Stehende Abrichtwerkzeuge, Teil 2: Anwendung und Einsatz

Im ersten Teil dieses Motion Blogs haben wir Sie über die Bedeutung des Abrichtens sowie die verschiedenen Arten und Anwendungsgebiete stehender Abrichtwerkzeuge informiert.

Lesen Sie in diesem zweiten Teil des Blogs, welche Parameter im Abrichtprozess eine Rolle spielen und wie diese optimal eingestellt werden sollten, um das beste Ergebnis zu erzielen.

Zunächst möchten wir Ihnen einen Überblick über die wichtigsten Parameter geben, die Einfluss auf den Abrichtprozess haben und im weiteren Blog relevant sind:

a_d           Tiefenzustellung des Diamanten pro Überlauf (mm)
b_d         Wirkbreite des Diamantabrichters (mm)
n_s            Umdrehungen der Schleifscheibe pro Minute (U/min)
R_ts           Oberflächenrauheit der Schleifscheibe in µm
s_d          Vorschub des Abrichtwerkzeuges pro Schleifscheibenumdrehung (mm/Umdr.)
U_d         Überdeckungsgrad (Zahl)
v_c            Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe (m/s)
v_d          Vorschubgeschwindigkeit des Diamantabrichtwerkzeuges (mm/min.)

Ziel: Selbstschärfung 

Wie im ersten Teil dieses Motion Blogs dargelegt, verfolgt der Abrichtprozess generell zwei Ziele: 1. Geometrische Formgebung der Schleifscheibe, 2. Beeinflussung der Oberflächenrauheit (R_ts).

In Bezug auf die Oberflächenrauheit sollten die Abrichtparameter so eingestellt werden, dass sich die Schleifscheibe zu Beginn des Schleifzyklus an die vorgegebenen Materialabtragsraten anpasst. Nachdem eine bestimmte Menge Material (V’_w) abgetragen wurde, stellt sich jede Schleifscheibe, unabhängig von der anfänglich abgerichteten Rauheit, auf ihre «eigene» Oberflächenrauheit ein. Abbildung 1 zeigt, wie sich die Scheibe von verschiedener Oberflächenrauheiten von etwa vier bis 13 Mikrometern (µm) bei einem konstanten Zeitspanvolumen von Q’_w 1 mm³/mm/sec, auf eine Rauheit von 6 Mikrometern einstellt, unabhängig von ihrer ursprünglichen abgerichteten Rauheit. Es ist faszinierend, dass dieses Phänomen üblicherweise bei einem V’_w von etwa 500 mm³ abgetragenem Material pro 1 mm Breite der Schleifscheibe auftritt.
(Quelle: Dissertation von K. Weinert, 1976, Technische Universität Braunschweig).

Abbildung 2 zeigt den Einfluss des abgetragenen Materialvolumens V’_w auf die ursprüngliche Oberflächenrauhigkeit R_ts von 6 Mikrometern bei verschiedenen Zeitspanvolumina Q'_w und bei einem konstanten Abrichtquervorschub v_d pro Scheibenumdrehung s_d. Die Rauheit der Schleifscheiben passt sich bei verschiedenen Abtragsraten (Q'_w 0.2 bis 3) an unterschiedliche Rauheitswerte R_ts (4 bis 13 µm) an. Bei allen drei Prozessen wurde mit einem konstanten Abrichtvorschub v_d von 0.2 mm/Umdrehung der Schleifscheibe abgerichtet. Folgende Erkenntnisse lassen sich gewinnen:

• Die Ergebnisse zeigen, dass die Abrichtrauheit anfangs so eingestellt werden sollte, dass sie der Abtragsleistung entspricht, in diesem konkreten Fall: 6 Mikrometer.
• Es zeigt sich auch, dass feine Oberflächenrauheiten bei hohem Materialabtrag rauer werden.
• Die beiden Diagramme zeigen weiterhin, dass der umgekehrte Fall eintritt, wenn eine niedrige Abtragsleistung angewandt wird: Die Oberflächenrauheit wird feiner als diejenige, die ursprünglich durch Abrichten in die Schleifscheibe eingearbeitet wurde.

