kleinste Diamantsplitter in ein Grundmetall eingesintert Schleifverfahren Die Schleifverfahren mit rotierenden Werkzeugen nach DIN 8589 Teil 11 werden durch die Lage der Schleifscheibe zum Werkstück und durch die Vorschubrichtung gekennzeichnet. Sieh Folie Zerspanungsvorgang und Zerspanungsgrößen Schneidengeometrie Merke: Bei Schleifwerkzeugen sind Schneidenzahl, die Geometrie des Schneidkeils und die Lage der Schneide zu den Werkstückflächen unbestimmt!

Für den Schleifvorgang Günstig ist das Verhältnis zwischen Korngröße und Spitzenradius!!! Negativer Spanwinkel γ (-60°...... -80°) Verhältnis Korngröße : Spitzenradius 1/12...1/15



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Schneideneingriff Die Spanabnahme ist gekennzeichnet durch:

Elastische Werkstoffverformung beim Kontakt zwischen Korn- und Werkstoffoberfläche Plastische Werkstoffverformung mit zunehmender Eindringtiefe der Körner

(Werkstoffstauchung) Werkstofftrennung in der Scherenebene (Späne) Gleichzeitige Werkstoffverfestigung in seitlicher und radialer Richtung



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Spanbildung Die Zustellung ae und die Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug sowie die Schleifkornabstände sind die Ursachen für die Entstehung minimaler kommaförmiger Späne. Durch die Abtrennung von kontinuierlich entstehenden, zahlreichen Spanquerschnitten AEE’ entsteht allmählich ein Polygon als Werkstückquerschnitt. Das entstehende Polygon besitzt um so mehr Ecken (Annäherung an die ideale Kreisform), je größer die Schnittgeschwindigkeit Vc im Verhältnis zur Werkstückgeschwindigkeit Vw ist. Die Schnittgeschwindigkeit Vc ist durch die Schleifscheibenstruktur begrenzt. Die farbliche Markierung der Schleifscheiben nach den Richtlinien des DSA und den Unfallverhütungsvorschriften kennzeichnet die zugelassenen maximalen Schnittgeschwindigkeitswerte. Das Geschwindigkeitsverhältnis lässt sich am besten durch die Wahl der Werkstückgeschwindigkeit Vw erreichen . Darüber hinaus beeinflussen das Schleifverfahren, die Schleifart (Schruppen/Schlichten), der zu bearbeitende Werkstoff sowie das Gefüge, die Härte und die Körnung der Schleifscheibe das Geschwindigkeitsverhältnis q . Die möglichst stufenlose Einstellung der Werkstückdrehzahl nw ist berechenbar aus den Einflussgrößen.



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Ausfeuern Die Maßhaltigkeit und die geometrische Werkstückform bearbeiteter Werkstücke kann durch ein zusätzliches Überschleifen ohne Zustellung - Ausfeuern - wesentlich verbessert werden.

Die betragsmäßige Bestimmung der wirkenden Einzelkräfte beim Schleifen ist wegen der unterschiedlichen Schneidengeometrie der Schleifkörner kompliziert. Für die im Verhältnis zu anderen spanabhebenden Fertigungsverfahren relativ kleinen Kräfte sind zahlreiche empirische Berechnungsgleichungen entwickelt worden. Die in Betracht kommenden Einflussfaktoren ergeben sich aus den unterschiedlichen Anwendungsgebieten. Wichtige Einflussfaktoren sind: die Scherfestigkeit der Werkstoffe, die Geschwindigkeitsverhältnisse, die spezifische Schnittkraft kc und die Zustellwerte ae( Eindringtiefe) und ap(Schnittbreite)



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Werkzeugverschleiß beim Schleifen Die Eigenschaften der verwendeten Schleifmittel, der Aufbau der Schleifkörper sowie weitere äußere Einflüsse sind für den Werkzeugverschleiß entscheidende Faktoren. In Abhängigkeit der Einflussfaktoren treten die definierten Verschleißformen vorwiegend einzeln oder in überlagerter Form auf.

