Studer WireDress: Abrichten metallgebundener Schleifscheiben

Die Abrichteinheit ist vom Prinzip her eine Drahterodiermaschine – eine Studer-Neuentwicklung zum Abrichten von metallgebundenen Diamant- und CBN-Schleifscheiben direkt in der Schleifmaschine.

Metallgebundene Schleifscheiben punkten besonders beim Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe wie hochlegierte, gehärtete Stähle, Hartmetalle sowie Keramiken. Derartige Scheiben sind besonders form- und temperaturbeständig und leiten die beim Schleifen entstehende Wärme schneller ab. Die Schleifscheiben bestehen aus einer gesinterten metallischen Matrix mit eingebetteten Diamant- oder CBN-Körnern (CBN = Kubisch Kristallines Bornitrid). Sie erzielen besonders hohe Zerspanungsleistungen, weil die Metallbindung die Schleifkörner sehr gut festhält.

Beispiel einer MD25 Schleifscheibe Ø 400 mm, komplexes Profil mit WireDress® abgerichtet.

Besonders effektiv: elektroerosives Abrichten

Den Vorteilen der Metallbindung stehen jedoch auch Nachteile gegenüber, denn das Abrichten dieser Scheiben ist mit höherem Aufwand verbunden. Das Abrichten mit Siliziumcarbid-Scheiben z. B. erzielt oft keine zufriedenstellenden Ergebnisse, feingliedrige Profile sind nicht möglich. Zudem lassen sich die Schleifkörner mechanisch nur schwer aus der metallische Matrix herauslösen und werden dabei mitunter beschädigt. Außerdem arbeitet es nicht jene hohen Kornüberstände heraus, wie sie zum Erreichen der vollen Leistungsfähigkeit derartiger Schleifscheiben optimal wären. Die extrem harten Schleifkörner metallgebundener Schleifscheiben führen auch zu einer starken Abnützung der Abrichtscheiben.

Alternativen sieht die Fachwelt z. B. in elektrochemischen (ECM) und elektroerosiven (EDM) Abrichtverfahren. Beide arbeiten hohe Kornüberstände heraus und funktionieren berührungslos. Elektroerosive Abrichtverfahren benötigen jedoch keine chemisch aktive Flüssigkeit zum Abtragen der metallischen Bindung, denn sie nutzen das Grundprinzip von EDM Funkenerodiermaschinen (EDM = electrical discharge machining), die schon seit vielen Jahren für Präzisionsbearbeitungen eingesetzt werden. Ebenso wie bei diesen erfolgt der Materialabtrag berührungslos durch extrem kurze, schnell aufeinanderfolgende Gleichstrompulse, die im Spalt zwischen Elektrode und Werkstück im Dielektrikum eine Entladung erzeugen. Während der Entladung werden winzige Bereiche der Metallbindung der Schleifscheibe geschmolzen und als kleine Partikel vom Dielektrikum aus dem Spalt gespült.

Die WireDress®-Technologie erlaubt freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,05 mm und Außenradien von 0,2 mm.

Integriertes Abrichten durch Drahterosion

Mit Studer-WireDress® bringt die Fritz Studer AG ein völlig neuartiges, mit dem Prinzip der Drahterosion arbeitendes Abrichtgerät auf den Markt, das in die Schleifmaschine und deren Steuerung vollständig integriert ist. Die Schleifscheibe muss also zum Abrichten nie demontiert werden. Durch den hohen Kornfreistand ist die Scheibe sehr schnittig. Dadurch gelangt viel mehr Schleiföl in den Schleifspalt, wodurch ein hoher Vorschub bei geringerer Werkstückabdrängung möglich ist. Die Abrichtintervalle können länger sein. Da jedoch der Abrichtprozess so wenig Aufwand verursacht, kann bei besonders komplexen Konturen auch in kürzeren Abständen abgerichtet werden. Da der Anwender die Vorteile metallgebundener Schleifscheiben nun beim Schruppen und Schlichten voll ausnutzen kann, amortisiert sich das Studer-WireDress®-Abrichtsystem in weniger als einem Jahr.

Das Abrichtgerät ist vom Prinzip her eine kleine Drahterodiermaschine. Die Elektrode ist ein Draht, der mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 mm/s mit einem kleinen Spalt tangential an der Bearbeitungsstelle vorbei gezogen wird. Der Gegenpol ist die Schleifscheibe, die sich während des Abrichtens mit Umfangsgeschwindigkeiten von 50 bis 140 m/s bewegt. Es ist kein eigenes Dielektrikum erforderlich, denn das beim Schleifen eingesetzte Schleiföl erfüllt diese Funktion. Der Abrichtdraht wird in einer Rille am Umfang einer dünnen, kreisförmigen Keramikscheibe geführt. An der Stelle, wo die Funken zwischen dem Draht und der Schleifscheibe überspringen, besitzt die Keramikscheibe eine Aussparung.

Beim Abrichten einer typischen Metallbindung können Vorschübe von 15 bis 25 mm/min erreicht werden. Auf diese Weise werden auf der Schleifscheibe weitgehend freie Geometrien und fein gegliederte Konturen mit Innenradien von 0,2 mm und Außenradien von 0,05 mm erzeugt. Dabei werden Abtragsraten von bis zu 80 mm³/min erreicht. Das Korn behält bei diesem berührungslosen Abrichtverfahren seine ursprüngliche Form.

Da der Draht während des Abrichtprozesses kontinuierlich weiterbewegt wird, befindet sich immer eine Elektrode mit exakter Geometrie an der Abrichtposition. Auf der Drahtrolle in der Abrichteinheit befinden sich 10 km Draht. Mit diesem Vorrat könnte ca. 16 Stunden lang ohne Pause abgerichtet werden.

Steuerung in Schleifmaschinensteuerung integriert

Die Steuerung von Studer-WireDress® ist in die Steuerung der Schleifmaschine integriert. Sie hat alle erforderlichen Abrichtfunktionalitäten und enthält auch eine Software für intelligentes Profilieren mit Bahnoptimierung (StuderDress integrated). Der Schleifer benötigt für die Bedienung des Abrichtgerätes keine spezielle Ausbildung, er wird von den übersichtlichen und transparenten Vorgaben auf dem Bildschirm der Steuerung geführt.

Die Entwicklung der WireDress®-Technologie von der Grundlagenforschung über die Erprobung bis zum Industrieprodukt in sieben Jahren, wurde auch auf der S22 durchgeführt. Dies ist eine Produktions-Plattform für die Massenfertigung von Werkstücken mittlerer Größe. Sie ermöglicht Bearbeitungen wie Rundschleifen, Formen- und Gewindeschleifen, Heavy-Duty-Anwendungen mit 160 mm breiten Schleifscheiben oder Hochgeschwindigkeitsschleifen (HSG) mit Schnittgeschwindigkeiten bis 140 m/s. Studer-WireDress® wird auch auf den CNC-Universal-Rundschleifmaschinen S31 und S41 angeboten.