Im Bereich der Hartfeinbearbeitung von Lagersitzen und Planflächen an Getriebezahnrädern ist das Schleifen meist die wirtschaftlichste Prozesstechnologie, vor allem bei mittleren bis hohen Zerspanungsvolumina. In den letzten Jahren hat sich dabei zunehmend der Einsatz von keramisch gebundenen CBN-Werkzeugen gegenüber Schleifscheiben mit konventionellem Korund als Schneidstoff durchgesetzt. Die BUDERUS Schleiftechnik GmbH setzt bei CBN-Schleifscheiben immer öfter auf besonders kleine Durchmesser mit dem Ziel die Prozessstabilität zu erhöhen und Taktzeiten als auch Werkzeugkosten zu reduzieren. Positiver Nebeneffekt: Selbst die Anschaffungskostender Maschine gehen im Optimalfall um bis zu 12% zurück.
Seit CBN-Schleifscheiben am Markt durch höhere Standzeiten und kürzere Hauptzeiten eine höhere Teileausbringung erzeugen können, sind Anwender von Schleifmaschinen bei erwiesenem Kostenvorteil bestrebt, konventionelle Schleifscheiben gegen leistungsfähigere CBN-Werkzeuge zu ersetzen. Auf Schleifmaschinen, die von vorne herein für einen CBN-gestützten Prozess konstruiert werden, kann das Potential des Belags aus kubischem Bornitrid am effizientesten ausgeschöpft werden. Neben den genannten Kostenvorteilen, ermöglicht die CBN-Schleifbearbeitung ein homogeneres Oberflächenprofil am Werkstück zu erzeugen. Aufgrund der höheren Schnittgeschwindigkeiten erhöht sich der Traganteil, wodurch sich die Rauigkeit – aufgrund der homogeneren Oberflächenstruktur – leicht reduziert.
Konstantere Bearbeitungsergebnisse erzielen
Kleine CBN-Schleifscheiben (Ø90-150 mm) sind leichter und somit einfacher zu wechseln. Zudem unterstützen sie die Stabilität des Schleifprozesses vor allem bei weiteren Oberflächenanforderungen, die über den reinen Rz-Wert hinausgehen (Rp, Rt oder Traganteile) und sorgen tendenziell für konstantere Ergebnisse. Ein Praxisbeispiel des mittelhessischen Maschinenbauers BUDERUS Schleiftechnik zeigt, dass der Einsatz von CBN-Schleifscheiben mit kleinen Durchmessern auch über Werkzeugkosten und Oberflächenanforderungen hinaus den entscheidenden Unterschied macht. Die Ausgangssituation stellt eine große deutsche Getriebeproduktion dar. Dort werden der Synchronkegel und die Planfläche eines Schaltrades konventionell mit einer Taktzeit von 39 Sekunden simultangeschliffen. Die zugehörigen Hauptzeiten sind der beigefügten Grafik zu entnehmen.
Maschineninvestition reduziert sich um ca. 12%
Mit CBN als Schneidmittel können für dieses Szenario gleich mehrere Potentiale realisiert werden: Zum einen können die beiden Bearbeitungsaufgaben aufgrund der kürzeren CBN-Hauptzeiten sequentiell geschliffen werden, so dass eine Werkzeugspindel respektive der Frequenzumrichter entfällt. Als Folge der sequentiellen Bearbeitung kann die Maschine zudem auch um zwei Linearachsen reduziert werden, die bei der ursprünglichen Simultanbearbeitung ein Werkzeug horizontal und eines vertikal bewegen müssen. Diese Achsbewegungen zur Entkopplung der Simultanprozesse sind bei der sequentiellen Bearbeitung nicht mehr erforderlich, da die Vorschubkinematik bereits über den werkstückseitigen Kreuzschlitten vollständig abgebildet wird. Ein zusätzlicher Vorteilentsteht durch den Einsatz einer einzigen, monolithischen CBN-Schleifscheibe die aufgrund ihres kleinen Durchmessers keine zusätzliche Auswuchtmimik mehr benötigt. Alles in allem lässt sich der Investitionsaufwand pro Maschine durch die beschriebenen Vereinfachungen um insgesamt ca. 12% reduzieren.
70% weniger Werkzeugkosten mit CBN
Zum anderen werden aufgrund einer höheren Teileausbringung von ca. 7% sowie der geringeren Werkzeug- und Werkzeugwechselkosten der kleinen CBN-Scheiben die laufenden Kosten gesenkt. Die Einsparungen bei den Werkzeugkosten sind beachtlich, liegen diese doch fast 70% unter den Werkzeugkosten einer konventionellen Bearbeitung, was mitunter auf die höhere Standzeit zurückzuführen ist. Der deutlich seltener gewordene Werkzeugwechsel ist dank der kleineren CBN-Schleifscheibe wesentlich einfacher und schneller durchzuführen, da auf zusätzliche Hebemittel verzichtet werden kann. Weitere Potentiale können bei der zusätzlichen Berücksichtigung einer CBN-Bohrungsbearbeitung gehoben werden. Im diskutierten Fall könnte die Bohrung zusätzlich innerhalb der konventionellen Taktzeit geschliffen werden. Im direkten Vergleich stünde so eine konventionelle Bearbeitung von Konus- und Planfläche einem CBN-Prozess mit zusätzlicher Bohrungsbearbeitung taktzeitneutral gegenüber.
Langjährige Technologieentwicklung bei BUDERUS Schleiftechnik
Das dargestellte Szenario ist das Resultat einer langjährigen Technologieentwicklung der BUDERUS Schleiftechnik und der NAXOS-DISKUS Schleifmittelwerke – beide Mitglieder der DVS TECHNOLOGY GROUP. Durch tiefgreifende Parameteruntersuchungen in der BUDERUS Entwicklungsabteilung sowie zahlreiche Verifikationen in der Getriebeproduktion, konnte somit systematisch Know-how im Bereich CBN-Bearbeitung aufgebaut und weiterentwickelt werden. Die wesentlichen Harmonisierungen wie Geometrieauslegung der Schleifscheiben, Spülkonzept sowie Optimierung der Schnittgeschwindigkeit unter Abwägung der Ausbringung, der Rauheitswerte sowie Vermeidung von Schleifbrand sind Bestandteil des rundum abgestimmten Systems bei BUDERUS Schleiftechnik.
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