Neue keramisch gebundene CBN- und Diamantschleifbeläge aus dem 3D-Drucker

von Leif Behrens, 06. März 2020
Additiv gefertigte Schleifbelagsstrukturen zur Reduzierung von thermomechanischen Schleifbelastungen
Die BDW-Binka Diamantwerkzeug GmbH integriert die additive Fertigung zur Herstellung neuartiger Schleifwerkzeuge.

Flexibilität, Schnelligkeit und Qualität sind die Leitbegriffe von BDW und stellen die Kernkompetenzen des Unternehmens dar. Die Fähigkeit keramisch gebundene CBN- und Diamant-Schleifbeläge mittels additiver Herstellungsverfahren zu fertigen, eröffnet neue Möglichkeiten bei der Auslegung und Fertigung von belastungsangepassten Schleifwerkzeugen. Die BDW-Binka Diamantwerkzeug GmbH (kurz: BDW) ist ein Unternehmen, welches sich darauf spezialisiert hat, anforderungsspezifische Schleifwerkzeuge zu fertigen und seinen Kunden innerhalb sehr kurzer Zeit bereitzustellen.

Die Fähigkeit spezialisierte Werkzeuge in geringen Stückzahlen wirtschaftlich zu fertigen, wird durch die klassische Prozesskette zur Herstellung von CBN- und Diamantschleifwerkzeugen begrenzt. Gerade bei der Herstellung von keramisch gebundenen Superabrasiv-Schleifbelägen werden die Produktionskosten zu einem signifikanten Anteil durch manuelle Prozessschritte und kostenintensive Betriebsmittel wie Press- und Sinterformen bestimmt. Dieser Herausforderung begegnet BDW durch die Integration eines additiven Fertigungs-verfahrens, welches speziell zur Herstellung von CBN- und Diamantschleifbelägen im Rahmen eines öffentlich geförderten ZIM-Projektes entwickelt worden ist. In diesem Projekt ist es gelungen, das Druckverfahren in die bestehende Prozesskette zu integrieren und darüber hinaus die etablierten keramischen Bindungen von BDW zu verarbeiten.

Neue Merkmale wirtschaftlich umgesetzt

Der 3D-Druck der keramischen Beläge ermöglicht die Erzeugung von Porenstrukturen, welche sowohl die thermischen als auch die mechanischen Belastungen im Schleifprozess reduzieren können. Gerade bei Schleifprozessen mit großflächigen und für das Kühlmedium schwer zugänglichen Kontaktbereichen zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück bieten diese neuartigen Schleifbeläge einen Vorteil gegenüber aktuell üblichen Lösungen. Die Auslegung der Porenstrukturen erfolgt bei BDW computergestützt und kann daher flexibel in Größe und Position der Schleifaufgabe angepasst werden. In Bild 1 sind zwei Anwendungsfälle der additiv gefertigten Schleifwerkzeuge dargestellt. Beim Schleifen von hochharten Schneidstoffen, wie z.B. PKD oder pCBN, kann die Schleifnormalkraft und somit die Werkzeugabdrängung als auch der Verschleiß reduziert werden. Die makrogeometrische Porenstruktur im Belag der eingesetzten Topfschleifscheiben (s. Bild 1, rechts) reduziert die effektiv im Eingriff befindliche Kontaktfläche, welches primär zur Senkung der globalen Schleifnormalkräfte führt.

Die Diamantschneiden in der verbleibenden effektiven Kontaktfläche erfahren jedoch eine erhöhte Schneideneingriffstiefe, sodass diese weniger verrunden und länger ihre Schnittfähigkeit behalten. Die Bearbeitungsgenauigkeit steigt und das Schleifwerkzeug weist dadurch insgesamt eine längere Standzeit auf. Beim Nutenschleifen von keramischen Schaftwerkzeugen ist die Schleifprozesstemperatur ein kritischer Faktor. Die Prozessgeschwindigkeit und damit die Produktivität wird hierbei maßgeblich durch die erschwerte Kühlschmierstoffzugänglichkeit der Schleifkontaktzone limitiert.

Durch gezielt eingebrachte Porengeometrien im Bereich des Schleifbelags, der die höchste Durchdringung mit dem Werkstück erfährt (s. Bild 1, rechts), können kritische thermische Belastungen infolge der besseren Kühlfähigkeit verhindert werden. Die neuen Fertigungsmöglichkeiten bei der BDW-Binka Diamantwerkzeug GmbH zeigen das Potenzial die aktuellen Grenzen von Schleifprozessen mit hohen thermischen und mechanischen Belastungen zu verschieben. Überzeugen sie sich auf der diesjährigen Grindtec selbst von den Neuentwicklungen des Unternehmens und lernen sie das kompetente Team dahinter kennen.

Neben den additiv gefertigten Schleifwerkzeugen präsentiert BDW-Binka:
•    Hybrid- und Kunstharzschleifscheiben für das Schleifen von Schaftwerkzeugen
•    Keramisch gebundene Topfschleifscheiben zur PKD-, pCBN- und Hartmetall- Wendeschneidplattenbearbeitung
•    Schleifwerkzeuge zur Bearbeitung von Mikro-Fräsern
•    Schleifstifte für feinste Schleifaufgaben.
•    Sonderwerkzeuge für akademische Fragestellungen
•    Service zum Abrichten von Diamant- und Bornitrid-schleifwerkzeugen

Danksagung

Die dargestellten Produkte und Studien wurden innerhalb des ZIM-Projektes „Additive Schleifbelagsfertigung“ im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Bundestages gefördert. Wir danken dem Förderer für seine Unterstützung.

Sie finden den vollständigen Artikel in der nachfolgenden Pdf-Datei.