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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.
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.
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.
Verfahren beim Planschleifen (Flachschleifen)
A) Umfang-Stirnschleifen, B) Umfangschleifen auf Rundtisch,
C) Stirn-Längsschleifen, D) Stirnschleifen auf Rundtisch
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
/10.06/ 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
1Schleifscheibe, 2Werkstück, 3Dreibackenfutter
/10.09/ Prinzip des spitzenlosen Schleifens
/10.10/ Prinzip des Außenrundschleifens mit Längsvorschub /10.11/ Prinzip des Einstechschleifens
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
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)
Synthetische Schleifmittel
Synthetischer Korund, Siliziumkarbide, Borntitride, synthetischer Diamant
/10.20/ Übersicht über gebräuchliche Schleifmittel ( * alte Norm)
Künstlich hergestellte Korunde und Siliziumkarbide haben günstigere Kornformen und gleichmäßigere Eigenschaften. Synthetischer Korund (= Elektrokorund) wird elektrochemisch aus Bauxit erschmolzen, und anschließend zerkleinert und gemahlen.
Man unterscheidet drei Qualitäten: Normalkorund 95 % Al2O3
Halbedelkorund 98 % Al2O3
Edelkorund 99,9 % Al2O3
Siliziumkarbid wird aus kohlenstofffreiem Koks, Quarzsand und Kochsalz hergestellt. Siliziumkarbid ist härter als Elektrokorund. Siliziumkarbid wird in verschiedenen Qualitäten hergestellt.
Härtevergleich verschiedener Schleifmittel /10.22/ Zähigkeit der Siliziumkarbide im Vergleich mit weißem Edelkorund (nach A. Babl)
Synthetische Diamanten haben hohe Härte (von der Kristallorientierung abhängig) und hohe Wärmeleitfähigkeit. Um ein Versagen der Bindung zu vermeiden, werden die Diamantkörner mit Kobalt oder Nickel, als Wärme-isolator, ummantelt. Unter Einwirkung von hohen Drücken und Temperaturen (900-1400 °C) kommt es zur Umwandlung in Graphit.
Die Härte von Bornitrid liegt nur unwesentlich unter der von Diamanten; Temperaturbeständigkeit bis 2000 °C.
Härtevergleich verschiedener Kornwerkstoffe
Je größer die Kennummer, desto feiner ist die Körnung.
Die Körner werden mit einem Bindemittel gemischt, und zu Schleifkörpern geformt. Die Bindungen haben dabei die Aufgabe, das Korn so lange festzuhalten, bis es durch den Schleifprozeß abgestumpft ist; dann soll sich das Korn von der Bindung lösen, sodaß anschließend die nächsten scharfen Körner zum Einsatz kommen.
Anforderungen an die Bindung:
- fester Werkstoff (hohe Drehzahl)
- Brückenbildung mit ausreichenden Querschnittsflächen
- gute Verbindung zwischen Korn und Bindemittel
Anorganische Bindemittel
Übersicht über Schleifscheibenbindungen
Keramische Bindung: Eine Mischung aus Ton, Quarz und Feldspat wird meist mit den Schleifkörnern gemischt, in Formen gepreßt, und bei ca. 1500 °C hartgebrannt. Es ist die zumeist verwendete Bindung; stoß- und schlagempfindlich, chemisch beständig.
Mineralische Bindung: Als Bindemittel werden Silikat und/oder Magnesit verwendet. Man erhält eine weiche Schleifscheibe mit hoher Abnützung. Magnesitbindungen sind nur für Trockenschliff geeignet (die Bindung härtet an Luft aus).
Metallkeramische Bindung: Hauptsächlich für Diamantkörner.
Organische Bindemittel
Bindungen aus Kunstharz oder Gummi. Auf Grund ihrer hohen Zähigkeit und Elastizität eignen sie sich für dünne Scheiben und scharfkantige Profile.
Unter der Härte einer Schleifscheibe versteht man die Festigkeit, mit der die Körner des Schleifmittels vom Bindemittel festgehalten werden. Mit der Härte der Schleifscheibe ist nicht die Härte des einzelnen Schleifkorns gemeint.
Die Bindungshärte soll so abgestimmt sein, daß die Schleifkörner ausbrechen, wenn sie stumpf sind. Dadurch gelangen neue scharfe Schleifkörner in Eingriff.
Die Kennzeichnung der Härte erfolgt nach DIN 69100.
Kennzeichnung der Härte
Mit Gefüge oder Struktur der Schleifscheibe bezeichnet man den Grad der Porösität der Schleifscheibe. Die Schleifscheiben bestehen aus Schleifkörnern, Bindemittel und Poren.
Dichtes Gefüge ist gekennzeichnet durch hohe Festigkeit, geringen Verschleiß und geringe Spanräume. Auf Grund des geringen Spanraumes ist ein oftmaliges Abrichten der Schleifscheibe notwendig. Bei zu gerigem Spanraum kann es zum 'Brennen der Scheibe' kommen.
