VERFAHREN ZUR SCHLEIFBEHANDLUNG VON ARTIKELN

Abstract

 Ein Werkstueck (7) bringt man in eine Wirbelschicht (5) von Schleifmittelpartikeln, die in periodische Schwingungen mit einer Frequenz von 0,5 bis 6,0 Hz und einer Amplitude ueber 10 mm gesetzt wird.

Beschreibung

Gebiet der Technik

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken und kann im Maschinen- und Schiffbau und in anderen Industriezweigen eine breite Anwendung finden, in denen Werkstuecke zu entgraten sind bzw. eine Fertigbearbeitung von Werkstuecken, darunter auch Werkstuecken mit komplizierter Konfiguration nach Giessen, Gesenkschmieden, Stanzen, grober mechanischer Bearbeitung erforderlich ist, die eine urspruengliche Oberflaechenrauhigkeit von R_z=20 bis 50 µm aufweisen.

Vorhergehender Stand der Technik

[0002] Es ist ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstueken bekannt (SU, A, 534344), bei dem das zu bearbeitende Werkstueck in eine Wirbelschicht von Partikeln eines Schleifmittels (von Schleifmittelkoernern) gebracht wird. Dabei erfolgt in der besagten Wirbelschicht ein Abtragen mikroskopischer Unebenheiten von der Werkstueckoberflaeche und ein Entgraten des Werkstuecks durch eine Schlagwechselwirkung der Schleifmittelkoerner und des zu bearbeitenden Werkstuecks.

[0003] Dieses Verfahren weist aber eine verhaeltnismaessig niedrige Intensitaet der Bearbeitung und darum eine unzureichende Arbeitsproduktivitaet insbesondere bei Bearbeitung von Werkstuecken mit einer urspruenglichen Oberflaechenrauhigkeit von 20 bis 50 µm auf. Dieser Nachteil ist auf die verhaeltnismaessig kleine kinetische Energie eines Schleifmittelkorns in einer Wirbelschicht zurueckzufuehren, die durch seine Masse und Bewegungsgeschwindigkeit bedingt ist. Eine Erhoehung der kinetischen Energie von Schleifmittelkoernern durch Vergroesserung ihrer Masse ist durch die zulaessigen Maximalabmessungen der Schleifmittelkoerner begrenzt, weil bei Abmessungen der Schleifmittelkoerner ueber 800 mm, wie es Versuche gezeigt haben, man kein Aufwirbeln und keine intensive Vermischung dieser Koerner infolge kleiner Dichte einer Schuettlage derartiger Koerner und infolgedessen einer hohen Luftdurchlaessigkeit dieser Lage erzielen kann. Was eine Steigerung der kinetischen Energie der Schleifmittelkoerner durch Vergroesserung der Kornbewegungen in der Wirbelschicht betrifft, die von der Stromgeschwindigkeit der diese Wirbelschicht erzeugenden Luft direkt abhaengt, so ist sie durch einen Wert der besagten Luftstromgeschwindigkeit begrenzt, bei der Auswürfe und ein Entweichen der Schleifmittelkoerner aus der Wirbelschicht beginnen. Ausserdem nimmt bei einer Vergroesserung der Luftstromgeschwindigkeit dementsprechend die Wahrscheinlichkeit zu, dass in der Wirbelschicht Luftblasen entstehen, was sich auf die Effektivitaet der Werkstueckbearbeitung negativ auswirkt.

[0004] Es ist ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken bekannt (SU, A, 532515), wonach im Unterschied vom vorstehend beschriebenen Verfahren ein zu bearbeitendes Werkstueck bei seiner Bearbeitung, in einem Abstand gleich 0,5 bis 0,7 der Wirbelschichthoehe von der Ebene des Verteilungsgitters angeordnet wird.