Diese Anpassung der Schleifscheibe an die Materialabtragsraten wird als «Selbstschärfung» bezeichnet. Unter perfekten Prozessbedingungen sollten Schleifscheiben nur aufgrund von Form- oder Profilverlusten abgerichtet werden müssen, nicht aber, weil die Schleifscheibe sich zusetzte oder stumpf wurde.

Einfluss der Abrichtparameter Zustellung und Abrichtvorschub

Um eine hervorragende Oberflächengüte und zugleich hohe Abtragsraten zu erzielen, ist es von grösster Bedeutung, mit kleinen Zustellungen a_d (Schnitttiefe) d.h. 0.002 bis 0.03 mm pro Abrichtdurchgang zu arbeiten.

Um die Oberflächenrauheit der Scheibe zu erhöhen, wird der Abrichtvorschub v_d und nicht die Tiefe der Abrichtzustellung a_d erhöht.

Ein höherer Abrichtvorschub v_d führt zu einer höheren Oberflächenrauheit der Scheibe und somit zu einer freischneidenden, aggressiveren Schleifscheibe.

Ein geringer Abrichtvorschub v_d führt zu einer feineren Schleifscheibentopografie und einer besseren Oberflächengüte am Werkstück, aber zu einer geringeren Abtragsleistung beim Schleifen. Es gilt auch zu beachten, dass zu fein abgerichtete Schleifscheiben Schleifbrand verursachen können.

Wichtig: Immer Kühlschmierstoff während des Abrichtens verwenden, um thermische Schäden am Diamanten zu vermeiden, siehe Abbildung 3. Zudem sollte die Schleifscheibe niemals ohne Zustellung (mit a_d = 0 mm) abgerichtet werden.

Wirkbreite b_d von Abrichtwerkzeugen

Dieser Abrichtparameter gibt die effektive Wirkbreite b_d eines Diamantwerkzeugs bei einer bestimmten Schnitttiefe a_d an. Für die in Abbildung 4 dargestellten Abrichtwerkzeuge ist die effektive Breite b_d nachfolgend aufgeführt: 

• Einkorndiamant: 0.5 bis 1 mm
• Mehrkorndiamant: 1.5 bis 12 mm*
• Abrichtfliese: 0.7 bis 1.0 (1.2) mm
• MKD- oder CVD-Abrichtfliesse: 0.4 bis 1.2 mm

Achtung: Bei Mehrkorndiamantabrichtern (2) mit einer Wirkbreite b_d von grösser als 3 mm, ist nur 35 % der tatsächlich gemessenen Breite einzusetzen, da die Gesamtbreite aller überstehenden Diamantspitzen etwa 1/3 der gemessenen Breite des Werkzeugs beträgt. Bei Verwenden der gemessenen Wirkbreite besteht die Gefahr, dass die Schleifscheiben zu fein abgerichtet werden.

Die Wirkbreite b_d hängt bei Einkornabrichtern mit Naturdiamanten von der Abnutzung bei häufigem Gebrauch ab, wie in Abbildung 5 dargestellt. Die Wirkbreite b_d sollte nie mehr als 1 mm betragen. Bei Erreichen einer Wirkbreite von 1 mm sollte der Diamant im Halter umgesetzt werden, wenn er mehrere brauchbare Stellen zum Abrichten hat. Andernfalls sollte der Diamant ausgetauscht werden.

Zur Ermittlung der effektiven Breite b_d eines Einkorndiamanten, siehe Abbildung 6, kann ein Massstab und eine Lupe verwendet werden. Diese Methode bietet einen guten Anhaltspunkt für die Berechnung der korrekten Vorschubgeschwindigkeit v_d.