Gefüge von
Schleifscheiben: kleine Poren - dichtes Gefüge große Poren - offenes Gefüge sehr offenes Gefüge
Kennzeichnung des Gefüges
Auf Grund der Vielzahl von Größe und Bauart von Schleifmaschinen und der Anwendung dieses Bearbeitungs-verfahrens gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Schleifwerkzeuge. Häufig angewandte Schleifwerkzeuge sind genormt.
Die Schleifscheibe muß statisch und dynamisch ausgewuchtet sein.
Gerade Schleifscheiben
Häufigst vorkommende Schleifscheibe.
Anwendung bei Flach- und Rundschleifmaschinen.
Für die üblichen Anwendungsfälle werden die Schleifscheiben mit genormten Randprofilen geliefert. Die Ab-messungen einer geraden Schleifscheibe sind durch genormte Außendurchmesser, Bohrungsdurchmesser und Scheibenbreite festgelegt.
Genormte Randprofile von geraden Schleifscheiben
Gebräuchliche Schleifscheibenformen
Werkzeugschleifscheiben
Anwendung zum Scharfschleifen von Werkzeugen auf Universal-Werkzeugschleifmaschinen. Diese Schleifmaschinen sind den zu schleifenden Werkzeugen, wie z.B. Bohrer, Fräser, Senker, , angepaßt.
Die verschiedenen Formen sind genormt, und werden mit Großbuchstaben bezeichnet.
Verschiedene Profile von Werkzeugschleifscheiben
Auf Grund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten müssen die Schleifscheiben sicher gespannt werden.
Die Schleifscheiben sollen nicht zu fest angezogen werden ® Gefahr von Haarrissen.
Vorrichtung zum Spannen der Schleifscheibe
Schon geringe Unwuchten der Schleifscheibe und der Spannvorrichtung erzeugen bei den hohen Umfangsgeschwindig-keiten bereits große Zentrifugalkräfte. Die Schleifwerkzeuge müssen statisch und dynamisch ausgewuchtet werden; z.B. durch das Anbringen von Ausgleichsmassen.
Befestigung von Ausgleichsmassen an der Schleifscheibe
Beim Schleifen nutzen sich die Schleifscheiben ungleichmäßig ab und werden unrund; die Spanräume füllen sich mit Spänen (die Schleifscheibe wird 'verschmiert').
Schleifkorn vor und nach dem Abrichten:
Abgestumpftes Schleifkorn Freigelegtes scharfes Schleif-
vor dem Abrichten korn nach dem Abrichten
Durch das Abrichten macht man unrunde Schleifscheiben rundlaufend und verschmierte Scheiben wieder griffig. Zum Abrichten verwendet man zumeist Abrichtwerkzeuge, die härter als das Schleifkorn sind.
Schnittgeschwindigkeit beim Schleifen = Umfangsgeschwindigkeit am äußeren Rand der Scheibe.
Die Schnittgeschwindigkeit ist abhängig vom Werkstoff des Werkstücks und der Schleifscheibe, sowie von der Form der Schleifscheibe. Üblicherweise liegen die Schnittgeschwindigkeiten bei 20-30 m/s (wesentlich höher als beim Drehen und Fräsen).
Die zulässige Umfangsgeschwindigkeit ist durch einen farbigen Diogonalstreifen an der Scheibe ersichtlich.
Normgerechte Bezeichnung einer Schleifscheibe
Schleifbänder, Schleifblöcke, Lamellenschleifstifte, Lamellenschleifräder.
Aufbau von Werkzeugen aus Schleifmitteln auf einer Unterlage /10.38/ Bindungsarten von Schleifmitteln auf einer Unterlage
Lage von Schleifmitteln relativ zur Unterlage in Abhängigkeit vom Streuverfahren
Bezeichnung von Schleifbändern /10.41/ Bezeichnung von Lamellenschleifstiften und Lamellenschleifrädern
Prinzip einer teilautomatischen Flachschelifmaschine /10.43/ Prinzip von spitzenlosen Kontakt-Rundschleifmaschinen
a) mit Regelband
b) mit Regelscheibe
Beim Außenrundschleifen sollte das Werkstück möglichst zwischen nicht umlaufenden Zentrier-Spitzen gespannt werden. Damit wird die höchste Schleifgenauigkeit erzielt, weil sich Ungenauigkeiten der Werkstückspindellagerung nicht auswirken können.
Besonderer Wert ist auf einwandfreie Zentrierung des Werkstücks zu legen, und zwar auf deren Rundheit und Winkelgleichheit zur Zentrierspitze. Zum Ausgleich von Längenänderungen des Werkstücks, die sich aus der Erwärmung beim Schleifen ergeben können, soll die Reitstockkörnerspitze nicht festgelegt sein.
/10.01/ Querkraftfreie Mitnahmeeinrichtung einer Außenrundschleifmaschine
Bei hohen Anforderungen an die Rundheit des Werkstücks ist auf eine querkraftfreie Mitnahme zu achten. Lange, dünne Werkstücke müssen beim Schleifen durch Setzstöcke abgestützt werden, die entsprechend dem Abschliff feinfühlig nachzustellen sind.