[0005] Dieses Verfahren stellt eine hoehere Intensitaet der Bearbeitung sicher, weil sich das zu bearbeitende Werkstueck in einem Bereich der Wirbelschicht befindet, worin Schleifmittelkoerner die maximale Bewegungsgeschwindigkeit haben.

[0006] Eine Bearbeitungsintensitaet bleibt aber bei diesem Verfahren unzureichend hoch, weil sie wie beim vorstehenden Verfahren durch die zulaessigen Abmessungen von Schleifmittelkoernern und die zulaessige Geschwindigkeit eines Luftstroms begrenzt ist, der eine Wirbelschicht erzeugt.

[0007] Wie Versuche gezeigt haben, ist die Intensitaet einer Werkstueckbearbeitung unter Anwendung der besagten Verfahren insbesondere in jenen Faellen unzureichend,wenn die zu bearbeitenden Werkstuecke eine grosse urspruengliche Rauhigkeit von 20 bis 50 µm bzw. grosse Grate aufweisen.

Offenbarung der Erfindung

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken in einer Wirbelschicht von Schleifmittelkoernern zu entwickeln, bei dem der Wirbelschicht solche Parameter verliehen werden, dass die kinetische Energie der Schleifmittelpartikel bei Bearbeitung eines Werkstuecks vergroessert und dadurch die Bearbeitungsintensitaet und folglich die Produktionsleistung gesteigert werden.

[0009] Diese Aufgabe wird beim bekannten Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken in einer Wirbelschicht erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Wirbelschicht in periodische Schwingungen mit einer Frequenz von 0,5...6,0 Hz und einer Amplitude von ueber 10 mm gesetzt wird.

[0010] Die periodischenSchwingungen der Wirbelschicht mit einer Frequenz und einer Amplitude, die im erfindungsgemaessen Bereich liegen, bewirken die Vergroesserung einer kinetischen Energie von Schleifmittelpartikeln. Wie es Versuche gezeigt haben, kann bei derartigen Schwingungen der Wirbelschicht die Bewegungsgeschwindigkeit von Schleifmittelpartikeln um das 3- bis 5-fache in Abhaengigkeit von ihren Abmessungen gesteigert werden, wodurch ihre kinetische Energie vergroessert wird. Die besagte Vergroesserung der kinetischen Energie von Schleifmittelpartikeln stellt die Steigerung einer Intensitaet der Werkstueckbearbeitung sicher.

[0011] Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass bei einer Schwingungsfrequenz der Wirbelschicht unter 0,5 Hz bzw. bei einer Schwingungsamplitude unter 10 mm die Bewegungsgeschwindigkeit der Schleifmittelpartikel so vermindert wird, dass die Intensitaet der Werkstueckbearbeitung jener nach bekannten Verfahren nahe liegt. Schwingungen der Wirbelschicht mit einer Frequenz ueber 6,0 Hz sind infolge der Traegheit von Schleifmittelpartikeln praktisch unerreichbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0012] Nachstehend wird die Erfindung durch ausfuehrliche Beschreibung der besten Variante ihrer Durchfuehrung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung naeher erlaeutert, worin die Vorrichtung zum Durchfuehren des erfindungsgemaessen Verfahrens zur Werkstueckbearbeitung schematisch dargestellt ist.

