Hocheffizientes Doppel-Planschleifen von keramischen Werkstücken

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Samstag, 11. Juli 2020 15:55 Uhr

Hocheffizientes Doppel-Planschleifen

Werkstücke aus keramischen Werkstoffen kommen immer häufiger dort zum Einsatz, wo traditionelle Werkstoffe beispielsweise aus Metall oder Kunststoff an ihre Grenzen stoßen. Typische Einsatzgebiete sind die Medizintechnik, die Kraftfahrzeugtechnik (Bremsen und Kupplungen), die Luft- und Raumfahrt, die spanabhebende Metallbearbeitung (Schneidkeramiken), die Energiewirtschaft, die Elektro- und Halbleitertechnik, die Mikroelektronik, sowie die E-Mobilität und anderes mehr. Die modernen technischen Keramiken werden in einem Sinterverfahren hergestellt. Dabei können die dem Einsatzzweck angepassten individuellen technischen Eigenschaften der keramischen Werkstoffe durch gezielte Auswahl und Präparation des keramischen Ausgangspulvers optimiert werden. Wesentliche Eigenschaften der Keramikwerkstoffe sind u.a. hohe Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolation und elektrische Leitfähigkeit (je nach eingesetztem Ausgangsmaterial), Korrosionsfestigkeit, chemische Resistenz sowie hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit. Aufgrund der Herstellung der keramischen Werkstücke in einem Sinterprozess, der üblicherweise mit Schrumpfungen und Verformungen des Ausgangsmaterials verbunden ist, kann in der Regel die gewünschte Endqualität nicht erreicht werden. Da ein Umformen der keramischen Werkstücke nicht möglich ist, werden diese nach dem Sintern mechanisch, spanabhebend, bearbeitet, wobei die Schleifbearbeitung der Werkstücke eine herausragende Stellung einnimmt.

 

Als Pionier und Namensgeber des Doppel-Plan-Seitenschleifverfahrens hat sich die DISKUS WERKE Schleiftechnik GmbH aus Dietzenbach auch bei der Schleifbearbeitung keramischer Werkstücke mit Diamant-Schleifwerkzeugen einen Namen gemacht. In Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen, den  geforderten Maßtoleranzen, der geforderten Oberflächengüte und der geforderten Taktzeit kann die Firma DISKUS WERKE Schleiftechnik Maschinen der DISKUS-Doppelplan-Schleifmaschinen-Baureihe “DDS … XR“ in 4 verschiedenen Baugrößen und mit 5 verschiedenen Schleifverfahren anbieten. Die in Frage kommenden Schleifverfahren sind das Durchlauf-Schleifen mit rotativem oder linearem Werkstückvorschub, das Durchlauf-Einstech-Schleifen, das kontinuierliche Durchlauf-Einstech-Schleifen (KDE-Schleifen) sowie das für DISKUS patentierte Verfahren des Einstech-Schleifens mit gesteuerter Rotation der Werkstücke (Planetenkinematik). Ein großer  Vorteil beim doppelseitigen Planschleifen ist, dass sich die Werkstücke während des Schleifprozesses ungespannt in den Werkstückaufnahmen (Transportscheiben oder Masken) befinden, d.h. die oftmals zu bearbeitenden dünnen und filigranen Werkstücke werden neben den wirkenden Kräften im Schleifprozess keinen zusätzlichen mechanischen Spannkräften ausgesetzt.

Durchlaufschleifen und KDE Schleifen

kontinuierliches Durchlauf-Einstechschleifen

Näher eingegangen werden soll im Folgenden auf die Schleifverfahren Durchlauf-Schleifen mit rotativem Werkstückvorschub und KDE-Schleifen.  

Beim Durchlauf-Schleifen können keramische Werkstücke im Dickenbereich von 0,8 bis ca. 30 mm und in Abhängigkeit von der Baugröße der zum Einsatz kommenden Schleifmaschine bis Durchmesser 180 mm bearbeitet werden. Der maximale Abtrag pro Schleifdurchgang beträgt dabei 0,2 … 0,3 mm. Bei größeren Aufmaßen müssen die Werkstücke entsprechend mehrfach durch den Schleifraum geschleust werden. Maßtoleranzen bis zu 0,002 mm können realisiert werden. Dieses Verfahren ist für große Stückzahlen geeignet, wobei die Stundenleistung, abhängig von der Werkstückgröße und dessen Aufmaß, bis zu 10.000 Stück betragen kann.

