Der Sharp-E Newsletter November 2013

 

Effektive Kühlung und Schmierung

Tipps für Kühlmitteldüsen

Die bescheidene Kühlmitteldüse hat einen größeren Einfluss auf den Schleifprozess als erwartet. 

In diesem Artikel untersucht Dr. John A. Webster die Rolle des Kühlmittels bei der Suche nach Oberflächenqualität und Mikrometergenauigkeit.

Mit Düsen wird Kühlmittel dem Schleifprozess zugeführt, um die Temperatur des Teils zu regulieren, die Scheibe sauber zu halten und für Spanabfluss zu sorgen, sowie zu ermöglichen, dass die Extremdruckzusätze im Kühlmittel ihren Job durchführen können und die Späne vom Arbeitsbereich ins Filtersystem spülen.

Modulare Plastikdüsen funktionieren am besten mit niedrigem Duck (2 bar), werden aber bei höherem Druck, der beim Schleifen besser ist, aus ihrer Position gebogen. Sie können einfach eingestellt werden, müssen sich jedoch aufgrund der Streuung des Strahls dicht am Teil befinden.

Metallrohre - wie Kupfer und Stahl - sind steifer, haben aber ebenfalls streuende Düsen, die Luft ins Kühlmittel lassen, es sei denn, ihr Auslass ist akkurat zusammengepresst oder eine Düsenspitze ist am Auslass angebracht. Die wiederholte Verstellung der Rohre erfordert Biegen und letztendlich reißen diese.

Düsen mit kohärentem Strahl sind sehr effektiv

In den vergangenen 20 Jahren hat der Autor demonstriert, dass laser-ähnliche, sogenannte "coherent-jet"- Düsen (Düsen mit kohärenten Strahlen) effektiver als modulare Plastik- und steife Metallrohrdüsen sind, besonders beim Schleifen, wo die meiste Hitze ins Teil geht und nicht in die Späne.  Mit Scheibengeschwindigkeiten von 6000 sfpm oder mehr verhindert die Grenzschicht der mit der Scheibe einhergehenden Luft die Benetzung der Scheibenoberfläche. Die höhere Energieleistung der coherent-jet Düsen sowie deren Fähigkeit mit der Geschwindigkeit der Scheibe mithalten zu können, durchdringt die Luftgrenzschicht, reinigt die Scheibe und ermöglicht den Transport des Kühlmittels mit der Scheibe in die Schleifzone.

 

Das Zweidüsensystem auf der ANCA TX7 Schleifmaschine. Die runde Düse ist auf die Kante der Scheibe gerichtet, und die flache Düse auf den AD. Die beiden äußeren Scheiben werden durch Schwenkdüsen auf Ringverteilern geschmiert. 

 Coherent-jet Düsen in der medizinischen & Luftfahrtindustrie

Ein Hersteller von chirurgischen Werkzeugen mit einer ANCA TX7 Maschine stellte fest, dass der Scheibenverschleiß um einen Faktor von fünf reduziert wurde, weniger Grate und Brandmarken durch das klebrige rostfreie Material auftraten, und es zu keiner Beschädigung der Düse kam, da diese sich weiter von der Scheibe entfernt befindet. 40% Produktivitätssteigerung wurde nach Einbau der coherent-jet Düsen erzielt. 

Eíne bewährtes Flussratenmodell zur effektiven Kühlung des Prozesses ist 5.7 bis 7.5 l/min pro Spindel-PS, d.h. 5 PS erfordern 26.5 bis 38 l/min gut gezielter Flussrate. Ein Hersteller von Luftfahrtkomponenten, der Turbinenschaufeln herstellt, konnte nur fünf seiner 10 Maschinen mit Zentralsystemanschluss in einer Zelle betreiben, da die Düsenöffnungen über die Jahre allmählich vergrößert wurden, um Brandmarken zu vermeiden.