Beste Ausführungsvariante der Erfindung

[0013] Ein Luftstrom, der durch einen Druckluefter 1 erzeugt wird, gelangt in eine Arbeitskammer 2 ueber einen Pulsator 3 mit einer bekannten Konstruktion und ein Luftverteilungsgitter 4, wodurch in dieser Kammer 2 eine Wirbelschicht 4 von Schleifmittelpartikeln erzeugt wird. Der Pulsator 3 schliesst und oeffnet periodisch eine Leitung 6 zur Luftzufuhr in die Arbeitskammer 2. Bei der abgesperrten Leitung 4 steigt der Druck in einer (nicht eingezeichneten) Kammer des Pulsators 3,und die Wirbelschicht 5 in der Kammer 2 bewegt sich abwaerts. Bei der geoeffneten Leitung 6 wird der Luftstrom der Arbeitskammer 2 mit einer gesteigerten Energie (infolge des Überdrucks in der Kammer des Pulsators 3) zugefuehrt, wodurch eine Aufwaertsbewegung der Wirbelschicht 5 der Schleifmittelpartikel bewirkt wird. Eine Schwingungsfrequenz der Wirbelschicht 5 wird durch eine Bewegungsfrequenz eines (nicht eingezeichneten) Ventils des Pulsators 3 bestimmt. Eine Schwingungsamplitude wird bei einer vorgegebenen Frequenz durch die Masse der Schuettlage der Schleifmittelpartikel in der Arbeitskammer 2 bestimmt. Dann bringt man nach einem beliebigen bekannten Verfahren in die Wirbelschicht 5 ein zu bearbeitendes Werkstueck 7 und haelt dieses in der Wirbelschicht solange, bis die Bearbeitung beendet wird. Eine Bearbeitungsdauer wird in Abhaengigkeit von Bearbeitungszwecken anhand von bekannten Verhaeltnissen berechnet bzw. durch Versuche ermittelt.

[0014] Nachstehend sind konkrete Ausfuehrungsbeispiele des erfindungsgemaessen Verfahrens zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken beschrieben.

Beispiel 1

[0015] In einer Rotationsschleifanlage bearbeitete man in einer Wirbelschicht von Schleifmittelpartikeln (Siliziumkarbid mit einer Korngroesse 40) Stahlringe mit einer Haerte von HB = 280 bis 300 und einer urspruenglichen Rauhigkeit von R_z = 50 µm. Der Aussendurchmesser jedes Rings betrug 55 mm und die Hoehe 10 mm. Ringe wurden auf Dornen befestigt und in die Wirbelschicht in laufenden Spitzen gebracht, wonach man sie mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 20 m/s drehen liess. Die Wirbelschicht wurde in periodische Schwingungen in einer zur Ebene des Verteilungsgitters senkrechten Richtung gesetzt. Diese Versuche fanden bei einer Schuettlagedicke der Schleifmittelpartikeln von 150 mm, einem Luftdruck vor dem Pulsator von 0,7 MPa und einer Bearbeitungsdauer von 10 min statt. Ausserdem bearbeitete man unter denselben Bedingungen Stahlringe nach dem bekannten Verfahren in einer stationaeren Wirbelschicht von Schleifmittelpartikeln, d.h. in einer Wirbelschicht, die keine periodische Schwingung ausfuehrte.

[0016] Versuche fanden bei verschiedenen Frequenzen und Amplituden der Wirbelschichtschwingungen statt.

[0017] Nach den Versuchen ermittelte man die Dicke einer abgetragenen Metallschicht als Differenz zwischen Werkstueckabmessungen vor und nach der Bearbeitung, die als Mass einer Glaettung der urspruenglichen Rauhigkeit galt.

[0018] Bearbeitungsbedingungen und Versuchsergebnisse beinhaltet die Tabelle 1.

Tabelle 1

Versuchs-Nr.	Schwingungsfrequenz der Wirbelschicht, V, Hz	Schwingungsamplitude der Wirbelschicht, A, mm	Dicke der abgetragenen Schicht, µm
1	0,5	200	114
2	6	10	82
3	3	100	138
4	6	5	28
5	0,3	230	24
6	0	0	27

[0019] Aus der Tabelle 1 ist es ersichtlich, dass bei der Schleifbearbeitung von Werkstuecken nach dem erfindungsgemaessen Verfahren (Versuche Nr. 1,2,3) eine Dicke der abgetragenen Metallschicht und folglich ein Glaettungsgrad der Ausgangsrauhigkeit der urspruenglichen zu bearbeitenden Oberflaeche bedeutend groesser ist als bei der Werkstueckbearbeitung nach dembekannten Verfahren, d.h. in einer Wirbelschicht, die keine periodische Schwingungen ausfuehrt (Nr.6). Ausserdem kann man aus der Tabelle 1 ersehen, dass bei einer Schwingungsfrequenz der Wirbelschicht unter 0,5 Hz (Nr.5) bzw. bei einer Schwingungsamplitude unter 10 mm (Nr.4) die Dicke der abgetragenen Metallschicht stark abnimmt.

