Was macht Superschleifmittel super?

Die hochabrasiven CBN-Schleifscheiben von Norton schleifen schwierige Stahlteile – HRC 50 und härter – und tragen Beschichtungen ab.

Die Kosten für Superabrasiv-Schleifscheiben sind hoch – sehr hoch im Vergleich zu herkömmlichen Schleifmitteln – und können schwer zu rechtfertigen sein, bis Zahlen wie Kapitalrendite und Kosten pro Teil berechnet werden. Es ist nicht ungewöhnlich, dass bei großen Chargen, wie sie in einer Automobil- oder Luft- und Raumfahrtanlage laufen, auf Superschleifscheiben umgestellt wird, wodurch sich die Schleifzykluszeiten um 20 Prozent verkürzen und die Gesamtkosten pro Teil um 30 Prozent oder mehr sinken. Dies sind Veränderungen, die den schlanken Betrieb eines Unternehmens verbessern und seine Wettbewerbsposition auf dem Weltmarkt verbessern.

David Goetz, Corporate Applications Engineer bei Norton|Saint-Gobain Abrasives, beantwortete Fragen von Canadian Metalworking zu den Unterschieden zwischen konventionellen und Superabrasivscheiben und wie sie sich auf die Produktion auswirken.

CM:Was sind die Hauptunterschiede zwischen herkömmlichen und superabrasiven Schleifscheiben?

David Goetz: Herkömmliche Schleifmittel sind in der Regel natürliche Körner, die mit anderen Schleifkörnern verschmolzen oder vermischt werden, damit die Schleifscheibe die erforderliche Leistung erbringt. Superschleifmittel verwenden natürliche oder synthetische Diamanten oder kubisches Bornitrid (CBN), ein synthetisches Korn.

Diamant ist mit einer Knoop-Härte von etwa 7.000 die härteste bekannte Substanz. CBN ist mit einem Knoop-Wert von 4.700 das zweithärteste. Herkömmliche Körnungen liegen im Bereich von 2.100 bis 2.500. Sie können je nach Rad und Anwendung 8.500 bis 16.000 SFPM laufen lassen. Herkömmliche Schleifmittel erreichen in der Regel eine maximale Leistung von etwa 6.500 Fuß pro Minute (SFPM), es sei denn, sie verfügen über besondere Geschwindigkeits- oder Sicherheitsbewertungen.

Zusätzlich zu ihrer Fähigkeit, mit höheren Geschwindigkeiten zu laufen, weisen Superschleifmittel in der Regel viel höhere G-Verhältnisse auf, die die Schleifeffizienz messen [Effizienz = Volumen des gemahlenen Materials/Volumen des Scheibenverschleißes]. Herkömmliche Schleifmittel schleifen normalerweise im Bereich von 1 bis 20, Keramik im Bereich von 10 bis 200 und Superschleifmittel im Bereich von 500 bis 10.000 oder höher. Höhere G-Verhältnisse bedeuten normalerweise kürzere Schleifzyklen, mehr Aufträge pro Stunde und eine längere Lebensdauer der Schleifscheibe.

Die thermische Stabilität von Superschleifmitteln ist höher als die ihrer herkömmlichen Gegenstücke, was auch zu ihrer längeren Lebensdauer beiträgt, insbesondere bei anspruchsvollen Anwendungen.

CM:Wie wirken sich die superabrasiven Eigenschaften auf die Produktion aus?

Götz: Aufgrund der höheren G-Verhältnisse und Q'-Werte (Abtragsrate) von Superschleifmitteln verzeichnen Betriebe, die sie verwenden, in der Regel kürzere Zykluszeiten und eine längere Lebensdauer der Scheiben. Viele Superschleifmittel halten je nach Anwendung 12 Monate oder länger, was bei einem herkömmlichen Schleifmittel mit einem einzigen Monat vergleichbar ist.

Superabrasive-Scheiben erfordern weniger Abrichten, da das Korn haltbarer ist – es bleibt länger scharf, sodass Sie zwischen dem Abrichten mehr Teile bearbeiten können, was mehr Teile pro Scheibe, weniger Scheibenwechsel und eine längere Betriebszeit bedeutet. Beispielsweise hatte ein Hersteller mit einem herkömmlichen Schleifmittel etwa 30 bis 40 Teile pro Kleid. Bei einer ähnlichen Anwendung mit einem CBN-Schleifmittel kam er auf 1.200 Teile pro Kleid. Dies macht sie ideal für Umgebungen mit hohem Volumen.

Schleifdaten für die Herstellung einer Kompressorkurbelwelle wurden über ein Jahr gesammelt und zum Vergleich der Kosten für die Verwendung einer herkömmlichen Schleifscheibe im Vergleich zu einer Superschleifscheibe verwendet. Siehe Kostenübersichtsdiagramm.

Sie können häufig so viel Material abtragen, dass sie in einigen Anwendungen damit begonnen haben, Bearbeitungsvorgänge zu ersetzen.

