Schleifen

10. Schleifen

10.1. Allgemeines

Schleifen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, die aus einer Vielzahl gebundener Körner aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln bestehen. Früher fand das Schleifen nur bei schwer zerspanbaren Werkstoffen und zur Erreichung hoher Maß -, Form - und Oberfflächengüte Anwendung. Heute hat es sich zu einem universell anwendbarem Verfahren entwickelt.

Anwendungsen von Schleifen: Rund - und Flachschleifen, Schärfen von Werkzeugen, Entgraten, Trennschneiden.




/10.01/ Anwendungsbeispiele von Schleifen


Schleifen ist ähnlich dem Fräsen (ein, meist scheibenförmiger, Schleifkörper trägt durch 'Stirnen' oder 'Walzen' Werkstoffteilchen ab), der Unterschied liegt in der hohen Zahl unregelmäßig angeordneter Schneiden.

Weitere Kennzeichen: Hohe Schnittgeschwindigkeiten
viele, kleine Späne → minimale Spanräume am Werkzeug

Das Nachschleifen des Werkzeuges wird durch das Abrichten der Schleifscheibe ersetzt. Stumpfe Körner brechen aus, und neue scharfe Schleifkörner kommen zum Einsatz.


10.2. Ãœbersicht der Schleifverfahren



/10.02/ Einteilung der Schleifverfahren



Weitere Einteilungsmöglichkeiten:
- Nach dem Schleifverfahren: Umfangschleifen, Stirnschleifen
- Nach der Vorschubbewegung: Längsschleifen, Einstech - oder Querschleifen
- Nach der Werkstückaufnahme: Im Futter, zwischen Spitzen, spitzenlos.
10.2.1. Schleifen von ebenen Flächen (=Planschleifen, Flachschleifen)



/10.03/ Verfahren beim Planschleifen (Flachschleifen)
A) Umfang - Stirnschleifen, B) Umfangschleifen auf Rundtisch,
C) Stirn - Längsschleifen, D) Stirnschleifen auf Rundtisch



/10.04a/ Schleifbild beim Kreuzschliff (K) /10.04b/ Schliffbild beim Strahlenschliff (S)
Die Spindelachse steht senkrecht zur Werkstückoberfläche. Die Spindelachse ist zur Werkstückoberfläche geneigt.


Für das Planschleifen von Rechteckprofilen unterscheidet man das Pendelschleifen und das Tiefschleifen.

Pendelschleifen: Kleine Zustellung, große Werkstück - Vorschubgeschwindigkeit → kurze, dicke Späne; großer Verschleiß der Scheibe

Tiefschleifen: Große Zustellung, kleine Werkstück - Vorschubgeschwindigkeit → lange, dünne Späne; hohe thermische Belastung der Werkstückoberfläche.
Anwendung als Gleichlauf - oder Gegenlaufschleifen.





/10.05/ Tiefenschleifen


10.2.2. Schleifen von runden Flächen (= Rundschleifen)


/10.06/ Verfahren beim Rundschleifen

Norton - Verfahren: Das Werkstück bewegt sich längs der Schleifscheibe. Anwendung für kurze bis mittellange Werkstücke.

Landis - Verfahren: Der Schleifspindelstock mit der Schleifscheibe bewegt sich längs des ortsfesten Werkstücks. Anwendung für lange Werkstücke.



/10.07/ Einstechschleifen mit profilierter Scheibe /10.08/ Innenrundschleufen
1...Schleifscheibe, 2...Werkstück, 3...Dreibackenfutter




/10.09/ Prinzip des spitzenlosen Schleifens





/10.10/ Prinzip des Außenrundschleifens mit Längsvorschub /10.11/ Prinzip des Einstechschleifens


10.2.3. Gewindeschleifen

Mit einzelner Profilscheibe: Schleifen mit Kamm:
(geringe Produktivität) (höhere Produktivität)












10.3. Schleifwerkzeuge, Schleifscheibe

10.3.1. Der Schleifprozeß



/10.12/ Zusammenstellung der wichtigsten Kenngrößen des Schleifprozesses


Charakteristisch für den Schleifprozeß sind die folgenden Größen:

- die große Härte und Sprödigkeit der Schleifkörner
( bei der Herstellung der Schleifkörner wird das Material zerkleinert, und bildet eine unregelmäßige Form mit vielen Ecken und Kanten)

- wegen der großen Anzahl von Schneiden, und durch den kontinuierlichen Abrieb der Körner ist eine Erfassung der Geometrie der Schneiden nur durch statistische Methoden möglich

- sehr geringe Spanungsquerschnitte (Spanungsdicke)

- gleichzeitiger Eingriff mehrerer Schneiden

- hohe Schnittgeschwindigkeiten

- deutlich negativer Spanwinkel der Schneiden (Drücken der Schneiden)


/10.13/ Spanbildung beim Schleifen



/10.14/ Mittlere Form einer Schleifkornschneide /10.15/ Idealisierung eines mittleren Kornschneideprofils



Einteilung des Schneid - Schleif - Prozesses


/10.16/ Spanbildung beim Schleifen

1) Verformung des Werkstoffes
Die Schneide dringt auf einer flachen Bahn in das Werkstück ein. Zuerst kommt es zu elastischer Verformung (besonders am Schleifkorn), danach kommt es zum plastischen Fließen des Werkstoffs. Auf Grund des kleinen Winkels zwischen Schneide und Werkstückoberfläche kann am Anfang kein Span gebildet werden.