Beispiel 2

[0020] Auf einer Rotationsschleifanlage bearbeitete man zum Entgraten in einer Wirbelschicht von Schleifmittelpartikeln (Siliziumkarbid mit einer Korngroesse 80) Werkstuecke (Lagerkaefige) aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl. Ausgangsgratabmessungen betrugen: Laenge 4,6 bis 5,6 mm, Breite 0,6 bis 0,9 mm. Lagerkaefige wurden in einer besonderen Nockenvorrichtung aufgespannt und in Drehbewegung mit einer linearen Geschwindigkeit von 15 m/s gesetzt. Die Wirbelschicht wurde in periodische Schwingungen in einer zum Verteilungsgitter senkrechten Richtung gesetzt. Pruefungen fanden bei einer Schuettlagenhoehe von Schleifmittelpartikeln von 150 mm, einem Luftdruck vor dem Pulsator von 0,7 MPa und einer Bearbeitungsdauer von 8 Minuten statt. Ausserdem bearbeitete man unter denselben Bedingungen Lagerkaefige nach dem bekannten Verfahren in einer stationaeren Wirbelschicht von Schleifmittelkoernern.

[0021] Versuche fuehrte man bei verschiedenen Frequenzen und Amplituden der Wirbelschichtschwingungen durch.

[0022] Nach den Versuchen pruefte man das bearbeitete Werkstueck auf das Gratvorhandensein.

[0023] Bearbeitungsbedigungen und Versuchsergebnisse beinhaltet die Tabelle 2.

Tabelle 2

Versuchs-Nr.	Schwingungsfrequenz der Wirbelschicht, V, Hz	Schwingungsamplitude der Wirbelschicht, A, mm	Grat
1	0,5	200	kein
2	6	10	kein
3	3	100	kein
4	6	5	vorhanden
5	0,3	230	vorhanden
6	0	0	vorhanden

[0024] Aus der Tabelle 2 ist es ersichtlich, dass bei der Schleifbearbeitung von Werkstuecken nach dem erfindungsgemaessen Verfahren (Versuche Nr. 1, 2, 3) auf bearbeiteten Werkstuecken kein Grat geblieben ist. Bei der Schleifbearbeitung von Werkstuecken nach dem bekannten Verfahren (Nr.6) sowie bei der Bearbeitung in einer Wirbelschicht, deren periodische Schwingungen eine Frequenz unter 0,5Hz (Nr.5) bzw. eine Amplitude unter 10 mm (Nr.4) aufwiesen, bleiben nach der Bearbeitung Grate auf Werkstuecken.

Industrielle Anwendbarkeit

[0025] Das erfindungsgemaesse Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken kann zum Abtragen verhältnismäßig grosser Grate sowie zur Fertigbearbeitung verschiedener Werkstuecke, darunter auch Werkstuecke mit einer komplizierten Konfiguration, die eine urspruengliche Oberflaechenrauhigkeit von R_z = 20 bis 50 µm aufweisen, nach Giessen, Gesenkschmieden, Stanzen und grober mechanischer Bearbeitung, mit Erfolg verwendet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Schleifbearbeitung von Werkstuecken, bei dem das Werkstueck (7) in einer Wirbelschicht (5) von Schleifmittelpartikeln gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelschicht (5) in periodische Schwingungen mit einer Frequenz von 0,5 bis 6,0 Hz und einer Amplitude ueber 10 mm gesetzt wird.

Zeichnung