Ursachen des Werkzeugverschleißes Mikroverschleiß Der Mikroverschleiß von Schleifkörpern ist von der thermischen und chemischen Beständigkeit abhängig. Der ständige Kontakt des Schleifmittels mit dem Werkstoff; der Kühlschmierstoff- und Luftzutritt führen zu chemischen Reaktionen, der den Kornverschleiß begünstigt, Mit steigenden Arbeitstemperaturen nimmt der Diffusionsverschleiß zu. Bei Verwendung von Diamantschleifkorn und Arbeitstemperaturen> 800 °C diffundieren Kohlenstoffatome aus dem Schleifmittel in das Stahlgefüge und bilden mit Eisen und bestimmten Legierungselementen Karbide, die die Ursache für den erhöhten Verschleiß sind. Die Absplitterung kleinster Schleifkornpartikel, die Mikrosplitterung, tritt besonders bei polykristallinem Korn und bei geringer Kornbelastung auf.

Makroverschleiß Der Makroverschleiß entsteht durch die Belastung der Schnittkraft Fc auf die Bindung und die einzelnen Körner der Schleifkörper. Die Reibung in der Kontaktzone Werkstück -; Schleifkörper verursacht zunächst eine Kornabsplitterung und danach erst bei steigenden Reibungswerten einen gesamten Kornausbruch, (Bindungslockerung durch steigende Temperatur). Die darunter liegenden frei werdenden Körner können damit die Schleifarbeit voll funktionsfähig übernehmen (Selbstschärfeffekt). Der Makroverschleiß von Schleifkörpern macht sich bemerkbar durch:

Kanten- oder Radienveränderung Sie ist die Formabweichung in radialer und axialer Richtung der Schleifkörper (Welligkeit Profilabweichung). Ein Maß für die Verschleißfestigkeit von Schleifkörpern ist der Schleifmittelabtrag durch die auftretenden Mikro- und Makroverschleißformen.



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Fertigungsverfahren Planschleifen (Flachschleifen) durch Stirn- und Umfangschleifen.

Merkmale:

Oberflächenrauhigkeit Ebenheit

Umfangsplanschleifen

parallele Rillenrichtung Schleifspindel horizontal angeordnet das WS bewegt sich geradlinig hin und her.

Seitlicher Vorschub durch den Tisch Berührungsfläche eher gering = kleine

Zerspanungsleistung Stirn-Planschleifen

radiale Rillenrichtung Schleifspindel senkrecht angeordnet das WS bewegt sich geradlinig hin und her.

Seitlicher Vorschub durch den Tisch Berührungsfläche groß = große

Zerspanungsleistung Es gibt beim Umfangsplan- und Stirn-Planschleifen den Kreuzschliff und den Strahlenschliff. Stirnumfangsschleifen (Plan-) =zentrische Rillenbildung

Zur Gewährleistung der Schleifqualitäten müssen die Schleifspindeln der Schleifmaschine sehr gute Steifigkeit und Rundlaufgenauigkeit besitzen. Hohe Ansprüche an die Tischführung und Tischbewegung garantieren vor allem beim Ausfeuern die erforderliche Lagewiederholung.



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Rundschleifen Rundschleifen durch Längs- oder Einstechschleifen

Merkmale: Rotationssymmetrische Innen- und

Außenkonturen Hochtourige rotierende

Umfangschleifscheiben Langsam rotierende Werkstücke Zwischen den Spitzen Spitzenlos

Typische Fertigungsbeispiele :

Getriebe- und Motorenteile Fahrwerksteile Gehäusesinnenformen Einzelteile von Hydraulikbaugruppen

alle Bewegungen werden durch das WZ ausgeführt

Bearbeitung komplizierter Werkstückkonturen in einer Aufspannung möglich

Rundschleifen Kurze Kontaktlängen zur Spanabnahme

Günstige Kühlschmierwirkung Geringe Wärmebelastung für das WS Ungehinderte Spanaufnahme in den

Porenräumen Schnittbewegung, Längsvorschub und

Zustellung werden vom Werkzeug ausgeführt.



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Wegen der kleinen Schleifscheibendurchmesser werden, die zum Schleifen optimalen Schnittgeschwindigkeiten nicht erreicht!!!

