Fachinformationen rund um's Schleifen von

Planschleifen

Im industriellen Einsatz ist das Planschleifen an Planseiten von Werkstücken recht verbreitet, wie etwa bei Zylinderköpfen, wo es auf absolute Ebenheit ankommt. Es ist durch ein breites Spektrum an Verfahren und Einsatzmöglichkeiten geprägt. Bei hochfesten, spröden Werkstoffen wie Werkzeugstahl oder Keramik kommen als Schleifmittel Scheiben aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) zum Einsatz.

Das Planschleifen, das zu den maschinengestützten Verfahren zählt, gehört mit zu den älteren und daher weit verbreiteten Schleifverfahren. Es bezeichnet sich nach der Art der zu erzeugenden Fläche und wird demzufolge bei an der Bearbeitungsseite von im Wesentlichen flachen, planen Werkstücken eingesetzt. Und zwar seit vielen Jahrzehnten erfolgreich etwa in der Werkzeug-, Keramik- und in der Automobilindustrie. Dort beispielsweise bei Zylinderfüßen, Gehäusen, Deckeln oder Zylinderköpfen, um die Dichtflächen absolut plan zu bearbeiten.

Arten von Planschleifverfahren

  • Plan-Umfangs-Längsschleifen  (Flächenschleifen, Planen von großen Flächen)
  • Plan-Umfangs-Quer-Schleifen – zum Erzeugen von großen ebenen Flächen (auch Nutenschleifen, Profilschleifen)
  • Längs-Seiten-Planschleifen

In den o.g. Verfahren kann sowohl im Pendel- wie im Tiefschliff gearbeitet werden:

Im Pendelschliff fährt die Schleifscheibe rechtwinklig zur Bezugskante „vorwärts und rückwärts“ über das Werkstück – sie pendelt also. Dieses Verfahren gilt als die älteste Variante des Flachschleifens und ist von geringen Schnitttiefen – nur 0,005 bis 0,2 Millimeter – und hohen Tischgeschwindigkeiten – 15 bis 30 m/min – gekennzeichnet. Das Verfahren überzeugt als kostengünstige Methode für leicht schleifbare Materialien, kleine Losgrößen und geringe Materialabträge sowie relativ niedrige Investitionen in die Maschinen.

Beim Tiefschleifen wird im Gegensatz zum Pendelhubschleifen mit relativ großen Schnitttiefen aber relativ langsamer Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet. Das Gesamtaufmass wird in der Regel in wenigen Durchgängen abgetragen. Das Tiefschleifen ermöglicht es, dass Zeitspanungsvolumen (Q’w) im Vergleich zum Pendelschleifen zu steigern und somit die Zykluszeiten erheblich zu verkürzen. Es erzeugt die Werkstückform mit großen Zustellungen von bis zu 15 Millimetern in einem Schleifdurchgang. Weil die Kontaktlänge zwischen Werkstück und Schleifscheibe ansteigt, verlangt es aber offenporige Schleifscheiben von geringer Härte und eine kontinuierliche Kühlschmiermittelzuführung in großen Mengen. Das Verfahren überzeugt besonders in der Endbearbeitung von genauen Profilen wie z.B. Führungsbahnen und Klemmprofile von Turbinenschaufeln.

Prinzipiell können beim Plan- bzw. Doppelplanschleifen mehrere gleiche Bauteile auf einmal auf einer Maschine geschliffen werden, was die Produktivität verbessert.

Spezialverfahren Planschleifen

Flachhonen

Beim Planschleifen mit Planetenkinematik (auch als Flachhonen bezeichnet) beschreiben die Werkstücke während der Bearbeitung auf den Schleifbelägen zykloide Bahnen. Die Werkstücke werden dabei spannungsfrei in Läuferscheiben geführt, die wie die Planetenräder in einem Planetengetriebe um das Maschinenzentrum herumlaufen.
Diese Art der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück führt zu einem außerordentlich ebenen Materialabtrag, wie er für die hochpräzise Planbearbeitung unabdingbar ist.

