Wassermischbare Kühlschmierstoffe
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Schleiföle sind weit mehr als reine Kühlmittel: Sie bestimmen maßgeblich die Qualität des Werkstücks, die Standzeit des Werkzeugs und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses. Welche Eigenschaften ein gutes Schleiföl auszeichnen, welche Anforderungen je nach Bearbeitungsverfahren gelten und worauf beim sicheren Umgang zu achten ist – ein Überblick.
Grundsätzlich werden Schleiföle eingesetzt, um die Reibungswärme während des gesamten Schleifprozesses materialgerecht auf optimalem Niveau zu halten.
Dabei spielen verschiedenste Prozessfaktoren eine Rolle
Die Produktivität, also eine schnelle Bearbeitung des Werkstücks, ist ebenso relevant wie die Oberflächengüte (keine Haarrisse, kein Schleifbrand) und geringer Werkzeugverschleiß. Hierfür muss das für den jeweiligen Prozess gewählte Schleiföl über bestimmte Eigenschaften verfügen. Wesentliche Charakteristika sind die Additivierung für die jeweilige Anwendung, das Schaumverhalten, das Luftabscheidevermögen, Viskosität und Flammpunkte und gutes Filtrierverhalten.
Steht beim Schleifen mit niedrigen bis mittleren Schleifscheiben-Umfangsgeschwindigkeiten vor allem die Kühlung des Prozesses im Fokus, sind bei steigendem Zeitspanvolumen Kühlschmierstoffe mit besonderer Reibungsminderung gefragt. Die Wahl des passenden Schleiföls hat darüber hinaus wesentlichen Einfluss auf die Betriebskostenminimierung und damit auf die wirtschaftliche Effizienz des Prozesses. In jedem Einzelfall ist eine komplexe Situation zu beurteilen, die sich an den Parametern Schmieren, Kühlen, Reinigen, Spülen und Korrosionsminderung ausrichtet.
Schleiföle sind an die Anforderungen der einzelnen Verfahren anpassbar. Vom Planschleifen über das Glattschleifen, Rundschleifen und Profilschleifen bis hin zum Tief- und Nutschleifen stehen spezielle Ölqualitäten zur Verfügung. Ihr Einsatz ist auch davon abhängig, welche Maschinenkonstruktion vorliegt. Die Maschine muss für den Einsatz mit Schleifölen tauglich sein. So sind z. B. ein Feuerlöscher und Druckentlastungsklappen notwendig, und die Bauteile müssen ölbeständig sein.
Es gibt grundsätzlich mehrere Möglichkeiten an Basisölen für Schleiföle. Den auf Hydrocrack-Basis (HC) erhältlichen Ölen stehen die qualitativ anspruchsvolleren GTL (Gas to Liquid) Öle und Polyalphaolefin-Produkte (PAO) gegenüber.
Entscheidend für eine hohe Produktivität sind immer auch das Schaumverhalten sowie das Luftabscheidevermögen des verwendeten Schleiföls. Insbesondere die im Öl eingeschlossene und komprimierte Luft (Luftbläschen) explodiert beim Düsenaustritt regelrecht. Ein gutes Prozessergebnis ist demnach nur mit schaumarmen Schleifölen mit gutem Luftabscheidevermögen machbar.
Die gesundheitliche Unbedenklichkeit hat oberste Priorität beim Einsatz von Schleifölen. Um den Anwender umfassend zu schützen, sind gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, die in der neuen Regel für technische Gefahrstoffe (siehe Wichtige Information für Hartmetallschleifer – TRGS 561) aktualisiert wurden. Geht es hier insbesondere um das Einatmen gefährlicher Stoffe wie z. B. Kobalt, werden an anderer Stelle weitergehende Aspekte geregelt – etwa dermatologische, die Haut betreffende Schutz- und Vorsichtsmaßnahmen.
Schleifbrand zählt zu den teuersten Fehlern im Schleifprozess: Er beeinträchtigt die Werkstückqualität, erhöht den Ausschuss und kostet wertvolle Produktionszeit. Welche Prüfverfahren ihn sichtbar machen, welche Ursachen ihm zugrunde liegen und wie sich Schleifbrand durch das richtige Schleiföl gezielt vermeiden lässt – ein Überblick.
Bei sehr stark geschädigten Werkstücken kann es zu markanten Verfärbungen (blau bis schwarz) und zu „Schleifkommabildung" kommen. Meistens ist der Schleifbrand aber nicht sichtbar. Man spricht in diesem Fall von einem „verdeckten" Schleifbrand. Negative Druckspannungen treten hierbei nur in tieferen Schichten auf, was seine Aufdeckung erheblich erschwert und spezielle Prüfmethoden nötig macht.
Um Schleifbrand sicher zu erkennen, haben sich drei Verfahren durchgesetzt. Die Nitalätzung (mit Salpetersäure) ist eine der ältesten und gebräuchlichsten Prüfmethoden. Sie erfolgt entsprechend der ANSI/AGMA-Norm 2007 bzw. ISO-Norm 14104 durch Ätzung im Tauchbad. Die zerstörungsfreie Methode ist äußerst sicher, denn man sieht nach erfolgter Prüfung deutlich eine dunkle Färbung der von Schleifbrand betroffenen Werkstückpartien.
Ein zweites Prüfverfahren ist das Barkhausenrauschen. Vereinfacht ausgedrückt wird hierbei das Werkstück magnetisiert. Die im Material generierten Impulse erzeugen eine Art Rauschen, dessen Intensität gemessen wird. Die dritte Methode ist die Oberflächenrissprüfung nach dem Magnetpulververfahren. Auch hier wird das Werkstück magnetisiert. Mittels des Pulvers erkennt man magnetische Streufelder, die auf querverlaufende Risse im Material hinweisen.
