Rundschleifen – Gut zu wissen

Rundschleifen - Gut zu wissen

Allgemeine Schleiftechnik

Die ständig wachsenden Qualitätsansprüche an das geschliffene Werkstück fordern eine zunehmende Automation der Fertigung. Für diese anspruchsvollen Aufgaben stehen hochentwickelte Maschinen und Schleifwerkzeuge zur Verfügung. Das wirtschaftliche Potenzial lässt sich jedoch nur dann ausschöpfen, wenn auch die Grundlagen des Schleifprozesses bekannt sind.

Wesentliche Einflussgrößen auf den Schleifprozess

Damit ein Schleifprozess richtig optimiert werden kann, muss bekannt sein, nach welchen Zielgrößen der Prozess optimiert werden soll.
Die Forderung nach möglichst großer Abtragsleistung steht dabei nicht immer im Vordergrund.

Zielgrößen können auch eine hohe Oberflächengüte, geringe Schleifkräfte, präzise Formgenauigkeit oder kurze Schleifzeiten sein. Je nach gewählten Maschineneinstelldaten wird dabei die Einzelkornbelastung und somit die „Wirkhärte“ der Schleifscheibe beeinflusst:
Die Wirkhärte ist für das Erzielen eines optimalen Schleifprozesses von entscheidender Bedeutung und soll deshalb in der Folge mittels 5 Parametern genauer beschrieben werden:

a) Zustellung: ae
b) Werkstückgeschwindigkeit: vw
c) Schnittgeschwindigkeit: vc
d) Scheibendurchmesser: ds
e) Schmierfähigkeit des Kühlmittels

a) Änderung der Zustellung: ae

ERHÖHUNG DER
WERKSTÜCKGESCHWINDIGKEIT
REDUKTION DER
WERKSTÜCKGESCHWINDIGKEIT
Die Zerspanleistung wird größerDie Zerspanleistung wird kleiner
Die Späne werden gröberDie Späne werden feiner
Das einzelne Korn wird stärker belastetDas einzelne Korn wird weniger belastet
Die Splitterneigung des Korns wird
erhöht
Die Splitterneigung des Korns wird
verringert
→ Die Schleifscheibe wirkt weicher→ Die Schleifscheibe wirkt härter

b) Änderung der Werkstückgeschwindigkeit vw

ERHÖHUNG DER
WERKSTÜCKGESCHWINDIGKEIT
REDUKTION DER
WERKSTÜCKGESCHWINDIGKEIT
Die Zerspanleistung wird größerDie Zerspanleistung wird kleiner
Die Späne werden gröberDie Späne werden feiner
Das einzelne Korn wird stärker belastetDas einzelne Korn wird weniger belastet
Die Splitterneigung des Korns wird
erhöht
Die Splitterneigung des Korns wird
verringert
→ Die Schleifscheibe wirkt weicher→ Die Schleifscheibe wirkt härter

c) Änderung der Schnittgeschwindigkeit vc

ERHÖHUNG DER
SCHNITTGESCHWINDIGKEIT
REDUKTION DER
SCHNITTGESCHWINDIGKEIT
Pro Zeiteinheit sind mehr Schneiden im
Eingriff
Pro Zeiteinheit sind weniger Schneiden
im Eingriff
Die Späne werden feinerDie Späne werden gröber
Das einzelne Korn wird weniger
belastet
Das einzelne Korn wird mehr
belastet
Die Splitterung des Korns wird verringertDie Splitterung des Korns wird erhöht
→ Die Schleifscheibe wirkt härter→ Die Schleifscheibe wirkt weicher

d) Änderung des Scheibendurchmessers ds

SCHEIBENDURCHMESSER GRÖSSESCHEIBENDURCHMESSER KLEINER
Kontaktfläche A k zwischen Scheibe und
Werkstück wird größer
Kontaktfläche A k zwischen Scheibe und
Werkstück wird kleiner
Die Schleifkräfte bleiben praktisch
unverändert
Die Schleifkräfte bleiben praktisch
unverändert
Das einzelne Korn wird weniger belastetDas einzelne Korn wird mehr belastet
Die Splitterneigung des Korns wird
verringert
Die Splitterneigung des Korns wird
erhöht
→ Die Schleifscheibe wirkt härter→ Die Schleifscheibe wirkt weicher

e) Änderung der Schmierfähigkeit des Kühlmittels

ERHÖHUNG DER SCHMIERFÄHIGKEITREDUKTION DER SCHMIERFÄHIGKEIT
Die Reibungsverhältnisse werden
günstiger
Die Reibungsverhältnisse werden
ungünstiger
Das einzelne Korn wird weniger belastetDas einzelne Korn wird mehr belastet
Die Splitterneigung des Korns wird
verringert
Die Splitterneigung des Korns wird
erhöht
→ Die Schleifscheibe wirkt härter→ Die Schleifscheibe wirkt weicher

