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Januar 2025
Die Herausforderungen an Präzisionswerkzeughersteller sind gesetzt mit kleinen Losgrößen, schnell wechselnden Werkzeuggeometrien und engen Schleiftoleranzen. Die Randbedingungen dabei sind steigende Energiekosten und personelle Engpässe, bedingt durch den Fachkräftemangel. Ein Prozess, der die Arbeitsvorbereitung im Produktionsalltag vereinfacht sowie Produktivität und Qualität steigert ist das EDM Dress – das draht-erosive Abrichten und Profilieren von Schleifscheiben, wie es zum Beispiel von Mitsubishi angeboten wird. Dies zeigt sich besonders beim Nutenschleifen, Teilwälzschleifen sowie beim Rundschleifen von Rohlingen, wie Versuche bei ANCA belegen.
Schleifscheibe und Abrichtmethode – wichtige Parameter für effizientes Schleifen
Die Wahl der Schleifscheibe beruht auf einer Kombination der Schnittfreudigkeit, Formstabilität und der am Werkstück zu erzeugenden Oberflächenqualität. Für einen Tiefschliff mit dem Ziel des maximalen Materialabtrags bietet sich eine Schleifscheibe mit Metallbindung an. Die gleiche Schleifscheibenbindung wählt man in der Regel auch für eine Spitz-Schleifscheibe 14E1 zum Profilieren, damit der Spitzenradius die Form lange hält und so ein langanhaltender Materialabtrag gewährleistet ist. Für die Erzeugung der Oberflächen beim Finishen eignet sich eine metall-hybrid Bindung mit Kunstharz-Beimischung ideal.
Beide Schleifscheibenvarianten bieten unter Anderem den Vorteil, dass sie mit dem sogenannten EDM Dress Verfahren draht-erosiv abgerichtet und profiliert werden können . Das draht-erosive Abrichten zerstört nicht den Schneidstoff (Korn), Diamant oder CBN, sondern brennt die Bindung heraus, die das Korn einbindet. Der positive Nebeneffekt ist, dass die Menge an abgetragener Bindung über die EDM Prozessparameter definiert werden kann. Versuche am KSF- Institute for advanced manufacturing- der Hochschule Furtwangen, haben zum Ergebnis geführt, dass ein Kornüberstand von 50% für die Schnittfreudigkeit der Schleifscheibe sowie für einen stabilen EDM Prozess vorteilhaft ist. Das bedeutet, wenn das Korn zu 50% aus der Bindung heraussteht, reicht die Bindungskraft noch aus, der Belastung beim Schleifprozess entgegenzuwirken und andererseits bilden sich sogenannte Taschen zwischen den Körnern, die den Kühlschmierstoff (KSS) von der Kühlmitteldüse „mitnehmen“ und zur Zerspanungsstelle transportieren.
Während des Schleifprozesses erfährt die Schleifscheibe hauptsächlich zwei Arten von Beanspruchung. Das Korn erfährt eine mechanische Belastung und nutzt sich so ab. Außerdem werden die „Taschen“, die vorher erosiv abgetragen wurden, mit Schleifspänen zugesetzt, was beim Schleifprozess zu geringerer Zerspanwirkung und höherer Reibung führt. Die Spindelleistung steigt, da die Schleifscheibe mehr Widerstand erfährt. Der Schleifprozess wird instabil, was zu Rattermarken auf der Oberfläche führen kann.
EDM Dress bei ANCA – Vorteile bei Qualität, Schleifzeiten und Standzeiten
Das Konditionieren der Schleifscheiben mit der EDM Dress Technologie wird bei ANCA hauptsächlich in den drei Schleif-Anwendungen Nutenschleifen, Rundschleifen und Teilwälzschleifen angewendet.