CM:Was ist bei der Auswahl eines Superschleifmittels zu beachten?

Götz: Die Auswahl von Superabrasiv-Produkten ist prozessgesteuert. Die Wahl hängt von einigen Faktoren ab, wie z. B. der angegebenen Oberfläche und der Teilegeometrie. Die gewünschte Körnung und das zu schleifende Material bestimmen die Körnung. Eine kleinere Körnung ergibt ein feineres Finish. Diamant wird typischerweise für nichtmetallische und nichteisenhaltige Materialien verwendet. CBN wird typischerweise zum Schleifen von Metallen verwendet. Es gibt einige Crossover-Materialien, bei denen sowohl Diamant als auch CBN verwendet werden können.

Die Teilegeometrie bestimmt den Grad, die Konzentration und die Bindungsarten. Zu den empfohlenen Bindungen für einige Anwendungen gehören:

Auch der Kühlmitteltyp sollte berücksichtigt werden. Die Flüssigkeiten entfernen Späne und Wärme aus der Schleifzone und schützen vor einigen chemischen Reaktionen, die durch den Schleifprozess verursacht werden. Für die Arbeit mit CBN eignen sich am besten Flüssigkeiten auf Ölbasis. Niedrige Verdampfungstemperaturen schränken die Schmierfähigkeit wasserbasierter Flüssigkeiten ein und der Hochtemperaturdampf fördert die Oxidation des CBN-Kristalls.

Die sieben Faktoren, die wir verwenden, um Herstellern bei der Bestimmung der richtigen Schleifscheibe zu helfen, sind:

Sie müssen außerdem sicherstellen, dass die Maschine steif genug ist, um den Superabrasivprozess zu unterstützen.

CM:Wie verändern sich Superschleifmittel, um den Marktanforderungen gerecht zu werden?

Götz: Wir stehen jeden Tag vor der Herausforderung, neue Körnungen und Bindungen zu entwickeln, um mehr Teile schneller zu produzieren und den Herstellern die gewünschte Produktivität zu bieten. Beispielsweise tragen Branchen wie die Luft- und Raumfahrt verschleißfestere Beschichtungen auf Materialien auf, die das Schleifen erschweren. Die Automobilindustrie sucht nach Möglichkeiten, die Eigenspannung beim Schleifen zu reduzieren.

Die meisten Herstellungsprozesse beginnen mit einem Materialblock und bearbeiten ihn dann, führen vielleicht einen halbfertigen maschinellen Prozess durch, dann schleifen und dann polieren. Wir verwenden viel Superschleifmittel, um diesen Materialblock durch einen Prozess zu führen, den wir „Machining-to-Grinding“ nennen. Dabei eliminieren wir einen, zwei oder drei Bearbeitungsschritte und schleifen und polieren die endgültige Form aus dem Rohling.

Durch die Umstellung auf eine Superabrasiv-Schleifscheibe konnte ein Hersteller bei der Herstellung einer Kompressorkurbelwelle 30,19 Prozent der Stückkosten einsparen.

Ein aktuelles Produkt unseres Unternehmens, Norton Paradigm®, das einer Metallbindung ähnelt, trägt 30 Prozent mehr Material ab und erreicht das 2,5-fache der G-Verhältnisse unseres bisher besten Superschleifmittels. Es wird mit geringerer Leistung geschliffen, was die Möglichkeit bietet, die Scheibe anzuschieben, höhere Vorschübe zu verwenden und die Zykluszeiten zu verkürzen. Das Ergebnis ist eine Steigerung der Aufträge pro Stunde, was wiederum die Gesamtproduktionskosten senkt. Dieses Produkt behält auch viel besser seine Form und hält länger als die typischen Räder, die wir sehen.

Die zunehmende Verwendung verschleißfester Materialien und die Notwendigkeit, diese zu veredeln, erfordern langlebigere Schleifmittel. Beispielsweise sind Superschleifmittel für die Endbearbeitung von Keramikbeschichtungen, die in vielen Bereichen zur Gewährleistung der Verschleißfestigkeit eingesetzt werden, die beste Wahl, um diese Materialien wirtschaftlich zu schleifen.

Neue Anforderungen an spannungsärmeres oder spannungsfreies Schleifen veranlassen Schleifmittelhersteller auch dazu, schärfere, freier schneidende Schleifmittel zu entwickeln, die länger scharf bleiben, was dazu beiträgt, sowohl die benötigte Schleifenergie als auch die Prozessbelastung zu reduzieren. Diese neuen Körner erfordern neue Bindungstechnologien, die für eine bessere Formbeständigkeit und Kornerhaltung sorgen und so die Lebensdauer und Leistung der Scheiben weiter verbessern.

Norton|Saint-Gobain Abrasives Inc., www.nortonabrasives.com

Superabrasive CBN-Schleifscheiben sind äußerst verschleißfest und bieten eine außergewöhnliche Lebensdauer in Umgebungen mit hoher Produktivität.