Schleifbrand – was kann ich tun?

Schleifen, ein Prozess, bei dem viel Reibungsenergie auf einen kleinen Bereich konzentriert wird, ist meist der letzte Bearbeitungsschritt, um die gewünschte Oberflächengüte oder die Endabmessungen eines Bauteils zu erzeugen. Schleifen kann aber auch zu thermischer Schädigung und potenzieller Rissbildung an einem geschliffenen Teil führen. Insbesondere in der Randzone des geschliffenen Bauteils kann es abhängig von der Temperaturerhöhung zu Änderungen des Eigenspannungszustandes und der Mikrostruktur kommen, im schlimmsten Fall bis hin zur Bildung von Rissen.

Schäden durch Schleifbrand schlagen sich auch wirtschaftlich nieder: Zeit- und Kostenaufwand für die Neuproduktion der Ausschussteile steigen und die Produktivität sinkt.

Die Verfahren zur Erkennung von Schleifbrand lassen sich grundsätzlich in zerstörungsfreie und zerstörende Schleifbrandprüfung untereilen.

Für die zerstörende Prüfung muss das Bauteil zur Untersuchung zerstört werden, daher ist diese Methode zur Einzelfallprüfung oder zum genauen Schadensnachweis geeignet, aber nicht für als produktionsbegleitende Qualitätssicherungsmassnahme.

Ein mögliches zerstörungsfreies Verfahren ist das Barkhausenrauschen. Dieses ist ist nach dem deutschen Wissenschaftler Heinrich Barkhausen an der Technischen Hochschule Dresden benannt, der 1919 den Barkhausen-Effekt entdeckte. Er fand heraus, dass sich bei der Beobachtung eines sich ändernden Magnetfeldes in einem Eisenwerkstoff der Magnetismus des Materials in einer Reihe von kleinen Sprüngen ändert. Diese diskreten Sprünge im Magnetfeld sind das Ergebnis einer plötzlichen Bewegung magnetischer Momente an Gitterfehlern vorbei. Diese Methode ist besonders geeignet zur Untersuchung von Eigenspannungen und oberflächennaher Strukturzuständen von Eisenwerkstoffen. Barkhausenrauschen ist automatisierbar und häufig auch in den Spezifikationen für Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilanwendungen zu finden.

Ein weiteres zerstörungsfreies Verfahren ist Nital-Ätzen. Ein genormtes Verfahren (ISO 14104), bei dem das zu prüfende Werkstück durch Eintauchen in ätzende Bäder und anschliessende Kontrolle auf Farbveränderung der Oberfläche auf Schleifbrand kontrolliert wird. Durch Vergleichskörper und geeignete Messgeräte lässt sich das Verfahren automatisieren.

Weitere zerstörungsfreie Verfahren sind Wirbelstromprüfung und Magnetpulverprüfung (Fluxen).

Entsprechend der Komplexität des Schleifprozesses sind auch die Gründe für das Auftreten von Schleifbrand vielfältig. Schlechte Kühlschmierwirkung durch falsche Form oder Anordnung der Düsen oder suboptimale Menge und Druck, die Spezifikation des Kühlschmierstoffs, die Vorschubgeschwindigkeit, der Zustand der Schleifscheibe sowie die Werkstück-Geometrie können einzeln oder in ihrem Zusammenspiel zu Schleifbrand führen.

Bevor Sie über den Tausch des Kühlmittels oder im schlimmsten Fall die Änderung der Geometrie Ihres Bauteils nachdenken, sollten Sie die verhältnismässig einfachen Einstellungen prüfen und, falls erforderlich, korrigieren:

• Die Form, der Querschnitt sowie die Position der Kühlmitteldüsen sind bestimmende Faktoren für eine ausreichende und genaue Versorgung des Schleifspalts und der Porenräume der Schleifscheibe mit Kühlschmierstoff. Die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffs an der Düse soll nahe an der Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit liegen, damit der Strahl nicht von der Scheibe abprallt.
• Die Reinigung der Schleifscheibenoberfläche von Spänen und Aufschweissungen hält die Scheibe schnittig und verhindert unerwünschte Reibung im Schleifprozess, diese kann durch senkrecht auf die Scheibenoberfläche gerichtete Reinigungsdüsen, welche Kühlschmierstoff mit hohem Druck auf die Scheibe strahlen, erfolgen.
• Die erzeugte Oberfläche sollte so fein wie nötig sein, nicht so fein wie möglich. Dadurch können Sie mit einer möglichst schnittig abgerichteten Schleifscheibe arbeiten und unnötigen Wärmeeintrag in das Werkstück verringern.

Die Prozessparameter können angepasst werden, um die thermische Belastung des Bauteils zu reduzieren. Da dies im Regelfall durch die Reduktion der Zustellung erfolgt, sinkt die Zerspanleistung bzw. steigt die Bearbeitungszeit.

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