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Gleitschleifen

2018-07-15T18:47:22

Die Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit von kontaktierenden Körpern ist ein wesentlicher Aspekt tribologischer Untersuchungen. Ein gleichmäßiges, glattes Oberflächenprofil und eine geeignete Schmierung verringern den Verschleiß und erhöhen die Produktlebensdauer (z.B. bei Zahnrädern). Durch verschiedene Endbearbeitungen, zum Beispiel das Gleitschleifen, kann das Einlaufen reduziert werden. Beim Gleitschleifen werden die Rauheitsspitzen abgetragen und dadurch der Metallabrieb verringert. Wird zum Beispiel eine Ölschmierung verwendet, wirkt sich der geringere Metallabrieb positiv auf die Verschmutzung des Öls aus. Das Ölwechselintervall kann deutlich verlängert werden. 

Das Gleitschleifen ist als ein bewährtes Verfahren zum Glätten, Polieren oder Schleifen von Oberflächen bekannt. Aufgrund der relativ geringen Abtragsrate ist es jedoch für viele Prozesse ungeeignet. Hinzu kommt, dass Zahnräder wegen ihrer komplexen Bauteilgeometrie mit Mikroschleifkörpern (Größe: 0,5 – 1 mm) bearbeitet werden müssen, was wiederum die Abtragsrate verringert.

Das neue Gleitschleifverfahren des Maschinenherstellers OTEC Präzisionsfinish GmbH bringt bei der Oberflächenbearbeitung hohe Energie in das Werkstück ein und erzielt dadurch eine höhere Abtragsleistung bei Prozesszeiten von 1 min bis 2 min. Beim sogenannten Pulsfinish (Abb. 1) werden die zu bearbeitenden Werkstücke (z. B. Zahnräder) zur Oberflächenbearbeitung einzeln aufgespannt und in einem strömenden Schleif- oder Poliermedium abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung bearbeitet. Das Abbremsen und die erneute Beschleunigung auf 2000 rpm benötigen jeweils nur 0,5 s, was Relativgeschwindigkeiten von bis zu 30 m/s und Beschleunigungen bis zu 40 G entspricht. In einer Maschine mit vier Werkstückhaltern kann auf diese Weise in 15 s bis 20 s ein Werkstück fertig bearbeitet werden. Tribologischen Einfluss haben bei der Bearbeitung vor allem die Parameter Drehzahl und Schwenkwinkel der Werkstücke, Pulszeit, Eintauchtiefe und das Verfahrensmittel. 

Abb. 1: Drehrichtungswechsel beim Puls-Finishing

 

Tribologische Untersuchungen an 2-Scheiben-Wälzproben mit Pulsfinish-Oberflächen mit Darstellung des Oberflächenprofils zeigen, dass gleichmäßige, glatte Oberflächen mit Mikro-Kavitäten und geringen Rpk-Werten den geringsten Verschleiß erzeugen und Reibungsverluste verringern. In den Mikro-Kavitäten kann sich das Schmieröl wie in Öltälern sammeln und wird bei Kontakt nicht verdrängt, wie das bei herkömmlichen Schleifriefen der Fall ist (Abb. 2).

Abb. 2: Oberflächenvergleich vor (links) und nach dem Gleitschleifen

 

Der Reibwert im Wälzkontakt, maßgeblich beeinflusst von den Kennwerten Rk und Rpk, konnte bei gleitgeschliffenen Scheiben nachweislich um bis zu 30 % verringert werden. Dass vor allem die Kernrauhtiefe Rk und die Spitzenhöhe Rpk von Bedeutung sind, hängt vermutlich damit zusammen, dass Rpk zunächst für den Einlaufvorgang relevant ist und Rk für den weiteren Betrieb. Eine reduzierte Spitzenhöhe Rk verbessert den Traganteil der Oberfläche bei gleichbleibendem Ra-Wert. Selbst eine minimale Änderung der taktil gemessenen Rauheitskennwerte bringt eine deutliche Verbesserung der Oberflächencharakteristik, wie Abbildung 3 und 4 am Beispiel einer Nockenwelle zeigen. Mit dem Pulsfinish-Verfahren lassen sich Rauheitswerte von Ra = 0,1 µm und Rpk  < 0,1 µm erzielen. 

Abb. 3: Herkömmlicher Schleifprozess mit Ra = 0,2 µm und Rpk < 0,2 µm

Abb. 4: Gleitschleifen mittels Puls-Finishing mit Ra = 0,1 µm und Rpk < 0,1 µm

 

Der geringere Reibwert hat weitere vorteilhafte Effekte im Sinne einer ganzheitlichen Verbesserung der Bauteileigenschaften und längeren Lebensdauer der Teile. Er verringert die Wärmeentwicklung und erhöht dadurch den Wirkungsgrad sowie die Energieeffizienz des jeweiligen tribologischen Systems. Außerdem mindert er die Geräuschentwicklung um bis zu 50 % im Vergleich zu herkömmlich geschliffenen Teilen. Durch weniger Pressungsüberhöhungen beugt er zudem Ermüdungsschäden vor. 

Quelle: OTEC Präzisionsfinish GmbH, Straubenhardt