Fachinformationen rund um's Schleifen von

Läppen – schonend zu hoher Oberflächenqualität

Läppen gehört zu den schonendsten Bearbeitungsformen aller Schleifverfahren. Gleichzeitig sind kleine Rautiefen erreichbar. Möglich machen dies hochentwickelte Läppmittel, etwa auf Borcarbid Basis, die Diamant-ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Definiert ist Läppen dabei als Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide. Und zwar als Spanen mit weitgehend losem, in einer Flüssigkeit oder Paste verteiltem, ungebundenen Schneidkorn zur Glättung von Oberflächen (d.h. also zur Verringerung der Oberflächenrauheit, siehe auch DIN 8589 T15). Das Läppkorn wird auf das zu bearbeitende Werkstück aufgetragen und mit Hilfe der sogenannten Läppscheibe bewegt. Das Läppkorn bewegt sich dabei im Raum zwischen Läppscheibe (z.B. aus Gusseisen, Cu, Al, Zn) und Werkstück aufgrund der Relativbewegung zwischen beiden.

Ein erstes Konzept für eine Planläppmaschine mit außenverzahnt-zwangsgeführten Werkstückhaltern geht zurück auf ein Konzept von Leonardo da Vinci aus dem Jahr 1493. Heute sind moderne Einscheiben- oder Zweischeiben-Läppmaschinen in der Industrie im Einsatz.

Vorteile und Nachteile des Läppens

Beim Läppen entstehen scharfe aber gratfreie Kanten an den Werkstücken, ohne die bei anderen Schleifverfahren übliche Gratbildung. Durch Läppen kann deshalb der Fertigungsschritt des Entgratens bei vielen Teilen entfallen, was nicht nur die Oberflächen der Bauteile schont, sondern auch die kostengünstige Herstellung von planen Oberflächen auf allen Materialien ermöglicht. Es gibt kaum ein besseres Bearbeitungsverfahren um empfindliche Teile eben zu bearbeiten.

Vorteile des Läppverfahrens im Detail

  • Formgenauigkeit kleiner als 0,5 µm möglich
  • Rautiefen kleiner als Rz=0,05 µm erreichbar
  • Randschichtverfestigung und Lebensdauererhöhung bei tragenden Flächen
  • Verbesserung der Tragfähigkeit bei Lagerflächen
  • Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
  • Kaum Einschränkungen hinsichtlich Werkstückmaterial und -größe
  • Keine gerichteten Bearbeitungsspuren
  • Isotrope Oberflächenstrukturen
  • Spannungsfreie Werkstückaufnahme
  • Kurze Umrüstzeiten, geringe Kosten für Vorrichtungen
  • Geringe Bearbeitungstemperaturen
  • Geringe Bearbeitungskräfte
  • Gleichmäßige Beanspruchung der Werkstücke durch flächenhaften Eingriff

Nachteile des Läppverfahrens im Detail

  • Nur einfache Geometrien lassen sich bearbeiten
  • Hoher Kornverbrauch
  • Starke Entstehung von Abrieb, intensive Reinigung der Teile notwendig
  • Läppschlamm muss u.U. als Sondermüll entsorgt werden
  • Vergleichsweise geringe Abtrennraten

 

Anwendungsgebiete

Das Läppen wird hauptsächlich für die Bearbeitung harter Oberflächen (Stahl, Keramik) eingesetzt, z. B. bei Maschinenbauteilen wie Zahnradpumpen oder Einspritzdüsen, wo Maß- und Formtoleranzen von wenigen Mikrometern gefordert sein können. Weitere Anwendungsbeispiele sind die Bearbeitung von Ringen, Verteilerplatten oder Messerscheiben.

Untergruppen des Läppens nach DIN EN ISO

  • Planläppen
  • Trennläppen
  • Rundläppen
  • Schraubläppen
  • Wälzläppen
  • Profilläppen

Auswirkungen von Parameteränderungen

Einer Erhöhung des Läppdruckes folgt:

  • eine Steigerung der Zerspanleistung
  • eine Erhöhung des Kornverschleißes
  • eine Zunahme der Oberflächenrauhet

Die Vergrößerung der Relativgeschwindigkeit bewirkt:

  • eine Steigerung der Zerspanleistung
  • Läppfilm kann reißen – Gefahr von Kaltverschweißen
  • Läppkörner werden aus dem Arbeitsraum geschleudert

Die Vergrößerung der Korngröße hat zur Folge:

  • eine Steigerung der Zerspanleistung
  • eine Zunahme der Oberflächenrauheit

Übersteigt der Verformungswiderstand die Trennfestigkeit des Werkstoffes, brechen die Werkstoffteilchen aus.

Läppmedien

Die Läppflüssigkeit sorgt für die Verteilung des Läppkorns auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche; sie sichert den nötigen Abstand zwischen Läppwerkzeug und Werkstück, schmiert, kühlt und transportiert das verbrauchte Läppkorn ab. Beim Läppen ist das eigentliche Werkzeug aber das Läppkorn: Das Läppkorn bildet zusammen mit der Läppflüssigkeit das sogenannte Läppmittel und verursacht den Materialabtrag am Werkstück. Flüssigkeit bzw. Paste und das darin dispergierte Läppmittel (Korn, Pulver) bilden das Läppgemisch. In der Regel wird beim Läppen ein Gemisch aus Läpp-Pulver und Wasser oder Läppöl im Verhältnis 1:10 bis 1:2 verwendet. Da im Gegensatz zum Schleifen, bei dem das Schleifkorn fest gebunden ist, wird beim Läppen mit losem (rollendem) Korn gearbeitet. So lassen sich, selbst bei relativ grober Körnung, wegen des geringen Materialabtrags sehr hohe Oberflächengüten erreichen. Wichtig ist, dass die Korngröße des Schleifguts annähernd homogen ist, da vereinzelte größere Körner sonst relativ tiefe Riefen ergeben. Im Gegensatz zum Schleifen ist Läppen mit entsprechendem Läppmittel ein Abtrag in mehreren Richtungen.