Der Aggressivitätsfaktor Fa

Um die Leistung einer Schleifscheibe zu beurteilen, wird oft das bezogene Zeitspanvolumen Q’w, das den Materialabtrag in mm3/mm/s angibt, verwendet. Zur Berechnung von Q’w werden die beiden Parameter Tiefenzustellung ae und der Vorschub vw eingesetzt. Die einfache Formel zur Berechnung lautet wie folgt:

Will man nun die Abtragsleistung erhöhen, stellt sich die Frage, ob es nun besser ist, den Vorschub oder die Tiefenzustellung zu erhöhen. Hier wird die Beschränkung des bezogenen Zeitspanvolumens schnell ersichtlich, denn Vorschub und Tiefenzustellung werden in der Q’w-Formel gleich gewichtet. Ein weitergehendes Konzept wurde von Dr. Jeffrey Badger (www.TheGrindingDoc.com) entwickelt.

 

Dr. Badger nannte dies die „Aggressivität“ einer Schleifscheibe. Dieses Konzept wird nachfolgend dargestellt und beruht auf folgenden Einsatzparametern:

  • Kontaktbogenfläche Ak
  • Tiefenzustellung pro Überlauf ae
  • Scheibendurchmesser ds
  • Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe vc
  • Vorschub vw

Aufgrund der obigen Werte wird ein dimensionsloser Aggressivitätsfaktor (Fa) ermittelt, der es bei Zuordnung zu einzelnen Schleifverfahren und Schleifscheiben erlaubt, Prozesse abzugleichen und somit schnell zu erkennen, ob im optimalen Bereich gearbeitet wird oder nicht. Dies ist dann unabhängig davon, ob Scheibendurchmesser ds oder Umfangsgeschwindigkeit vc, Vorschub vusw. von Prozess zu Prozess unterschiedlich sind. Grundsätzlich bezieht sich der Aggressivitätsfaktor Fa auf die Spanmenge und die Spandicke hmom und deren Einfluss auf das Prozessverhalten der Schleifscheibe.

Betrachtet man die Änderung der vier folgenden Parameter, Umfangsgeschwindigkeit vc, Vorschub vw, Tiefenzustellung ae und Scheibendurchmesser ds, so ändern sich die Spanmenge wie auch die Spandicke und somit die Aggressivität wie nachstehend im Einzelnen dargestellt.

Änderung der Umfangsgeschwindigkeit vc

Wenn außer der Umfangsgeschwindigkeit vc alle weiteren Parameter gleich bleiben, so wird die Schleifscheibe mit abnehmender Umfangsgeschwindigkeit vc aggressiver, da die Korneindringung erhöht wird und die Spandicke zunimmt; bei zunehmender Geschwindigkeit vc wirkt die Schleifscheibe weniger aggressiv, da die Späne aufgrund der geringeren Korneindringung dünner werden und die Einzelkornbelastung abnimmt.

Änderung der Tiefenzustellung ae

Wenn außer der Tiefenzustellung ae alle weiteren Parameter gleich bleiben, so wird die Schleifscheibe mit zunehmender Tiefenzustellung ae aggressiver, da die Spandicke zunimmt; bei abnehmender Tiefenzustellung ae wirkt die Schleifscheibe weniger aggressiv, da die Spandicke und Spanmenge sowie die Einzelkornbelastung reduziert werden.

