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Schleifen

Optimierter Schleifprozess hochwarmfester Werkstoffe

| Autor/ Redakteur: Gerd Trommer und Holger Gröning / Rüdiger Kroh

Das Schleifen ist oft der finale Bearbeitungsschritt und entscheidet maßgeblich über die Qualität der Bauteile. Um die bei Flugzeugtriebwerken eingesetzten hochwarmfesten Werkstoffe sicher zu bearbeiten, müssen Prozesseinstellgrößen, Schleifwerkzeuge und Kühlschmierstoffe optimal aufeinander abgestimmt werden.

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Beim Bearbeiten von Turbinenleitschaufeln erhöht das hauptzeitparallele Abrichten die Produktivität des Schleifzentrums.
Beim Bearbeiten von Turbinenleitschaufeln erhöht das hauptzeitparallele Abrichten die Produktivität des Schleifzentrums.
(Bild: Elb-Schliff)

Effizientere Flugzeuge zu bauen ist nicht nur eine Frage der richtigen Werkstoffwahl für die unterschiedlichen Bauteile, sondern auch eine nach der Wahl der am besten geeigneten Bearbeitungsverfahren. So bestehen im Turbinenbau viele Komponenten aus hochwarmfesten Werkstoffen auf Basis von Nickel- und Titanlegierungen. Neben den klassischen Vertretern dieser Materialien werden immer wieder neue oder modifizierte Werkstoffgruppen entwickelt, um die Effizienz der Triebwerke zu steigern.

Schleifen ist verantwortlich für die Qualität der bearbeiteten Bauteile

Das größte Anwendungspotenzial besitzen derzeit die intermetallischen Titanaluminide (gamma-Titanaluminide). Viele dieser Hochleistungswerkstoffe lassen sich mittels Zerspanen mit definierter Schneide heute kaum noch bearbeiten. Dann ist das Schleifen meist das einzig praktikable Verfahren, zumindest aber ist es der letzte Prozess in einer langen Kette unterschiedlicher Bearbeitungsschritte. Und damit ist es verantwortlich für die Qualität, Sicherheit und Lebensdauer der bearbeiteten Bauteile. Aber die immer engeren Prozessfenster derartiger Hochleistungswerkstoffe stellen auch die Schleiftechnik vor neue Herausforderungen. Ein falsch geführter Schleifprozess kann beispielsweise zu Schleifbrand und damit zu einem vorzeitigen Versagen der Bauteile im Einsatz führen.

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Ein Teil der erzeugten Wärme geht auch in die Schleifscheibe

Schleifen, also Zerspanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden, ist wie jede spanabhebende Bearbeitung zunächst einmal Umformarbeit. Ein Teil der beim Umformen zum Spanen aufgebrachten Energie wandelt sich in der Kontaktzone zwischen Schleifkorn und Werkstück in Wärme um. Diese Wärme gilt es durch Kühlschmierstoffe abzuführen. Je besser der Kühlschmierstoff in die Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Werkstoff gelangt, desto besser ist die Wärmeabfuhr. Aber ein Teil der erzeugten Wärme geht auch in die Schleifscheibe. Je nach Art des Kornmaterials ist die Wärmeableitung unterschiedlich. Diamanten beispielsweise sind hervorragende Wärmeleiter und können Wärme ausgezeichnet abführen. Bei sehr hohen thermischen Belastungen können sie jedoch grafitisieren. Ein ganz großer Teil der Wärme fließt zudem in das Werkstück und ein weiterer Anteil in den Span.

Um eine möglichst hohe Produktivität (kurze Bearbeitungszeiten) des Schleifprozesses zu erzielen, arbeiten die Schleifpraktiker mit möglichst hohem Zeitspanungsvolumen Qw. Mit steigendem Qw steigen aber auch die Kräfte im Prozess und damit der Radialverschleiß der Schleifscheibe. Das wirkt sich negativ auf Temperatur, Rauheit sowie Toleranzen aus und kann im Extremfall zu Schleifbrand führen, der letztlich das Gefüge zerstört.

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