Doppelseitenplanschleifen

Dies dient zur Bearbeitung hochgenauer planparalleler Werkstücke, wie z.B. Stirnseiten von Bauteilen wie Pleueln, Kolbenringen oder Lagerringen, an die heutzutage höchste Anforderungen bei modernen Motoren gestellt werden. Hier ist absolute Planparallelität gefordert. Denn je enger die Laufspiele an den Stirnseiten werden, umso besser muss die Oberfläche geschliffen sein, um das Abreißen des Ölfilms zu verhindern. Beim Doppelseitenplanschleifen werden die Werkstücke, zu denen auch Zahnräder, Distanz- und Dichtscheiben zählen, in einem Arbeitsgang beidseitig von zwei ringförmigen, ebenen Arbeitsscheiben geschliffen, die jeweils mit einem Schleifbelag versehen sind. Aktuelle Maschinen verfügen heute über Schnittgeschwindigkeiten bis 90 m/s und sind daher besonders für den CBN Einsatz geeignet.

Tauchschleifverfahren

Als Besonderheit des Planschleifens gilt das von Wendt 1960 erfundene Tauchschleifverfahren: In diesem Verfahren führt die Maschine eine Topfscheibe stets von oben auf das Werkstück und schleift in nur einem Arbeitsgang das gesamte Aufmaß des Werkstückes bis zum Fertigmaß. Es dient u.a. zur Bearbeitung von Wendeschneidplatten in der Werkzeugindustrie.

Nano-Planschleifen

Für die Planarisierung von Keramiksubstraten (Wafer), sowie die Oberflächenbearbeitung (Winkel, Schräge, Seitenwände) von kleinen Chips oder zur Endbearbeitung von hochfesten Keramiken bietet sich als Alternative zum Planschleifverfahren bzw. Läppen das Nanoschleifverfahren an. Bei der am Institut für Mikroproduktionstechnik der Universität Hannover entwickelten Technologie handelt sich um ein Ultrapräzisionsverfahren zur Herstellung solcher ebenen bzw. leicht gekrümmten Oberflächen. Während beim Läppen das Korn zwischen Werkstück und Werkzeug eine Wälzbewegung ausführt, ist beim Nanoschleifen das Schneidkorn in einer weichen, metallischen Arbeitsscheibe gebunden. In der Generierungsphase wird das Nanoschleifwerkzeug durch Einbetten von 0,5 bis 1 µm großen Diamanten in eine Zinn-Arbeitsscheibe erzeugt, in der Arbeitsphase erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks mit diesem Werkzeug. Im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren erreicht das Nanoschleifen sowohl hohe Oberflächengüten als auch relativ hohe Abtrennraten.

Schleifmittel für das Planschleifen

Dem Planschleifen liegt ein bahngebundenes Wirkprinzip zugrunde, da das starr gebundene Korn auf einer vorgegebenen Bahn in das Werkstück eindringt. Bei der Auswahl
des geeigneten Schleifmittels mit der optimalen Korngröße, Bindung und Konzentration der Schleifscheibe gelten prinzipiell die gleichen Einsatzkriterien wie für das Rundschleifen. Die Bindung der Körner in einer Scheibe wird vorzugsweise nach dem zu bearbeitenden Werkstoff (Stahl, Cermet, Keramik, PKD, oder Hartmetall) ausgewählt. Beim Planschleifen kommen konventionelle Scheiben mit Siliziumkarbid-, Edelkorund und Sinterkorund-Schleifmitteln zum Einsatz. Bei einer hohen Härte und Verschleißfestigkeit der zu bearbeitenden sprödharten Materialien (z.B. hochlegierte Werkzeugstähle, Keramiken, Einkristalline) kommen vorzugsweise Schleifscheiben aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN), nach Diamant das zweithärteste bekannte Material, als Schneidstoff zum Einsatz. Solche Schleifscheiben haben in der Praxis Standzeiten, die ausreichen mehrere Hunderttausend Teile zu bearbeiten. Der Schleifscheibendurchmesser muss dabei jeweils zur Werkstückgröße passen.

Weitere Details zu den verschiedenen Schleifmitteln finden Sie auch in unserem Artikel über das Rundschleifen.