Änderung des Vorschubs vw
Wenn außer dem Vorschub vw alle weiteren Parameter gleich bleiben, so wird die Schleifscheibe mit zunehmendem Vorschub vw aggressiver, bei abnehmendem Vorschub vw wirkt die Schleifscheibe weniger aggressiv, da die Spanmenge und die Einzelkornbelastung reduziert werden. Eine Verdoppelung des Vorschubes vw wirkt sich mehr auf die Zunahme der Aggressivität Fa aus als eine Verdoppelung der Tiefenzustellung ae. Dies hat damit zu tun, dass bei erhöhter Tiefenzustellung die Kontaktlänge lk (und somit die Kontaktbogenfläche Ak) zunimmt und dadurch die Einzelkornbelastung entsprechend reduziert wird, obwohl insgesamt mehr Material abgetragen wird. Dieser Materialabtrag verteilt sich aber über mehr Körner. Durch eine Verdoppelung der Zustelltiefe verhält sich der Kontaktbogen lk aufgrund der geometrischen Verhältnisse aber nicht proportional, sondern nimmt in der Wurzel des Erhöhungsfaktors zu.

Dass sich die gleiche Änderung von Vorschub vw und Tiefenzustellung ae nicht proportional verhält, ist auch aus der Formel zur Berechnung der Aggressivität Fa ersichtlich:

Formel zur Berechnung des Aggressivitätsfaktors Fa

Die Konstante 16,7 kommt aus der Abgleichung der Einheiten (mm – m und Minuten – Sekunden zustande: 1000/60 = 16,7).

Eine Erhöhung der Zustellung oder des Scheibendurchmessers von „x“ entspricht der Zunahme der Kontaktlänge lk von „Wurzel x“ und somit in gleichem Maße der Kontaktbogenfläche Ak (Ak = Scheibenbreite bs x lk), zum Beispiel bedeutet eine Verdoppelung eines der Faktoren eine Zunahme der Kontaktlänge lk oder der Kontaktbogenfläche Ak von 1,414. Nachfolgende Illustrationen zeigen die Formel zur Berechnung der Kontaktlänge lk und somit auch der Kontaktbogenfläche Ak mittels der Scheibenbreite bs auf.

Darstellung der Kontaktbogenfläche Ak

Änderung des Scheibendurchmessers ds

Wenn außer dem Schleifscheibendurchmesser ds alle weiteren Parameter gleich bleiben, so wird die Schleifscheibe mit kleinerem Durchmesser aggressiver, weil die Einzelkornbelastung zunimmt, da jetzt weniger Körner am Umfang die gleiche Arbeit zu erledigen haben. Zudem dringt ein Korn bei kleinerem Durchmesser steiler in den Werkstoff ein und wirkt somit aggressiver.

Ein hoher Aggressivitätsfaktor Fa bedeutet:

  • Hohe Einzelkornbelastung
  • Bessere Selbstschärfung der Schleifscheibe
  • Die Scheibe wirkt weicher
  • Niedrigere spez. Schnittkraft
  • Schlechtere Oberflächengüte
  • Mehr schneiden als reiben

Ein niedriger Aggressivitätsfaktor Fa bedeutet:

  • Niedrige Einzelkornbelastung
  • Geringere Selbstschärfung
  • Die Scheibe wirkt härter
  • Höhere spez. Schnittkraft
  • Bessere Oberflächengüte
  • Weniger schneiden, mehr pflügen

Vergleich Tiefschleifen – Flachpendelschleifen

Der Vergleich dieser beiden Verfahren, die gleiche Werkstückgeometrien mit ganz verschiedenen Strategien fahren, gibt Aufschluss, wie das Einzelkorn im Prozess belastet wird. Wie sieht nun der Aggressivitätsfaktor zwischen den beiden Verfahren aus, wenn das gleiche bezogene Zeitspanvolumen zugrunde liegt?

 

TIEFSCHLEIFENFLACHPENDELSCHLEIFEN
Vorschub150 mm/min30.000 mm/min
Zustellung5 mm/Überlauf0,025 mm/Überlauf
Umfangsgeschwindigkeit25 m/s25 m/s
Zeitspanvolumen12,5 mm3/mm/sec12,5 mm3/mm/sec
Scheibendurchmesser400 mm400 mm
Spandicke0,5 μm0,5 μm
Aggressivität11,8158
Kontaktlänge lk44,7 mm3,16 mm

Hier wird gleich ersichtlich, dass das Flachpendelschleifen viel aggressiver ausfällt als das Tiefschleifen. Dies hat mit den sehr viel höheren Vorschüben zu tun. Die Scheibe wird im Flachpendelschleifen aufgrund dessen weit mehr belastet und in der Praxis sind Q’w-Werte beim Tiefschleifen von 20 mm3/mm/s durchaus realistisch, wobei dann die Fa-Werte bei 15 bis 20 liegen.