Überdeckungsgrad u_d

Abbildung 7 zeigt einen Überdeckungsgrad u_d von 4. Der Überdeckungsgrad gibt an, wie oft ein Punkt auf dem Schleifscheibenumfang bei einer bestimmten Anzahl von Scheibenumdrehungen von der effektiven Breite b_d des Abrichtwerkzeugs überdeckt wird. Je häufiger dies geschieht, desto höher ist der Überdeckungsgrad und desto feiner wird die Schleifscheibenoberfläche. Ein Überdeckungsgrad u_d von 4, wie in Abbildung 7 dargestellt, bedeutet also, dass sich das Abrichtwerkzeug in vier Schleifscheibenumdrehungen um seine Breite b_d axial über den Scheibenumfang bewegt hat.

Richtwerte:

Schruppen:                 2 – 3
Normalschleifen:        3 – 4
Schlichten:                  4 – 6
Feinschlichten:            6 – 8

Berechnung des Überdeckungsgrades u_d und Abrichtvorschubsgeschwindigkeit v_d

b_d = Wirkbreite in mm
n_s = Schleifscheibenumdrehungen pro Minute
u_d = Überdeckungsgrad (Zahl)
v_d = Abrichtvorschubsgeschwindigkeit in mm/min

Formel zur Berechnung des Überdeckungsgrades u_d

u_d = Wirkbreite des Diamanten b_d / Abrichtvorschub sd pro Scheibenumdrehung = b_d / s_d = (b_d x n_s) / v_d

Ist der Überdeckungsgrad u_d rechnerisch oder durch sonstige Auswahlkriterien ermittelt worden, lässt sich der Abrichtvorschub v_d des Diamantwerkzeugs leicht berechnen. Bei Abrichtwerkzeugen mit definierten Radien muss man die Abrichtzustelltiefe a_d verwenden, um zuerst die Wirkbreite b_d zu ermitteln. Siehe Abbildung 8.

v_d = (n_s × b_d) / u_d

Berechnung des Abrichtvorschubes v_d bei Werkzeugen mit definiertem Radius

Die in Abbildung 8 aufgeführte Formel gilt auch für Abrichtwerkzeuge mit definiertem Radius.

Tiefenzustellung des Abrichters a_d

Wie bereits erwähnt, sollte die Tiefenzustellung a_d pro Abrichtdurchgang bei allen stehenden Abrichtern den Bereich von 0.002 bis 0.03 mm nicht überschreiten.

Abrichtvorschub v_d versus Tiefenzustellung a_d

Ist es besser, den Abrichtvorschub v_d oder die Zustelltiefe a_d zu erhöhen, um eine aggressivere Schleifscheibe zu erhalten? Abbildung 9 zeigt die Auswirkung einer Verdoppelung der Vorschubsgeschwindigkeit v_d oder der Zustelltiefe a_d auf die Oberflächenrauheit R_ts der Schleifscheibe. Die Grafik zeigt, dass die Erhöhung des Abrichtvorschubes v_d (exponentielle Erhöhung) eine grössere Wirkung auf die Oberflächenrauheit R_ts bewirkt als die Erhöhung der Zustellung (lineare Erhöhung) a_d.

Positionierung von Abrichtern in Bezug auf die Mittellinie der Schleifscheibe

Alle stehenden Abrichtwerkzeuge sollten ihren Mittelpunkt auf der Mittellinie der Schleifscheibe haben, um eventuelle Verzerrungen beim CNC-Profilabrichten zu vermeiden, wie in Abbildungen 10 und 11 dargestellt.

Einsatzrichtlinien für Abrichtfliesen 

Je nach Schleifscheibenprofil kann man Fliesen in verschiedenen Winkellagen einsetzen (gerade Scheibe, abgesetzte Scheibe mit Schultern, Schrägeinstech-Schleifscheiben). In allen Fällen sollte jedoch die Grundregel der mittigen Positionierung zur Scheibenachse beachtet werden.

Wenn Sie mehr über die Einstellung von Abrichtparametern wissen möchten, kontaktieren Sie uns. Wir beraten Sie gern.