KSS-Einsatz bei der Präzisionsbearbeitung

• Schleifen ist ein Verfahren, bei dem Material von einer Oberfläche abgetragen wird, um sie glatter oder genauer zu machen. Dabei wird ein Schleifmittel verwendet, das durch Reibung das Material abträgt.

• Ein spanendes Fertigungsverfahren mit vielschneidigen Werkzeugen, deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl gebundener Schleifkörper aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter nichtständiger Berührung zwischen Werkstück und Schleifkorn, den Werkstoff abtrennen.

• Ein optimal eingestellter Kühlschmierstoffvolumenstrom ist entscheidend für die Minimierung des Schleifscheibenverschleißes und die Optimierung der Oberflächenrauheit.

• Zu wenig Kühlschmierstoff führt zu erhöhtem Verschleiß und schlechterer Oberflächenqualität, während ein übermäßiger Volumenstrom Ressourcen verschwendet und die Prozesskosten erhöht, ohne notwendigerweise die Schleifleistung zu verbessern.

(*Luftpolster)

*Düsendesign und Position

*Strahlgeschwindigkeit, Volumenstrom und Druck

*Verrohrung in der Maschine

desweiteren:

*Geometrie des Spaltes vor der Kontaktzone

*Porosität des Werkzeugs

*Pumpen-Charakteristik

*Dichte und Viskosität des KSS

*Art des Werkzeugs und Material des Werkstücks

Bei 12 bar Druck mit Emulsion weitet sich der Strahl auf einer Strecke von 100 mm von 8 mm auf 20 mm im Durchmesser.

Einfache Rohre werden häufig bei noch höheren Drücken eingesetzt.

Auffächernder Strahl => geringer Kühleffekt

• Die Düsen können fernab von Werkstück und Werkzeug installiert werden.

• Geringere Schaumbildung durch weniger Lufteinmengung.

• Geringere Brandgefahr bei Mineralölen durch weniger Verneblung.

• Präziseres Zielen bei geringerem Volumenstrom.

SME:

• Bei bekannter Spindelleistung: 8 –10 l/min kW

• Der Anteil der Spindelenergie, der als Wärme in das Werkstück gelangt, ist abhängig von:

  • der Kornart

  • dem KSS

  • der Schnittgeschwindigkeit

  • dem Werkzeug

Beispiel: Luftfahrtkomponenten

Problem aus Kundensicht:

• Unterdimensionierte zentrale KSS-Versorgung. Es war immer nur möglich, sieben bis acht der 15 vorhandenen Maschinen gleichzeitig in Betrieb zu nehmen, da sonst der Filter im Rücklauf überlief.

Lösungsansatz des Kunden:

• Neubeschaffung einer größeren KSS-Versorgung.

• Kosten: Ca. € 400.000

Problem aus Sicht von Cool-Grind:

• Zu viel Volumenstrom, nicht effektiv eingesetzt

Lösungsansatz von Cool-Grind:

• Umstellung auf CG-Düsensystem mit drastischer Minimierung des Volumenstroms

Düsen mit kohärenten Strahlen bei angepasster Austrittsgeschwindigkeit und auf die Spindelleistung optimiertem Volumenstrom. 3 Düsen zur Versorgung der galvanisch gebundenen Schleifscheibe. 2 Düsen mit 3 mm Durchmesser für die Kanten und eine Düse mit 5 mm Durchmesser für die Mitte der Schleifscheibe. Bei der keramisch gebunden Scheibe wurden zwei Düsen mit jeweils 5 mm Durchmesser auf je eine Hälfte der Schleifscheibe gerichtet. Die Pumpe wurde heruntergeregelt, so dass 18 bar am Verteiler anlagen.

Kosten:

Umrüstung der ersten Maschine: € 5.000

Material je weitere Maschine: € 1.000

Gesamtkosten: € 19.000

• Weitere Verbesserungen: Das Ausrichten der Düsen ist schneller durch die Möglichkeit mit einem Lasers zu erarbeiten. Die Verschlussplatte des Verteilers lässt sich mitsamt den eingerichteten Düsen austauschen. Dadurch wird die Rüstzeit enorm verkürzt. Eine Offline Einrichtung der Düsen ist ebenfalls möglich.

Problem aus Kundensicht:

• Rißbildung unterhalb der Oberfläche bei ca. 1% der Bauteile

  • → 100 % Magnafluxprüfung.

• Kosten von ca. $ 300.000/a (je ein Mann, zwei Schichten)

Nockenschleifen, Werkstoff 20 NiCrMo22, ca. 60 HRC,

KSS: Emulsion (Umweltauflage)

Problem aus Sicht CG:

Leichte Zusetzungen erkennbar.

Bei 90 m/s Schnittgeschwindigkeit vermutlich starke Ausprägung eines Luftpolsters mit daraus folgender mangelhafter Kühlung.

Lösungsansatz: Luftabstreifer + Hochdruck-Reinigung

Reinigung mit Hochdruck

Der Einsatz von Hochdruckreinigungsdüsen kann folgende Vorteile mit sich bringen:

• Kein Abrichten aufgrund von Zusetzen

• Stabilere Prozesse

• Konstante Qualität

• Konstante Leistungsaufnahme aufgrund Abrichteffekt

Typischer Volumenstrom: 0,3 l/min mm

Typischer Druck: 40-55 bar bei Kunstharz und Keramik,

bis zu 80 bar bei galvanischen Bindungen.

Optimierung:

Fächerdüse, 45° angestellt.

Hauptdüse tangential, ca. 15° vor Kontaktzone

Nach Umrüstung wurden 120.000 Teile ohne Befund Untersucht.

→ Wegfall der Magnaflux-Prüfung

Kosten:

• Umrüstung der beiden Maschinen: € 7.000

• Hochdruckpumpe: € 3.000

• Gesamtkosten: € 10.000

Weitere Verbesserungen:

Weniger Abrichten → Längere Standzeit der Schleifscheibe.

Stabiler Prozeß mit konstanter Qualität

• Weniger Energieverbrauch: Weniger elektrische Energie in der Pumpe führt zu weniger Energieverbrauch der Kühler.

• Weniger Öldampf reduziert die Kosten der Luftaufbereitung (Filter).

• Minimierung des Volumenstroms reduziert Schaumbildung. Reduktion von Entschäumern.

• Niedrigere Volumenströme erhöhen die Verweilzeit im Tank.