Beim Flachpendelschleifen sind die Q’w-Werte niedriger zwischen 3 bis 5 mm3/mm/s angesiedelt und die Fa-Werte liegen zwischen 60 und 80. Hier zeigt sich aber gleich, dass zwischen verschiedenen Verfahren kein direkter Vergleich aus den Fa-Werten gezogen werden kann, sondern dass die einzelnen Verfahren getrennt gewichtet werden müssen.

Nun stellt sich die Frage nach dem Nutzen dieses Aggressivitätsfaktors Fa. Für gleiche Prozesse bietet sich dieser Faktor an, ideale Werte zu etablieren, und dann kann die Formel nach den einzelnen Parametern, wie zum Beispiel verschiedene Scheibendurchmesser oder Umfangsgeschwindigkeiten, aufgelöst werden. Dies hilft sehr rasch, Prozesse auf hohem Niveau zu kalibrieren und Schleifzeiten im Voraus zu berechnen.

Eine weitere Frage ist, ob es etablierte Aggressivitätsfaktoren Fa gibt, und wenn ja, wie diese für verschiedene Verfahren eingesetzt werden können. Diese Faktoren haben sich bei 3M Schleifscheiben bewährt:

  • Kontinuierliches Wälzschleifen von Zahnflanken Fa = 40 bis 50
  • Zahnflankenschleifen mit Einprofilscheiben Fa = 25 bis 35
  • Tiefschleifen Fa = 15 bis 20
  • CD-Tiefschleifen Fa = 20 bis 25
  • Flachpendelschleifen Fa = 60 bis 80

Bei beiden Zahnflankenprozessen muss aber beachtet werden, dass die effektive Zustellung aeeffektiv eingesetzt wird und nicht die radiale Zustellung ae (ae x Sinus-Eingriffswinkel), und beim kontinuierlichen Wälzschleifen muss der Vorschub aus der spiralförmigen Wirkbahn zuerst linear umgerechnet werden.

Härtevergleichstabelle

ROCKWELLVICKERS
HRcHRaHRdHV
50,576,163,5520
51,176,463,9530
51,776,764,4540
52,377,064,8550
53,077,465,4560
53,677,865,8570
54,178,066,2580
54,778,466,7590
55,278,667,0600
55,778,967,5610
56,379,267,9620
56,879,568,3630
57,379,868,7640
57,880,069,0650
58,380,369,4660
58,880,669,8670
59,280,870,1680
59,781,170,5690
60,181,370,8700
61,081,871,5720
61,882,272,1740
62,582,672,6760
63,383,073,3780
64,083,473,8800
64,783,874,3820
65,384,174,8840
65,984,475,3860
66,484,775,7880
67,085,076,1900
67,585,376,5930
68,085,676,9940


Internationale Oberflächenvergleichstabelle

RARTRZRMSCLAPVA
mmmmmmmmmmmm
0,0250,200,161,121,06,3
0,0500,400,322,202,012,0
0,0600,500,382,702,416,0
0,0800,600,503,603,220,0
0,1000,800,604,504,025,0
0,1201,000,755,305,032,0
0,1601,251,007,106,340,0
0,2001,501,259,008,050,0
0,2502,001,6011,2010,063,0
0,3102,502,0014,0012,580,0
0,4003,202,5018,0016,0100,0
0,5004,003,2022,4020,0125,0
0,6305,004,0028,0025,0160,0
0,8006,305,0035,5031,5200,0
1,0008,006,3045,0040,0250,0
1,25010,008,0056,0050,0320,0
1,60012,3010,0071,0063,0400,0

Ra * = Arithmetischer Mittenrauwert DIN
CLA = Center Line Average
RMS = Root Mean Square Average Height
PVA = Peak to Valley Average Height

Die meisten der in der Tabelle einander zugeordneten Reihen stehen in keiner mathematischen Beziehung zueinander und sollten daher nur als Richtwerte angesehen werden.

*Ra: Das arithmetische Mittel der absoluten Beträge aller Profil ordinaten innerhalb der Gesamtmessstrecke lm nach dem Ausfiltern von Formabweichungen und gröberen Anteilen der Welligkeit. Im angelsächsischen Messsystem fällt CLA (Center Line Average) in die gleiche Kategorie.

