Schleifmittelsuspension


Die Schleifmittelsuspension und Ihre Zusammensetzung bestimmen zu einem wesentlichen Anteil das Bearbeitungsergebnis.

Bewährt hat sich eine Zusammensetzung von 20 – 25 Vol/% Schleifmittel und 75 – 80 Vol/% Trägermedium, zum Beispiel Wasser.
Weitere Trägermedien, die abhängig von den chemischen Gegebenheiten des zu bearbeitenden Werkstoffs eingesetzt werden sind Petroleum und Glykole.
Da Schleifmittelkörner eine höhere Dichte als das Trägermedium der Suspension besitzen, sedimentiert das Schleifmittel relativ schnell wenn die Maschine einige Zeit nicht betrieben wird.
Die Sedimendation wird erheblich beschleunigt wenn Stahlwerkzeuge verwendet werden. Der abgetragene Eisenanteil bildet zusammen mit dem Schleifmittel und dem abgetragenen Werkstoff Klumpen in der Suspension, die durch die Umwälzbewegung nicht gelöst werden. Gleichzeitig wird Schleifmittel gebunden, das zur Bearbeitung nicht mehr zur Verfügung steht.
Um das Schleifmittel einfacher in der Schwebe zu halten können sogenannte Suspendierhilfsmittel eingesetzt werden.
Deshalb sollte vor Aufnahme der Bearbeitung die Schleifmittelumwälzung der Maschine für mindestens 15 Minuten eingeschaltet werden..
Die Schleifmittelsuspension und Ihre Zusammensetzung bestimmen zu einem wesentlichen Anteil das Bearbeitungsergebnis.

Bewährt hat sich eine Zusammensetzung von 20 – 25 Vol/% Schleifmittel und 75 – 80 Vol/% Trägermedium.

 

Als Schleifmittel haben sich insbesondere Stoffe mit geringerer Dichte bewährt. Das sind zum Beispiel:

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Siliziumkarbid grün, - eine hexagonale Kristallform – Dichte 3,21 - nicht als Splitterkorn - ist zur Bearbeitung von Glas und weicheren Werkstoffen sehr wirtschaftlich einsetzbar. Siliziumkarbid grau / schwarz splittert früher und ist zur Ultraschallbearbeitung weniger geeignet weil sich die Korngrösse relativ schnell verkleinert, was eine Änderung der Spaltgrösse und damit des resultierenden Bohrungsdurchmessers zur Folge hat. Verwendet werden überwiegend Körnungen zwischen .280 und 400 Mesh.
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Borkarbid - eine tetragonale Kristallform – Dichte 2,51 - ist die zur Keramikbearbeitung meist verwendete Schleifmittelsorte. Das Material wird in der Regel so lange eingesetzt, bis die Schleifmittelsuspension mit abgetragenem Werkstoff gesättigt ist und ausgetauscht werden muss. Die Abtragleistung bei Glas ist wegen des grösseren Keilwinkels der Schneidkanten, (ca. 120°) etwas geringer, die Standzeit jedoch wesentlich höher. Eine Neigung zum Bruch der Körner besteht nicht. Lediglich bei der Bearbeitung von Spinell, Rubin oder Siliziumnitrid entsteht ein höherer Kornverschleiss durch Abstumpfen der Kornkanten. Verwendet werden überwiegend Körnungen zwischen .250 und .400 Mesh. Die Standardkörnung ist .280, (ca. 40 µm).
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Diamant und CBN, (Kubisches Bornitrid) werden wegen der hohen Beschaffungskosten hauptsächlich zur Bearbeitung von Diamant und PKD, (Polykristalliner Diamant) eingesetzt. Die Standzeit ist von der Bearbeitungsaufgabe abhängig.
Schleifmittel mit hoher Dichte, zum Beispiel Korund, (Dichte 8,5), sind weniger geeignet, weil hier eine rasche Sedimendation eintritt, die auch mit Schwebehilfsmitteln kaum in den Griff zu bekommen ist.

Vergleich der Korngrössen Mesh / µm - Mittlere Korngrössen +/- 15%

 

Makrokörnungen Mikrokörnungen
60 250 µm F 230 53 µm F 600 9 µm
80 177 µm F 240 45 µm F 800 7 µm
100 125 µm F 280 37 µm F 1.000 5 µm
120 105 µm F 320 29 µm F 1.200 3 µm
150 88 µm F 360 23 µm    
180 74 µm F 400 17 µm    
200 63 µm F 500 13 µm    

 

Mit kleineren Körnungen werden bei Frequenzen zwischen 60 und 100 kHz Feldversuche zur Mikrostrukturierung unternommen. Da die Abtragraten relativ gering sind, ist die Sache recht zeitraubend.

