Schleifen

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Schleifen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das der Fein- oder Fertigbearbeitung von Werkstücken dient. Die schon im Altertum bekannte Methode lässt sich sowohl manuell als auch mithilfe von Schleifmaschinen anwenden.

Beim Schleifen wird überschüssiger Werkstoff in Form von Spänen (Schleifstaub) abgetragen. Als Schleifkörper dienen mikroskopisch kleine, mineralische Kristalle, die mit einem Bindemittel zu Schleifsteinen, Schleifscheiben oder Schleifbändern zusammengefügt werden.

Da die Körner gebunden sind, zählt das Schleifen zu den Spanverfahren mit gebundenem Korn. Gemeinsam mit dem Honen und dem Läppen gehört es aufgrund der unbekannten Anzahl, Lage und Geometrie der Schleifkörner außerdem zum Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide.

Geschichte des Schleifens

Das manuelle Schleifen kam schon in der Steinzeit zur Anwendung. Damals wurden grob vorgehauene Beilrohlinge mithilfe von Steinstaub zu fertigen Beilen geschliffen und poliert. Der Begriff „Schleifen“ entstammt dem althochdeutschen Wort „slifan“ für „gleiten“.

In der griechischen Antike waren bereits mit Wasser oder Öl gekühlte Schleifsteine bekannt, die mit Händen und Füßen angetrieben wurden. Im Mittelalter kam die Wasserkraft hinzu. Zum Beispiel existierten an der Wupper zahlreiche Schleifmühlen, sogenannte Kotten, deren Aufgabe in der Endbearbeitung der in Solingen geschmiedeten Klingen bestand.

Deutlich einfacher gestaltete sich das Schleifen mit Einführung der Dampfmaschinen. Diese Entwicklung setzte sich fort bis hin zu den heutigen über Druckluft oder elektrische Energie betriebenen Geräten.

Industriell hergestellte Schleifpapiere gibt es erst seit etwa 150 Jahren. Davor wurden neben Bimsmehl und Bimsstein auch Schachtelhalme, Flint und Fischhaut als Schleifmittel verwendet. Zum Schleifen von Lack kamen bis dahin vor allem Trippel, gemahlenes Hirschhorn und Kreide zur Anwendung.

Einteilung der Schleifverfahren

Abhängig von verschiedenen Merkmalen werden folgende Schleifverfahren unterschieden:

  • Vorschubrichtung: Längsschleifen, Querschleifen
  • Art der zu erzeugenden Fläche: Profilschleifen, Formschleifen, Rundschleifen, Planschleifen, Wälzschleifen
  • Lage der zu erzeugenden Fläche: Innenschleifen, Außenschleifen
  • Wirkfläche der Schleifkörper: Stirnschleifen, Umfangsschleifen
  • Schnittgeschwindigkeit: herkömmliches Schleifen, Hochgeschwindigkeitsschleifen
  • Rauheit: Feinschleifen, Schlichtschleifen und Schruppschleifen
  • Zustellung: Pendelschleifen, Tiefschleifen

Die wichtigsten Schleifverfahren im Überblick

Handschleifen

Vor allem bei komplexen Geometrien oder Konturen sowie bei schwer zugänglichen Stellen wird auch heut noch auf das altbewährte Schleifen per Hand zurückgegriffen. Neben herkömmlichem Schleifpapier werden dabei hochtechnisierte Schleifmittel wie Vlies-Produkte oder Erzeugnisse auf Schaumstoff-Basis verwendet.

Bandschleifen

Beim Bandschleifen kommen statt der sonst üblichen Schleifscheiben Schleifbänder zum Einsatz, die über mindestens zwei Rollen laufen. In der Industrie wird dieses Schleifverfahren auch Kontaktschleifen genannt. Aktuelle Verfahrensfortschritte ermöglichen derzeit innovative präzisionsgeformte Keramik-Schleifkörner, welche durch eine verbesserte Abtragleistung und eine höhere Langlebigkeit punkten.

Planschleifen

Das Planschleifen ist überall dort verbreitet, wo absolute Ebenheit wichtig ist, zum Beispiel bei Zylinderköpfen. Das Spektrum an Verfahren zum Planschleifen ist ebenso vielfältig wie die Einsatzmöglichkeiten dieser Schleifmethode. Zum Schleifen hochfester, spröder Werkstoffe wie Keramik oder Werkzeugstahl werden Scheiben aus kubischem Bornitrid (CBN) oder Diamant verwendet.