Das Nutenschleifen sowie das Vorschleifen bei Wälzschälrädern aus dem Vollen in Hartmetall bedingt einen Tiefschliff von einigen Millimetern. Betrachtet wird, wie sich das EDM Dress auf die Schleifspindellast auswirkt sowie die Formstabilität des Eckenradius der Schleifscheibe. Beim Nutenschleifen bezieht sich dies auf den Eckenradius und beim Profilschleifen mit einem Spitzprofil (14E1) auf den Spitzenradius. Beim Rundschleifen nach dem Pinch/Peel Verfahren wird der Eckenradius der Schrupp-Schleifscheibe beansprucht und muss eine möglichst hohe Formstabilität haben, damit die Schlichtscheibe nicht unkontrolliert viel Material entfernen muss. Beim Teilwälzschleifen ist die Profilgenauigkeit nach dem Profilieren ausschlaggebend für die engen Toleranzen eines Stoß- oder Wälzschälrades für das Zerspanen der Zahnräder. Um hier eine AA oder AAA (80% von AA) Qualität zu erreichen, kann gefordert sein, das Schleifscheibenprofil in der Toleranz von +-0,003mm zu profilieren.
Zum Nutenschleifen wird eine 1A1 Schleifscheibe mit einer Metallbindung verwendet. Das Werkstück ist ein Hartmetallrohling, in den vier Nuten geschliffen werden. Dies ist ein typischer Arbeitsschritt, der einen Hauptteil der Schleifzeit in Anspruch nimmt. Geschliffen wurden zehn Rohlinge nach dem EDM Dress und weitere 10 Rohlinge nach dem konventionellen Abrichten mit einer SiC-Scheibe. Das Schleifen wurde ausgeführt mit einer automatisierten Vorschubregelung. Der maximale Vorschub soll 180mm/min betragen bei einer maximal zulässigen Spindellast von 13%. Betrachtet wird die benötigte Schleifzeit unter Einhaltung der Spindellast.
Figure 1: Fräser-Ø 12mm, Kern-Ø 6mm, Nutenlänge 43mm, Simulation aus ANCA CIM3
Figure 2: Zeitlinie zum Nutenschleifen, CIM3D
Mit der konventionell abgerichteten Schleifscheibe steigt die Spindellast beim Erstkontakt bereits über die eingestellte Grenze und der Vorschub wird heruntergeregelt. Die per EDM abgerichtete Schleifscheibe steigt langsam an und erreicht die eingestellte Grenze ohne signifikante Lastspitzen. Die EDM Dress Scheibe benötigt eine kürzere Schleifzeit für die vier Nuten, als die konventionell abgerichtete Scheibe.
Figure 3: Verlauf der Spindellast (%) über die vier Nuten am ersten Werkstück
Nach zehn Werkstücken hat sich die Schleifzeit mit der konventionell abgerichteten Scheibe bereits um 25% verlängert.
Figure 4: Verlauf der Spindellast (%) über die vier Nuten am zehnten Werkstück
Rundschleifen von Rohlingen
Das Rundschleifen auf der ANCA CPX Maschine profitiert von einer schnittfreudigen Schleifscheibe, welche die Spindelleistung und Maschinensteifigkeit auf den Materialabtrag konzentrieren kann. Mit Standard-Schleifscheiben erreichen wir in Tests die Grenzen des Materialabtrags im Hinblick auf die Schleifzeiten unter Einsatz der Kombination einer D91 und D15 für das Pinch/Peel-Schleifverfahren. Mit einer EDM Dress Schruppscheibe kann der Materialabtrag in (mm³/s), prozesssischer gesteigert werden, wie sich bei einem Versuch mit einem Hartmetallrohling Ø16mm, der auf mehrere Stufen heruntergeschliffen wird, gezeigt hat.