Splittersieb
Ein wesentlicher Bestandteil der Schleifmittelsuspensionsumwälzung im Bereich der Absaugung ist das sogenannte Splittersieb. Da bei der Bearbeitung kleine Bohrkerne und Splitter abgesaugt werden können, besteht die Gefahr daß diese Fragmente Schäden im Bereich der Pumpen verursachen oder Leitungen verstopfen. Die verwendeten Kreiselpumpen haben in der Regel einen Luftspalt zwischen 0,3 und 0,5 mm. Ein Bohrkern mit einem Durchmesser von 2 mm genügt um hier ernste Schäden zu verursachen. Bei der Bearbeitung kleiner Werkstücke, zum Beispiel bei der Gewinnung von kleinen Bohrkernen können diese – wenn die Kittstellen nicht einwandfrei sind, - abgesaugt und in den Schleifmittelkreislauf geraten. Auch hier besteht die Gefahr eines Pumpenschadens. Zwar ist in der Maschine vor der Unterdruckmessdose ein Splitterabscheider eingebaut, der jedoch nach unserer Ansicht zu klein ist, und vor allem einigen Aufwand beim Entleeren erfordert. Wir haben ein Splittersieb mit einem Durchmesser von 70 mm mit einer Maschenweite von 0,5 mm in das Permanentmagnete zur Abscheidung metallischer Partikel oder abgetragenem Ferritwerkstoff eingesetzt werden können. Die Vorrichtung wird in die Absaugleitung hinter dem Schallkopf so montiert dass der Absaugschläuch die Schallkopfbewegung nicht beeinträchtigt.
Einige Besonderheiten sind beim Einsatz der Schleifmittelsuspensionsabsaugung zu beachten. Da Wasser in einem mittleren Vakuum schon bei etwa 40°C kocht, (Blasen bildet) sollte der Schleifmittelsuspension ein Entschäumer zugesetzt werden. Silikonhaltige Entschäumer sind kostengünstiger, jedoch zur Bearbeitung von optischen Komponenten oder Teilen die in der Vakuumtechnik, der Medizin- oder Laborgerätetechnik eingesetzt werden, weniger geeignet, weil die Rückstände schwer entfernbar sind. Aus der Gemüsereinigung sind silikonfreie Entschäumer von verschiedenen Herstellen bekannt, die keine Rückstände auf den benetzten Teilen hinterlassen.
Das Bild zeigt eine Glasplatte die ohne Schleifmittelsuspension für die Dauer von etwa 0,2 Sekunden mit einen 3 mm Cr-Ni Stift mit Ultraschall beaufschlagt wurde. Die induzierte Welle läuft durch die Platte, wird an den beiden Grenzflächen reflektiert und bewirkt in Verbindung mit einer schlagartigen Erhitzung der Zone durch die hohen Beschleunigungskräfte ein Absprengen des beaufschlagten Bereichs. Ähnliche Effekte treten bei Werkstoffen auf, die empfindlich auf Temperaturgradienten reagieren, wenn der Wirkfläche des Werkzeugs zu wenig Schleifmittelsuspension zugeführt wird, was die Ausbildung von Spannungszonen oder im Extremfall den Bruch des Werkstücks zur Folge haben kann..



Um den Absaugvorgang weiter zu optimieren haben wir Ende der 70’er Jahre Versuche mit Schlauchpumpen und pneumatischen Membranpumpen unternommen. Beide Pumpenarten erzeugen eine oszillierende Unterdrucksäule und sind aus dieser Sicht für den Einsatz geeignet. Nachteilig ist die Geräuschentwicklung an manchen Schlauchpumpen und der teilweise recht hohe Pressluftverbrauch der pneumatischen Membranpumpen. Die heute verwendeten Pumpen sind sehr geräuscharm und die Pumpenköpfe bei Verschleiss eines Pumpschlauches problemlos auswechselbar. Einige der Geräte im Testbetrieb haben bereits über 400 Betriebsstunden ohne Störung.

neue Schleifmittelumwälzung

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