 

Das von der Fa. DISKUS entwickelte Verfahren des KDE-Schleifens stellt eine Kombination der Vorteile aus dem schnellen Durchlauf-- und dem hochpräzisem Einstechschleifen dar. wobei durch das Verschließen des Werkstückausgabebereichs der Tischplatte ermöglicht wird, dass die Werkstücke aufmaßabhängig mehrfach (kontinuierlich) den Schleifraum durchlaufen können. Beim KDE-Schleifen werden die Werkstücke von der Eingabestelle lose in  einer begrenzten Anzahl von Taschen mittels einer angetriebenen, runden Transportscheibe bis zur Auslaufstelle kontinuierlich durch den Schleifraum bewegt. Die Werkstücke befinden sich während der Bearbeitung ungespannt zwischen den Stirnseiten der Schleifwerkzeuge. Die Schleifdurchgänge werden nacheinander durchlaufen und die Werkstücke werden dabei bis auf das Zielmaß abgeschliffen. Die Zustellung der Schleifwerkzeuge erfolgt kontinuierlich bis sich der Abstand der Schleifwerkzeuge dem Fertigmaß nähert. Wenn dies der Fall ist, wird der obere Messtaster des diskuseigenen Prozessregelungsrechners IONIC 18 aktiviert und die Werkstücke werden bei Erreichen des Fertigmaße durch Öffnen der Ausgabeplatte des Tisches aus der Maschine geschleust und in der Regel auf ein Transportband entladen. Die Dickentoleranz der Fertigteile wird nach deren Bearbeitung erfasst. Da der Zustellantrieb elektromechanisch ausgeführt wird, kann die Zustellgeschwindigkeit vom Rohmaß bis zum Fertigmaß variieren und je nach Empfindlichkeit der Werkstückform angepasst werden. Damit ist der Zerspanungsvorgang beliebig zwischen einem Schrupp-, einem Schlicht- und einem “Ausfeuer-“ bzw.  “Ausfunk“- Vorgang aufteilbar. Beim Ausfeuern finden keinerlei Zustellbewegungen mehr statt, um möglichst sämtliche elastischen Verformungen sowohl am Werkstück selbst als auch an den beteiligten Maschinen-Baugruppen zu entspannen. Für die Endqualität des zu schleifenden Werkstückes ist die Ausfeuer-Phase hauptverantwortlich.

 

Durch die erwähnte hochpräzise Zustellung der Schleifwerkzeuge kann auch bei verformten, dünnwandigen Keramikwerkstücken die Beschädigung bzw. Zerstörung von Werkstücken weitestgehend vermieden werden. Die weggesteuerte Zustellung erfolgt allerdings nur durch das obere Schleifwerkzeug, während das untere Schleifwerkzeug mittels einer Lagekontrolleinrichtung auf das Niveau der Tischplatten am Werkstückeinlauf gehalten wird. Da der Schleifraum während der Bearbeitung stets gefüllt ist, kommt es nicht zu Maßveränderungen durch Schleifdruckänderungen am Anfang und am Ende der Transportscheibenbelegung. Sämtliche relevanten Parameter für die Bearbeitung eines jeden Werkstücktyps werden im Werkstückspeicher der Maschine erfasst und sind jederzeit wieder abrufbar. Von großer Bedeutung für das Doppelplanschleifen im Allgemeinen und für die Schleifbearbeitung keramischer Werkstücke im Speziellen ist die Ermittlung der für die spezielle Rezeptur des Keramikwerkstoffs erforderliche Spezifikation der Diamant-Schleifwerkzeuge sowie ein geregelter Abtransport von Spänen und Schleifmittelabrieb. Da sich die Schleifwerkzeuge gegenüberstehen und die Werkstücke oft sehr dünn sind, ist ein Freispülen der Kontaktflächen nur eingeschränkt möglich. Die Transportscheibe, die die Werkstücke durch den Schleifraum bewegt, behindert zusätzlich ein Freispülen der Schleifbeläge.

Als Mitglied der DVS TECHNOLOGY GRUOP kann DISKUS dabei auf das Know-how des DVS-Schleifmittelherstellers NAXOS-DISKUS Schleifmittelwerke GmbH Butzbach zugreifen. Gemeinsam wurden Schleifwerkzeuge entwickelt, bei denen die Spanräume zwischen den Schleifkörnern das zerspante Werkstoffvolumen eines Werkstückes und den dabei anfallenden Abrieb der Schleifwerkzeuge aufnehmen und aus der Kontaktzone transportieren. Sobald das Werkstück den Spanraum nicht mehr abdeckt, werden die Spanräume zwischen den Schleifkörnern wieder gereinigt. Das KDE-Verfahren erlaubt somit ein gezieltes, planparalleles Schleifen auch sehr dünner und empfindlicher Werkstücke in sehr engen Toleranzen hinsichtlich der Dicke, der Ebenheit, der Parallelität und der Oberflächenbeschaffenheit. Mit diesem Schleifverfahren können Stundenleistungen bis zu 5.000 Stück erzielt werden. Ein weiterer Vorteil des KDE-Verfahrens ist, dass Werkstücke mit großen Aufmaßen während einer Maschinenbelegung bearbeitet werden können. Für diese Werkstücke kann die Schleifmaschine auch mit automatisch nachfahrenden Niederhalterplatte ausgestattet werden, wodurch gewährleistet wird, dass die Werkstücke auch außerhalb des Schleifraumes sicher geführt werden. Damit stellt das KDE-Verfahren auch eine Alternative zum Feinschleifen mit Läppkinematik dar. Kundenspezifische Automatisierungslösungen für die Be- und Entladung der DISKUS-Schleifmaschinen können bei Bedarf von der DVS-Automatisierungsfirma rbc Fördertechnik GmbH Bad Camberg angeboten werden.

 

 

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