Als Läppmittel kommen zum Einsatz:

  • kompaktes Korn Aluminiumoxid (WCA) für weiche Stähle, Aluminium und Buntmetalle
  • rollendes Korn Siliciumcarbid (SiC) für vergütete Stähle, Glas
  • Diamant/CBN (=kubisches Bornitrid) für hochharte Werkstoffe wie z.B. PKD
  • Borcarbid für Hartmetall- oder Keramikbearbeitung

Für die Bearbeitung von duktilen Materialien (z.B. Metalle) werden oft SiC-Körner bevorzugt. Bedingt durch die relativ große Abrasivkörner sowie harte Läppscheiben können die Bauteilschäden wie Ausbrüche, Risse und Eigenspannungen in der Randzone reduziert, aber nicht komplett vermieden werden. Falls statt einer typischerweise harten Läppscheibe (Gusseisen) eine Läppscheibe aus weicherem Material (Cu, Al, Zn) eingesetzt wird, können die Randzonenschädigungen deutlich reduziert werden. In diesem Fall redet man von Feinläppen oder “loose abrasive grinding”.

Läppmittel Borcarbid

Als effiziente Schleif- und Läppmittel sind auch Borcarbid Körnungen verreitet – ein Hochleistungsschleifmaterial, dessen Härte und chemische Beständigkeit mit Diamant vergleichbar ist. Borcarbid weist eine wesentlich höhere Härte ( Mohs Skala 9,5+ ) als Wolframcarbid (WC), Titancarbid (TiC), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2) sowie Siliciumcarbid (SiC) auf und wird  deswegen oft auch als „schwarzer Diamant“ bezeichnet und ist damit bestens für die Bearbeitung von harten Werkstoffen durch Läppen, Sägen oder Ultraschallbohren geeignet. Das Unternehmen 3M, seit 1940 Hersteller von Borcarbid, gilt hier heute als größter Produzent der westlichen Welt. Durch die Verwendung von Borcarbid als Schleifmittel, wird in einem Arbeitsgang eine sehr gute Maßhaltigkeit, Konturenschärfe und Scharfwinkeligkeit an allen Ecken sowie am Ein- und Ausgang erreicht. Gleichzeitig wird damit eine hervorragende Oberflächenqualität ohne die geringste Veränderung des Gefüges an den bearbeiteten Oberflächen erzielt, selbst bei verschleißfesten Hartmetall- und Keramiksorten. Aufgrund der hohen Abtragsleistung und der erzielbaren Oberflächenqualität ermöglicht es ein wirtschaftliches Läppen und Feinschleifen von Präzisionsteilen aller Art aus den verschiedensten Werkstoffen.

Borcarbid Pasten auf Öl- und Wasserbasis erreichen:

  • Kurze Bearbeitungszeiten aufgrund hoher Abtragsleistung
  • Hohe Oberflächengüten, erzielt durch enge Kornraffung
  • Temperaturbeständigkeit bis 350 °C
  • Gleichmäßiger Schliff auch bei höheren Temperaturen

Anwendung finden die Pasten im Maschinenbau und in allen Bereichen in denen wirtschaftliches Läppen und Feinschleifen erforderlich ist. Von Kunststoffen ( z. B. Teflon ), NE-Metallen, Stählen über Titan bis zu den Hartmetallen lassen sich alle Materialien mit den Pasten gut bearbeiten. Ebenso wie Ziehsteine, Matrizen aller Art, Werkzeuge und Drahtführungen, Ventile, Ventilsitze, Zylinderbuchsen, Zylinderflächen, Einspritzpumpen, Lehren, Schnitt- und Stanzwerkzeugen, Reibahlen, Fräser, optische Linsen, natürliche und synthetische Edelsteine. So lässt sich beispielsweise selbst bei sehr rauen Metall-Oberflächen in zwei  Arbeitsschritten (grobes Vorschleifen mit Körnung F220 und Fertigschleifen mit Körnung F400) eine metallische Dichtung mit einer Rauheit unter 1,4 μm erreichen.

Borcarbid Pulver (früher auch oft unter dem Markennamen TETRABOR® bekannt) ist ein Hochleistungsschleifmaterial, dessen Härte und chemische Beständigkeit mit Diamant vergleichbar ist. Prozessbedingt weist Borcarbid Pulver eine konstant hohe Reinheit auf, und   das theoretische Verhältnis Bor zu Kohlenstoff von 4:3 wird von Marktprodukten nahezu erreicht. Borcarbid Pulver steht in eng gerafften Körnungen und Korngemischen (ca. 1-20.000 µm) zur Verfügung.

Eigenschaften des Borcarbid Pulvers:

  • extreme Härte
  • hohe chemische Beständigkeit
  • ausgezeichnete Warmfestigkeit
  • hoher Borgehalt