Auch beim Innenrundschleifen kommt der Werkstückaufnahme große Bedeutung zu. Dickwandige, kurze Werkstücke erfordern beim Einspannen keine besonderen Maßnahmen. Die bekannten Drei- oder Vierbackenfutter mit radial verstellbaren Backen und Spannzangen lassen sich verwenden. Bei dünnwandigen Werkstücken ist darauf zu achten, daß die Backen der Planscheibe oder des Futters das Werkstück nicht verspannen.
Auf Flachschleifmaschinen können grundsätzlich die gleichen Werkstückspanner verwendet werden, wie auf Hobel-, Stoß- und Fräsmaschinen. Entsprechend der Werkstüchform werden also auch hier Schraubstöcke und Spannlaschen verwendet. Darüberhinaus werden beim Flachschleifen vorwiegend Magnetspanneinrichtungen eingesetzt.
MAGNETSPANNER
Magnetspanner
Auf Flachschleifmaschinen werden vorwiegend elektromagnetische Spanner verwendet. Gelegentlich kommem auch permanentmagnetische Spanner zum Einsatz. Magnetspanner eignen sich besonders zum Spannen Flächiger Werkstücke. Sie können jedoch nur verwendet werden, wenn der Werkstoff magnetisierbar und auf die Auflagefläche ausreichend groß ist.
Man unterscheidet zwischen permanenetmagnetischen Spannplatten, welche die Vorteile haben, keine Zuleitungen oder Schleifkontakte zu benötigen und keine Eigenwärme zu erzeugen, und elektromagnetischen Spannplatten, die im wesentlichen aus magnetkörper, Erregerwicklung und Polplatte aufgebaut sind.
Die Polplatte ist durch unmagnetische Trennglieder in Nord- und Südpol geteilt und dient zur Feldfführung von Magneten zum Werkstück. Das magnetische Kraftfeld, das von den Magnetkörpern erzeugt wird, schließt sich über das auf zwei ungleichnamige Pole aufgelegte Werkstück. Die Polleitung ist daher nach Form und Größe der Werkstücke zu wählen.
/10.03/ Polplatten für Flachschleifmaschinen
Elektromagnetische Spannplatten lassen sich nur mit Gleichstrom betreiben, gebräuchliche Spannungen sind 24, 110 oder 220 V. Infolge der Leistungsaufnahme der Erregerentwicklung erwärmen sich elektromagnetische Spannplatten. Sie sollen deshalb zur Erhöhung der Schleifgenauigkeit bei eingeschaltetem Magnetstrom überschliffen werden.
ENTMAGNETISIERPLATTE
Auf Magnetspannplatten gespannte Werkstücke werden selbst magnetisch. Dadurch werden Späne angezogen und behindern die weitere Verwendung. Daher müssen diese Werkstücke nach dem Schleifen mit Hilfe von elektrischen Entmagnetisierplatten wieder entmagnetisiert werden.
/10.04/ Entmagnetsierungsgerät
PRAZISIONSSCHRAUBSTOCK
Prezisionsschraubstöcke diene zum Spannen kleiner Werkstücke. Sie sind winkelig geschliffen und können daher auf mehrere Flächen aufgelegt und magnetisch gespannt werden. Zum Schleifen präziser Winkel werden Sinus-Schraubstöcke verwendet. Der Einstellwinkel ergibt sich durch Unterlegen von Parallelmaßen.
SPANNWINKEL UND BEILAGEN
Werkstücke, deren Auflagefläche im Verhältnis zu ihrer Höhe zu gering ist, würden durch die Schnittkräfte beim Schleifen kippen und weggeschleudert.
Durch entsprechend geformte winkelige Beilagen in verschiedenen Größen wird die Auflagefläche vergrößert und das Werkstück sicher gespannt.
/10.05/ Beispiele für Spannvorrichtungen
Das spitzenlose Rundschleifen ist ein Verfahren, das in der Serienfertigung zur Bearbeitung glatter Zylinder, Bolzen oder Stifte angewendet wird. Durch Einstechschleifen können auch profilierter Teile bearbeitet werden.
Das Werkstück läuft, durch ein Lineal unterstützt, zwischen der Schleifscheibe und der Regelscheibe aus Hart-gummi durch. Die Regelscheibe bestimmt die Bewegung des Werkstückes, wobei durch die geringe Neigung von 1/4° eine axiale Geschwindigkeitskomponente (Bild 10.06) entsteht, die für den Durchlauf des Werkstückes sorgt. Bei entsprechender Anordnung von Zu- und Abführeinrichtungen läuft der Schleifvorgang vollautomatisch ab. Beim Einstechscleifen wird das Werkstück mit der Hand oder von Greifern eingelegt.
/10.06/ Spitzenloses Rundschleifen (Durchlaufschleifen)
Form und Dicke der Lineale richten sich nach Durchmesser und Form des Werkstücks. Für den Schrägungs-winkel haben sich Werte zwischen 20 und 40° bewährt. Mit steigendem Werkstückdurchmesser ist der Winkel zu verringern. Kurze Werkstücke erfordern größere Schrägungswinkel.
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