ückbohrungder Werkstr DurchmessedmessereibendurchSchleifschD

8,0 seVerhältnis Optimale

==

≈ dD

Längsrundschleifen Durch den Längsvorschub des Werkstückschlittens wird das Werkstück an der Schleifscheibe entlanggeführt. Die zwangsweise Durchbiegung von Wellen mit großen Schlankheitsgrad muss durch mitlaufende Setzstöcke abgefangen werden. Einstechschleifen Die Zustellung einer breiten Schleifscheibe erfolgt kontinuierlich bis zum Erreichen des Fertigmaßes. aeV= 1,2 µm = Vorschleifen aeF= 0,6 µm = Fertigschleifen Bei längeren Teilen wird erst mehrmals eingestochen und anschließend Ausgefeuert (längs). Es gibt keinen Längsvorschub!!



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Schrägeinstechschleifen Merkmale:

Gleichzeitige Bearbeitung von Mantel- und Planflächen Schleifscheibe 30° schräg Einsatz von Messtechnik ermöglicht die Minimierung von Fertigungszeiten

Spitzenloses Schleifen Das Werkstück wird nicht zwangsgeführt (Spitze/Spitze/Futter), sondern frei auf einem Lineal.

Drehbewegung des Werkstückes wird durch Reibschluss und Regelscheibe erzeugt. 3 Hauptelemente beim Schleifen:

Schleifscheibe Regelscheibe Werkstückauflage (gehärteter Stahl

oder Hartmetalleiste)

β im Mittel 30°, bei Werkstücken mit großem Durchmesser β=20° Den optimalen Höhenversatz (nach Reeka) mit β=30° und γ=12°

( )( )dDDdDdDh

SR

SR

2++++

=



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Näherungsweise mit: (oder vom Hersteller)

mm 20größer r Durchmessefür 6,1

mm 20 bisr Durchmessefür 2

dh

dh

•=

=

Durchmesserverhältnis Regelscheibe zu Schleifscheibendurchmesser

SR

SR

DDDD

•=−=

7,08,06,0/

Merkmale

Werkstoff Regelscheibe =Normalkorund und ist gummigebunden oder Stahlscheiben mit Gummibandagen

Werkstückauflage und Regelscheibe stützen das Werkstück und nehmen die Schleifkräfte auf

Reibungskoeffizient hat zur Folge, das die Umfangsgeschwindigkeit der Regelscheibe gleich des Werkstücks ist.

Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück (vw=0,3m/s) und Schleifscheibe (Geschwindigkeit ist wesentlich höher) bewirken den Materialabtrag.

W

C

c

vvq

hierauch gilt q"" ältnissgkeitsverhGeschwindiStahl bei 35m/seibeSchleifschder it chwindigkeSchnittgesv

/1000/60

81807,05730

7,0

57301000603,0/1000/60

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=

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=⇒•=•

•=

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=•••

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π

ππ

S

cS

SSR

WRWRR

sR

wW

Dmmmmsvn

DDDndnndDn

DDddd

mmmmsvn



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Auch beim Spitzenlosem Schleifen gibt es zwei Verfahren:

Einstechschleifen (0,5° Neigung um Definierte Anlage am Anschlag zu erhalten) Durchgangsschleifen (Neigung der Scheiben zwischen 2,5 und 3°). Die Geschwindigkeit läst sich berechnen:

απ sin•••= RRA nDv



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Bearbeitungszugaben und erreichbare Genauigkeiten



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Kraft- und Leistungsberechnung Da die Schneiden nicht eindeutig bestimmt sind so gilt hier eine Näherungsrechnung.

w

c

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KeZ

S

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=

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rtTabellenwe dKornabstan ffektive

Dmesser eibendurchSchleifscha Zustellung

f neideSchleifsch pro Vorschubh dickeMittenspan

S

e

z

m

λ

λ

ifenInnenschlefür ifenAußenschlefür

11h

fenRundschlei

h

ifenFlachschledickenMittenspan

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⎛±••=

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dDe

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λ



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kchb

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••==

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cm

1,1

FTabelle siehe dickeMittenspander und Körnungder von Abhägigist undaktor KorrekturfK



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Eingriffswinkel Flachschleifen Umfangsschleifen

S

e

Da•

−=21cosϕ

Flachschleifen Stirnschleifen



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°•••

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°≤±•

≈

•−=

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360z

Schneidenen befindlich Eingriff imder AnzahlifenInnenschleifenAußenschle

60für eiseNäherungswgilt )1(

360

21cos

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E

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λϕπ

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