Oberflächenvergleichstabelle für Rmax

RMAX(ΜM)RA(ΜM)RZ(ΜM)
0,10,0020,1
0,20,030,2
0,30,050,3
0,40,070,4
0,50,090,5
0,60,100,5
0,70,120,6
0,80,140,7
0,90,150,8
1,00,170,9
1,20,201,1
1,40,241,3
1,60,271,4
1,80,311,6
2,00,341,8
2,40,412,2
2,80,482,5
3,20,542,9
3,60,613,2
4,00,683,6
4,50,774,1
5,00,854,5
5,50,945,0
6,01,025,4
7,01,196,3
8,01,367,2
9,01,538,1
10,01,709,0

Drehzahlen / Umfangsgeschwindigkeit

ØUMFANGSGESCHWINDIGKEIT VC (IN M/S)
mm202530354045506380
2019.10023.87028.65033.42038.20042.97047.75060.16076.390
2515.28019.10022.92026.74030.56034.38038.20048.13061.120
3211.94014.92017.90020.89023.87026.86029.84037.60047.750
409.55011.94014.32016.71019.10021.49023.87030.08038.200
507.6409.55011.46013.37015.28017.19019.10024.06030.560
636.0607.5809.09010.61012.13013.64015.16019.10024.250
804.7705.9707.1608.3609.55010.74011.94015.04019.100
1003.8204.7705.7306.6807.6408.5909.55012.03015.280
1153.3204.1504.9805.8106.6407.4708.30010.46013.290
1253.0603.8204.5805.3506.1106.8807.6409.63012.220
1502.5503.1803.8204.4605.0905.7306.3708.02010.190
1752.1802.7303.2703.8204.3704.9105.4606.8808.730
1802.1202.6503.1803.7104.2404.7705.3106.6808.490
2001.9102.3902.8603.3403.8204.3004.7706.0207.640
2301.6602.0802.4902.9103.3203.7404.1505.2306.640
2501.5301.9102.2902.6703.0603.4403.8204.8106.110
3001.2701.5901.9102.2302.5502.8603.1804.0105.090
3501.0901.3601.6401.9102.1802.4602.7303.4404.370
4009501.1901.4301.6701.9102.1502.3903.0103.820
4508501.0601.2701.4901.7001.9102.1202.6703.400
5007609501.1501.3401.5301.9101.9102.4103.060


Diese Tabelle enthält die Drehzahlen ns (pro Minute) in Abhängigkeit des Durchmessers ds der Schleifscheibe (in mm) und der Umfangsgeschwindigkeit vc (in m/s).

FAQ

Was ist Rundschleifen?

Rundschleifen ist ein Schleifverfahren, das zur Bearbeitung von zylindrischen Oberflächen verwendet wird. Dabei wird das Werkstück zwischen Spitzen oder in einer Spannvorrichtung fixiert und rotiert, während ein Schleifwerkzeug Material abträgt. Dieses Verfahren ermöglicht eine hohe Präzision und Oberflächengüte. Für optimale Ergebnisse empfehlen wir 3M™ Schleifmittel.

Welche Drehzahl sollte ich für das Rundschleifen verwenden?

Die optimale Drehzahl für das Rundschleifen hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Material, dem Schleifmittel und der gewünschten Oberflächenqualität. Als Faustregel gilt: Je härter das Material, desto niedriger die Drehzahl. Für allgemeine Anwendungen empfehlen wir eine Drehzahl zwischen 1.500 und 3.000 U/min. Spezifische 3M™ Schleifmittel, wie die 3M™ Cubitron™ II Schleifscheiben, können dabei helfen, optimale Ergebnisse zu erzielen.

Wie messe ich Verzahnungen?

Verzahnungen messen Sie am besten mit einem speziellen Verzahnungsmessgerät. Dieses erfasst Parameter wie Modul, Teilkreisdurchmesser, Kopfkreisdurchmesser, Fußkreisdurchmesser und Zahnbreite. Für eine genaue Messung ist es wichtig, das Werkstück sauber zu halten. Hierfür empfehlen wir das 3M™ Scotch-Brite™ Reinigungsvlies. Es entfernt effektiv Schmutz und Öl, ohne die Oberfläche zu beschädigen.

Von den 3M™ Schleifexperten: Unverbindliche Beratung für Ihr Unternehmen

Ja, ich habe die 3M Datenschutzrichtlinien gelesen, verstanden und akzeptiert.