Rundschleifen

Das Rundschleifen kommt da zum Einsatz, wo eine Bearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke mittels Drehmaschine nur schwer oder überhaupt nicht möglich ist, beispielsweise bei zerspanbaren Werkstoffen wie Hartmetall, komplexen Objekten und hohen Anforderungen an die Oberfläche, die Maßhaltigkeit, die Genauigkeit oder die Drallfreiheit.

Läppen

Durch das Läppen, das zu den schonendsten Schleifverfahren gehört, lassen sich kleine Rautiefen erzielen. Möglich wird dies durch hochentwickelte Läppmittel mit diamantähnlichen Eigenschaften, beispielsweise auf Borcarbid-Basis.

Schruppschleifen

Das Schruppschleifen bietet sich insbesondere dort an, wo innerhalb kurzer Zeit bei Metall oder Stein ein großes Spanvolumen erreicht werden soll. Die besten Ergebnisse lassen sich mit Scheiben mit zum Werkstück passenden Schleifkorn erzielen. Hochleistungskeramikkörner können die Bearbeitungszeit deutlich verringern.

Trennschleifen

Beim Trennschleifen handelt es sich um ein Verfahren zum Trennen von Stein und Metall, das glatte und saubere Kanten erzeugt. Innovative Trennscheiben sorgen mit scharfen Keramikschleifkörnern für einen kühlen Schliff und halten dank einer Gewebeeinlagen-Verstärkung und einer halb-elastischen Kunstharzbindung auch hohen Belastungen stand.

Einsatzgebiete für das Schleifen

Das Schleifen kommt hauptsächlich in folgenden drei großen Anwendungsgebieten zum Einsatz:

  • beim Werkzeugschleifen: zum Schärfen spanender Werkzeuge oder Klingen von Messern und Scheren,
  • zur Feinbearbeitung von Werkstücken und Maschinenteilen sowie
  • zur Grobbearbeitung durch Säubern, Putzen oder Trennschleifen.

Ein weiteres Einsatzfeld sind Dekorationsschliffe wie:

  • der Längs- oder Querschliff zum Ziehen gerader Linien auf Metalloberflächen,
  • der Kreuzschliff zum Schleifen übereinanderliegender schräg verlaufender Linien,
  • Rotationsschliffe für kreisförmig angerissene Linien (z. B. beim Perlieren),
  • das Metalldekorieren für Logos und ähnliche Dekor-Schliffe.

Schleifwerkzeuge

Je nach Einsatzgebiet kommen beim Schleifen unterschiedliche Werkzeuge zur Anwendung.

Schleifpapier

Schleifpapier, auch Schmirgel- oder Sandpapier genannt, wird zum Glätten rauer Oberflächen aus Holz oder zum Kantenbrechen verwendet. Je nach Körnung eignet es sich außerdem für größeren Materialabtrag oder zum Schleifen von Lack, Naturstein und Metall.

Während früher Feuerstein, Schmirgel und Granat als Schleifmittel dienten, kommen heute beim Schleifpapier synthetische Schleifmittel wie Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid zum Einsatz.

Schleifleinen

Beim Schleifleinen wird statt des Papiers ein Gewebe (früher Leinen) als Trägermaterial verwendet. Dadurch ist es deutlich stärker mechanisch belastbar und kann auch für das maschinelle Schleifen, zum Beispiel mit einem Bandschleifer, genutzt werden.

Schleifband

Schleifband, ein ringförmig verklebtes Schleifpapier, gibt es in unterschiedlichen Längen, Breiten und Körnungen zum Einspannen in ein Bandschleifgerät. Damit die Klebestelle des Bandes nicht reißt, muss es richtig herum in den Bandschleifer eingesetzt werden. Hierzu ist die Laufrichtung innen aufgedruckt.