Jede Maschine hatte acht offene Rohre mit 10mm Durchmesser zum Kühlen von zwei Schleifscheiben auf derselben Spindel. Nach Ausbau der Originaldüsen und Einbau von fünf runden coherent-jet Düsen mit 4.5mm Durchmesser wurde das Abrichtintervall verdoppelt, die Oberflächenqualität verbessert, die Schleifleistung um 40% reduziert, die Flussrate um 66% reduziert, die Brandmarken verschwanden, und alle zehn Maschinen konnten ans Zentralsystem angeschlossen betrieben werden.

Nahaufnahme eines TX7 Kühlmittelverteilers mit auf den Scheibenwinkel abgestimmtem Nutenschleifdüsensystem

Vorteile des coherent-jet Systems

Ein Hersteller, der coherent-jet Düsen einsetzt, fasst deren Vorteile folgendermaßen zusammen: "Die Steifigkeit des Düsensystems und der Abstand von der Scheibe ist ein entscheidender Vorteil für uns, da die coheren-jet Düsen nicht dicht an der Kontakt- oder Schleifzone liegen müssen. Unsere Erfahrung hat gezeigt, dass die Scheibennutzdauer, Abrichthäufigkeit und Oberflächenqualität beim Einsatz von coherent-jet Systemen denen der Kupfer und Loclines bei weitem überlegen sind. Durch das präzise Einstellen der Düsen brauchen wir weniger Düsen im Vergleich zu den alten Kupfer/Locline-Systemen; gleichzeitig wird die Leistung der Scheibe verbessert.”

Ein Vergleich zwischen einer coherent-jet Düse und einem offenen Rohr,  Wasser mit einem Druck von 120psi

Andere Erfordernisse beim Einsatz von coherent-jet Düsen

 Um Maschinenbediener zu Einsatz von coherent-jet Düsen anzuregen, ist es wichtig, einen hohen Einstellbarkeitsgrad ins Design zu integrieren, sowie hohe Steifigkeit der eingestellten Düse. Dies wird durch Einbau von Düsen mit Schwenkgelenken erreicht, die eingestellt und dann eingerastet werden. Vorgelötete runde und flache Düsenrohre können mit speziellen Rohrbiegern dicht an der Spitze verbogen und dann mit lösbaren Spannzangen an einem Kühlmittelverteiler oder Rohr angebracht werden.

Dies ermöglicht axiale und Dreheinstellungen beim Einstellen der Düse, anders als bei herkömmlichen Druckanschlüssen, die permanent in das Rohr eindrücken. Mit einer Kombination von flachen und runden Düsen kann dann sogar ein hochkomplexes Scheibenprofil vollständig mit Kühlmittel benetzt werden

Runde und flache Düsen mit Presspassung können an Kupferrohren angebracht werden. Sie sind für Maschinen wie die MX5 ideal, die hautpsächlich Kupferrohre einsetzt

Andere Vorteile besserer Kühlmittelzufuhr:

·         Abnutzungsfeste, härtere Scheiben für besseres Beibehalten des Profils und Vermeidung von durch thermische Lasten auftretende Beschädigungen.

·         Bessere Oberflächenintegrität aufgrund direkter Kühlung des Prozesses anstelle von "Löschen" eines aufgeheizten Teils vor dem jeweils nächsten Durchgang.

·         Reduzieung der Flussrate und erforderlichen Pumpleistung bei gleichzeitig effektiverem Fluss und weniger Filtermediumindexierung

·         Steifere Düsen ohne Bewegung der Strahlen; die Maschine kann somit personallos laufen

·         Weniger Lastauswirkung auf die Scheibe (oder die Werkzeuge) führt zu konsistenterer Spindelleistung und –kraft und besseren Teilegeometrien

 

Der Autor, Dr. John Webster, hat theoretische und praktische Aspekte des Schleifprozesses seit 20 Jahren an Universitäten in Connecticut und Grossbritannien untersucht. Nach sechs Jahren Erfahrung in der Umsetzung seiner Kühlungsmethoden bei Saint-Gobain startete er Cool-Grind Technologies im Jahr 2004. Technische Artikel über Kühlungsanwendungen können auf seiner Webseite  www.cool-grind.com heruntergeladen werden.

 

 

 

12 November 2013