2) Werkstofffluß
Der Werkstoff wird zur Seite geschoben → ein Aufwurf entsteht. Der Werkstoff fließt unter der Schneide zur Freifläche.

3) Abtrennung
Wenn die Schneide so tief eingedrungen ist, sodass Spanungsdicke h_cu = Schnitteinsatztiefe Tμ ist, beginnt die Spanbildung und endet beim Austreten der Schneide aus dem Werkstoff.


Einflüsse auf den Schleifvorgang

Die Erhöhung der Schleifkörperumfangsgeschwindigkeit wirkt wie die Erhöhung der Schleifkörperhärte.

Die Erhöhung der Werkstückgeschwindigkeit wirkt wie die Senkung der Schleifkörperhärte.

Bei Erhöhung der Schleifkörperhärte nimmt die Zerspanleistung ab (Abstumpfung), die Erwärmung des Werkstücks zu.

Bei weicheren Schleifkörpern nimmt die Zerspanleistung zu (Schleifkorn bricht früher aus), der Schleifkörperverschleiß nimmt zu.

Schleifspäne und Verbrennungsprodukte des Werkstoffs verstopfen die Schleifporen; die Scheibe verliert an Griffigkeit.

Durch das Ãœberschreiten der Verbrennungstemperatur des Stahles beim Schleifen, werden die Schleifkörner verändert → Druck - und Temperaturbeständigkeit der Schleifkörner sinken stark.

Beim Eingriff des Schleifkornes entstehen sehr hohe Momentantemperaturen (bei Stahl z.B. 1400 - 1700 °C). Die Schleifspäne werden z.T. auf Temperaturen erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Stahles liegen → Fe, C und Legierungselemente verbrennen → Schleiffunken.

Beim Schleifen entstehen sehr hohe Erwärmungsgeschwindigkeiten → bis zu 10⁵K/s.

Bei zu geringer Wärmeabfuhr erhitzt sich die Werkstückoberfläche stark → "Brennen der Scheibe".






Verschleiß der Schleifscheibe


/10.17/ Verschleißarten an Korn und Bindung


Das Werkzeug wird durch hohe Temperaturen und Drücke beansprucht. Im mikroskopischen Bereich tritt Verschleiß an Korn und Bindung auf.

a) Kornabrieb infolge von Oxidations - und Diffusionsvorgängen

b) Ermüdungsrisse und Absplittern einzelner Kornpartikel durch mechanische und thermische Belastung

c) Bindungsverschleiß; auf Grund des Abriebs an der Kornschneide wird die Reibfläche erhöht, und die Schnittkraft steigt örtlich an → ganze Körner können aus dem Verbund ausbrechen.

Je nach Qualität von Bindung und Korn können die Verschleißerscheinungen verschieden auftreten.


10.3.2. Aufbau der Schleifwerkzeuge

Schleifwerkzeuge bestehen aus einem körnigem Schleifmittel und aus einem Bindemittel, das die Körner zusammenhält.

Das Schleifverhalten der Werkzeuge wird beeinflußt von:
- Form des Schleifwerkzeuges
- Schleifmittel (Korn)
- Korngröße
- Härtegrad des Schleifkorns
- Gefüge
- Bindung

Ein Typenschild einer Schleifscheibe zeigt /10.18/.



/10.18/ Typenschild einer Schleifscheibe

Schleifwerkzeuge (Schleifscheiben) gibt es in vielfältigen Formen, auf Grund der breitgefächerten Anwendungsgebiete.


10.3.3. Kornwerkstoffe (Schleifmittel)

Am häufigsten wird das Schleifmittel zu Schleifkörpern gebunden verwendet (Schleifscheiben, Schleifsteine). An der Oberfläche ragen Schleifkörner hervor, die die Späne abtrennen.



/10.19/ Aufbau einer Schleifscheibe

Die Schleifmittel sind wesentlich härter, und haben eine höhere chemische und thermische Beständigkeit, als der zu zerspanende Werkstoff. Sie unterscheiden sich in ihrer Härte, Farbe, Körnung und ihren Anwendungsgebieten.





Natürliche Schleifmittel
(Korund = Al₂O₃)

Naturkorund, Schmirgel, Quarz, Sand (bestehen zu 80 - 90 % aus Al₂O₃; auf Grund zu weniger scharfer Schneidkanten nur noch geringer Einsatz)

Diamantkorn (hohe Härte; Verwendung als Abrichtwerkzeug)

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