Figure 5: Werkstück, Hartmetall, Ø16mm, mit mehreren Stufen zum Rundschleifen, CIM3D, ToolDraft
Die Schleiflänge für die Schruppscheibe beträgt 150mm pro Werkstück (70+50+30mm) und es werden 10 Werkstücke geschliffen. Das Abtragsvolumen wird eingestellt auf 10mm³/s, welches ein stabiler Erfahrungswert aus der Produktion ist. Mit dem EDM Dress Verfahren konnte der Eckenradius der sehr harten Metallbindung auf R0,15mm und die Wiper Flat auf 0,36mm genau profiliert werden. Nach 1500mm Schleiflänge hat die Schleifscheibe 0,023mm im Durchmesser abgenommen. Der Radius hat sich auf 0,22mm vergrößert. Mit der Schleifscheibenkombination D91 (Vc 80m/s) metallgebunden und D15 (Vc 55m/s) kunstharzgebunden konnten hier signifikante Vorteile nachgewiesen werden. Übertragen auf die Produktion bedeutet, dass die Schruppscheibe den definierten Eckenradius länger in Form behält, womit die Schlichtscheibe ebenfalls länger einen konstanten Materialabtrag gewährleisten kann mit gleichbleibend guter Oberfläche.
Profilscheibe – Skiving Scheibe
Den größten Vorteil bietet das EDM Dress Verfahren beim Profilieren von Schleifscheiben. Hier wird eine harte metallische oder hybride Bindung bedienerunabhängig und in den Toleranzen von +-0,004mm oder geringer geschnitten.
Figure 6: Typisches EDM Dress Profil mit Innenradius R0,11mm Formgrenze 0,0051mm.
Vielmals werden bei ANCA an der verfügbaren Mitsubishi MP1200 Drahterodiermaschine neben Standard-Schleifscheibenpaketen auch Schleifscheiben für das Schleifen von Wälzschälrädern profiliert, entweder aus dem Vollen oder aus einem Spitzenprofil. Je nachdem welches Modul geschliffen werden soll, wird das neue Profil in eine bestehende Schleifscheibe eingepasst, eingerichtet und erodiert. Bei diesem Prozess wird einerseits darauf gesetzt, dass die Schleifscheibe nach dem EDM Dress sehr schnittfreudig ist und deshalb bestens geeignet, um konstant die große Menge an Material herauszuholen, die bei größerer Zähnezahl und Modul anfallen kann. Andererseits kann mit dem EDM Dress die Profiltoleranz von +-0,003mm oder geringer eingehalten werden, für die engen Toleranzen für Schälräder.
Figure 7: Das typische Profil für eine Skiving Schlichtscheibe Ø150mm, Korngröße D20, Toleranzfeld +-0,002mm!
Figure 8: One-Click Solution - DressCamX mit einem Scheibenpaket von der ANCA Steuerung. DXF einladen und Erodieren!
Schälschleifen von Rohlingen auf einer ANCA CPX
Die GCX von ANCA basiert auf der TX-Baureihe und ist ideal für die Herstellung und das Nachschärfen von Verzahnwerkzeugen geeignet.
Das EDM Dress-Verfahren bietet also vielfältige Vorteile beim Schleifen von Gewindewerkzeugen, Wälzschälrädern und Rohlingen. Anwender können ihre Schleifzeiten reduzieren, die Standzeiten der Schleifscheiben erhöhen und höhere Qualitäten erzielen. Daneben ergeben sich Vorteile für den Arbeitsalltag durch die einfache und effiziente Handhabung der EDM Dress Maschinen und den standardisierten Datenaustausch zwischen Abricht- und Schleifmaschine. Die DressCam X Software auf der Mitsubishi kann die DXF Schleifscheibendatei von der ANCA ToolRoom Steuerung direkt so auslesen, dass die zu schneidende Geometrie automatisiert erkannt wird. Damit entfällt das Einstellen der Schnittwege.
Zwischen ANCA und Mitsubishi besteht damit die One-Click Solution zum EDM Dress der Scheibenpakete. ANCA hat hier in Zusammenarbeit mit Mitsubishi die Voraussetzung für einfachen und sicheren Datenaustausch geschaffen, was auch im Zusammenhang mit möglichen Automatisierungsschritten eine bedeutende Rolle spielt.
13 Januar 2025