Schleifscheibe

Schleifscheiben sind aus gekörnten harten Schleifmaterialien und einem Bindemittel industriell gefertigte rotationssymmetrische Körper. Für gewöhnlich haben sie in ihrer Mitte eine Bohrung zur Befestigung an einer Schleifmaschine. Als Schleifmittel dienen natürliche oder synthetische Werkstoffe wie Korund, Quarz, Bims, Schmirgel, Granat oder Naturdiamanten. Umdrehungsgeschwindigkeiten von bis zu 300 m/s ermöglichen die Bearbeitung von Holz, Metall, Stein, Glas und anderen Materialien.

Schleifstein

Schleifsteine sind flache, runde bis ovale oder eckige Werkzeuge aus kristallinen Materialien wie Sandstein, Schiefer, Granit, Quarzit oder Basalt. In synthetischen Schleifsteinen kommen außerdem Korund, Diamant und Siliciumcarbid zur Anwendung. Herkömmliche Schleifsteine sind länglich und handteller- bis handgroß und dienen zum Schärfen von Schneidwerkzeugen oder zur Formgebung bei Edelsteinen. Es gibt aber auch Schleifsteine für rotierende Werkzeuge, die als Schleifräder oder Schleifscheiben bezeichnet werden.

Maschinenhersteller von Schleifmaschinen und Zubehör

  • Schleifmaschinen: Zu den bekanntesten Schleifmaschinenherstellern zählen: MFK Maschinenbau, Intool, Assfalg, Berco, Holzmann-Maschinen, Imex Technik, ROBEL Bahnbaumaschinen, DOLMAR, Baileigh Industrial, Edertal, Heinz Berger Maschinenfabrik, August Nell jr., Surface Engineering, Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik etc.
  • Schleifmittel: Schleifmittel wie Schleifpapier, Schleifscheiben und Schleifbänder werden unter anderem hergestellt von: VSM, TOYA, DRONCO, HITACHI Power Tools, EKAMANT, 3M, KAPP NILES, Lapport Schleiftechnik, ARTIFEX, Saint-Gobain und Osborn International.

Neuerungen auf dem Gebiet des Schleifens

CNC-Schleifen

Die bis heute am höchsten technisierte Form des Schleifens ist das CNC-Schleifen. Hierbei erfolgt die Bearbeitung der Werkstücke vollautomatisch über eine rechnergestützte numerische Maschinensteuerung (CNC = Computerized Numerical Control). Dies ermöglicht eine zeitsparende, präzise und flexible Fertigung komplexer Bauteile, die anders nicht wirtschaftlich oder gar nicht herzustellen wären.

Hochgeschwindigkeitsschleifen

Der Einsatz von CBN- und Diamantschleifscheiben in Kombination mit hohen Schleifgeschwindigkeiten gewinnt in der metallbearbeitenden Industrie immer mehr an Bedeutung. Vom Hochgeschwindigkeitsschleifen ist die Rede, wenn Schleifvorgänge mit Umfangsgeschwindigkeiten von über 80 m/s realisiert werden. Derzeit liegt die sinnvolle Obergrenze bei 300 m/s.

Forschungen zum Thema Schleifen

RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor Arbeitskreis Schleiftechnik (AKS)

  • Spitzenloses Schrägeinstechschleifen bei Schrägstellung des Werkstücks
  • Drallbildung beim Außenrundschleifen (Vertiefungsprojekt)
  • Assistenzsystem zur Prozessüberwachung in der Schleiftechnik (Studie, Vertiefungsprojekt)
  • Bearbeitung von Inconel beim Tiefschleifen mit CBN und Öl/Emulsion als Kühlschmierstoff

Hochschule Furtwangen, Kompetenzzentrum für spanende Fertigung

  • Entwicklung neuartiger kunstharzgebundener und strukturierter CBN- und Diamant-Schleifscheiben zum Trockenschleifen von Hartmetall und Schnellarbeitsstahl

Literatur zum Thema Schleifen

  • Klaus Lindenau: Wirtschaftliche Fertigung mit Schleifen – Kostensenkung durch Prozesssicherheit und gezielte Maschinenbeschaffung. Hanser, 2006
  • Klaus Weinert: Spanende Fertigung – Prozesse, Innovationen, Werkstoffe. Vulkan-Verlag GmbH, 2005
  • Božina Perović: Spanende und abtragende Fertigungsverfahren – Grundlagen und Berechnung. expert verlag, 2000

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