Kühlen beim Schleifen

Warum Bauteile beim Schleifen gekühlt werden

Das Schleifen wird in nahezu allen Fällen zur Hart-Fein-Bearbeitung von metallischen Bauteilen (Werkstücken) eingesetzt. Beim Schleifen entsteht, gerade bei industrieller Anwendung auf CNC-Schleifmaschinen, verfahrensbedingt sehr viel Wärme. Zur Bauteilbearbeitung auf CNC-Schleifmaschinen wird eine poröse Schleifscheibe mit hoher Umfangsgeschwindigkeit in den Eingriff mit dem Bauteil gebracht und hebt so Späne von der Bauteiloberfläche ab. Schleifen ist ein spanendes Bearbeitungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide. Durch die Reibung zwischen der Schleifscheibe und dem Bauteil, sowie der Scherarbeit beim Heraustrennen der Späne aus dem Bauteil entsteht Wärme. Diese Wärme stellt eine der zentralen Herausforderungen beim Schleifen dar, denn sie kann im schlimmsten Fall zu einer Schädigung des Bauteils und damit zu dessen Ausschuss führen, da das Bauteil seine Belastungsanforderungen nicht mehr erfüllen kann (z.B. wegenSchleifbrand).

Kühlen von Bauteilen mit Kühlschmierstoff (KSS)

Durch übermäßigen Eintrag von Wärme in das Bauteil entsteht Schleifbrand, eine thermische Randzonenschädigung des Bauteils durch Anlass- und Neuhärtungszonen und/oder Mikrorisse. Schleifbrand verändert die Bauteileigenschaften, sodass das Bauteil unter Umständen für seinen Einsatzzweck unbrauchbar wird. Um Schleifprozesse zu stabilisieren und entsprechende Schnittgeschwindigkeiten sowie Zustellungen ermöglichen zu können, werden Schleifprozesse auf CNC-Schleifmaschinen mit Kühlschmierstoff (KSS) gekühlt. Hierzu werden entweder Öle oder Emulsionen (Öl + Wasser + Additive) verwendet. Durch den KSS wird die Reibung verringert und die Prozesswärme im KSS gebunden. Der Schleifprozess verläuft erheblich kühler und kann mit höherer Schnittgeschwindigkeit und Zustellung durchgeführt werden.

Neben der Kühlung des Schleifprozesses als primäre Aufgabe, kann der Kühlschmierstoff (KSS) noch weitere Aufgaben innerhalb der Werkzeugmaschine übernehmen. Die Reinigung der Schleifscheibe von Bearbeitungsrückständen zählt ebenso zu den Aufgaben des KSS, wie das Ausspülen von Spänen aus der Maschine oder das Ablöschen des Funkenstrahls.

Um den Kühlschmierstoff (KSS) an genau die Stelle in der Werkzeugmaschine zu fördern, an der er gebraucht wird, werden KSS-Düsen eingesetzt. Durch die Kombination von Düsen- und Versorgungsparametern wird neben der Richtung auch den Volumenstrom und die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffs eingestellt. Zum optimalen Betrieb der Bearbeitungsaufgabe muss eine genaue Abstimmung dieser Parameter, unter Berücksichtigung der Prozessparameter erfolgen.

Blick in den Bearbeitungsraum einer CNC-Schleifmaschine für das Schleifen von Kurbelwellen.
Die Prozesskühlung wurde mit Nadeldüsen der Grindaix GmbH realisiert.
Bild mit freundlicher Unterstützung der Firma EMAG GmbH & Co. KG

Kühlen von Werkzeugen mit Kühlschmierstoff

Durch eine effektive Kühlung derSchleifscheibe wird die Standzeit erheblich verlängert, da dann auch hier eine deutlich geringere thermische Beanspruchung auftritt. Besonders die Schleifscheibe ist dieser thermischen Belastung während der gesamten Bearbeitungsdauer ausgesetzt. Zu hoher Temperatureintrag in die Schleifscheibe schädigt sowohl die Schleifscheibenbindung als auch die Schleifkörner. Auch Abrichtwerkzeuge müssen gekühlt werden, da beim Abrichten im Eingriff mit der Schleifscheibe viel Wärme entsteht. Um ein zufriedenstellendes Abrichtergebnis zu erhalten und auch eine entsprechende Lebensdauer des Abrichtwerkzeuges zu gewährleisten ist eine ausreichende Kühlung notwendig.

Kühlen von Kühlschmierstoff (KSS)

Durch seine hohe Wärmekapazität nimmt der Kühlschmierstoff (KSS) die anfallende Prozesswärme auf und führt diese aus der Bearbeitungszone ab. Durch die Aufnahme der Prozesswärme erwärmt sich der Kühlschmierstoff (KSS). Um die Verfahrenssicherheit nicht negativ zu beeinflussen muss der Kühlschmierstoff (KSS) gekühlt werden. Dies geschieht zentral bei der Kühlschmierstoffaufbereitung (KSS-Filtration) mit Hilfe von KSS-Kühlanlagen. Zur Kühlschmierstoff-Aufbereitung zählt auch die Filtration des Kühlschmierstoffs. Diese wird von speziellen KSS-Filtrationsanlagen übernommen.

Zusammenfassung

Schleifprozesse müssen wegen der auftretenden Prozesswärme durch Reibung und Spanabhebung gekühlt werden. Dazu wird Kühlschmierstoff (Öl oder Emulsion) verwendet, der über Düsen in die Bearbeitungszone eingebracht wird. Dort kühlt der Kühlschmierstoff (KSS) den Prozess und reduziert die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug. KSS kann noch weitere Aufgaben innerhalb der Werkzeugmaschine übernehmen (z.B. Reinigung der Schleifscheibe, Bettspülung). Durch die Prozesskühlung werden höhere Schnittgeschwindigkeiten und Zustellungen ermöglicht und der Schleifprozess läuft stabiler und idealerweise sogar schleifbrandfrei ab. Nach seiner Verwendung muss KSS aufbereitet werden. Darunter fällt die Filtration und Kühlung des Kühlschmierstoffs.

Sie haben Fragen zur Prozesskühlung mit KSS oder Schleifbrandprobleme in Ihrer Fertigung? Die Grindaix GmbH ist Ihr Kühlschmierstoff-System-Dienstleister mit langjähriger Erfahrung in Maschinen- und Anlagenoptimierung sowie der Schleifbrandvermeidung. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf, wir beraten Sie gerne!

Tipp: Wir bieten regelmäßig ein praxisorientiertes Fachseminar zum Thema „Schleifbrand vermeiden“ in Köln an. Hier finden Sie weitere Informationen:

https://grindaix.de/unternehmen/schleifen-seminare/

Tagungsleitung: Dr.-Ing. D. Friedrich

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