Die Schädigungen durch Schleifbrand schlagen sich natürlich auch ökonomisch nieder. Der höhere Ausschuss verursacht mehr Zeit- und Kostenaufwand und die Produktivität wird signifikant beeinträchtigt. Somit stellt sich verstärkt die Frage nach den Ursachen.
Die Gründe für das Auftreten von Schleifbrand sind, entsprechend der Komplexität des Schleifprozesses, vielfältig. Die Vorschubgeschwindigkeit, der Zustand der Schleifscheibe, schlechte Kühlschmierwirkung (die wiederum durch fehlerhafte Spezifikation, Menge, Druck oder die falsche Form oder Anordnung der Düsen bewirkt sein kann) sowie die Werkstück-Geometrie sind Parameter, die einzeln oder in ihrem Zusammenspiel zu Schleifbrand führen können.
Die Frage stellt sich, wie man den Schleifbrand und die zum Teil erheblichen Kosten sowie den Produktivitätsverlust, den er mit sich bringt, vermeidet. Ein wirksames Mittel ist die Verwendung von speziell für diesen Bereich definierten Hochleistungs-Schleifölen wie z. B. esgeGrind NUS 1500, esgeGrind ZRS 1500 oder esgeGrind ZRS-G 1500. Bei diesen Schleifölen handelt es sich um farblose, dünnflüssige, chlorfreie und ölnebelarme Metallbearbeitungsöle, die speziell für das Hochgeschwindigkeitsschleifen entwickelt wurden – also genau die Art von Anwendung, in der die Gefahr von Schleifbrandbildung besonders hoch ist. Aufgrund der ausgezeichneten Kühl- und Schmiereigenschaften handelt es sich bei diesen Schmierstoffen um eine wirkungsvolle Maßnahme, um Schleifbrand wirksam zu verhindern.
Hartmetall ist kein natürlich vorkommendes Metall, sondern eine durch Sintern hergestellte Legierung aus Hartstoff und Bindemetall. Dank seiner enormen Härte und Verschleißfestigkeit ist es heute aus der modernen Werkzeugherstellung nicht mehr wegzudenken. Welche Bestandteile Hartmetall ausmachen, wo es eingesetzt wird und warum die Bearbeitung besondere Anforderungen stellt – ein Überblick.
Hartmetall ist kein natürlich vorkommendes Metall, sondern eine Legierung, die aus einem metallischen Hartstoff und einem Bindemetall besteht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Metalllegierungen werden beim Hartmetall die Bestandteile als Pulver zu einem sogenannten Grünling zusammengepresst und später gesintert.
1923 wurde das erste Patent für gesintertes Hartmetall von Karl Schröter und Heinrich Baumhauer angemeldet, welches dann an die Firma Osram verkauft wurde. Zwar hatten Lohman und Voigtländer schon 1914 ein Patent für gegossenes Hartmetall angemeldet, doch erst das Verfahren des Sinterns brachte den Durchbruch für das Hartmetall.
Sintern ist ein Prozess, bei dem unter Abschluss von Sauerstoff mit hohen Temperaturen bis zu 1.500 °C und Druck die Bestandteile des Hartmetalls miteinander verbunden werden. Dabei verbinden sich der Hartstoff und das jeweilige Bindemetall zu einer festen Metallmatrix. Dadurch sind Hartmetalle deutlich härter und verschleißfester als gewöhnliche Metalle und Legierungen, aber auch bruchempfindlicher.
Hartmetall besteht immer aus der Verbindung eines Hartstoffs, auch als Carbid bezeichnet, mit einem Bindemetall. Als Hartstoff verwendet man meistens Wolframcarbid (WC). Weitere Hartstoffe können aber auch z. B. Titan (TiC), Tantal (TaC) oder Chrom (CrC) sein. Das häufigste Bindematerial ist Kobalt (Co). Je nach gewünschten Eigenschaften – wie etwa eine höhere Korrosionsbeständigkeit oder ein nicht magnetisches Hartmetall – können auch Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) zum Einsatz kommen.
Hartmetalle werden hauptsächlich für die Werkzeugherstellung von z. B. Bohrern oder Fräsern verwendet. Dank der besonderen Härte des Metalls und der hohen Temperaturbeständigkeit eignet sich Hartmetall in besonderem Maße für den Einsatz als spanendes Werkzeug. Um Kosten zu sparen und die Effektivität der Werkzeuge zu erhöhen, kommen häufig auch Wendeschneidplatten aus Hartmetall zum Einsatz. Wendeschneidplatten sind kleine Platten, die meistens mehrere Schneidkanten besitzen und an einem Werkzeughalter angebracht werden. Diese können nach Verschleiß der Kanten gewendet oder ausgetauscht werden.
Hartmetall kann je nach Zusammensetzung über unterschiedliche Härten verfügen. Man unterscheidet deshalb grundsätzlich zwischen weichen Sorten und hochverschleißfesten Sorten. Die Härte des Metalls wird in Vickers gemessen und mit dem Vickers-Eindruck-Verfahren bestimmt. In jedem Fall setzt die besondere Härte des Metalls aber eine spezielle Bearbeitungsform voraus. Deshalb wird Hartmetall in den meisten Fällen mit Diamantwerkzeugen geschliffen oder mittels Funkenerosion bearbeitet. Beim Schleifen von Hartmetall kann es passieren, dass das Bindemittel Kobalt aus dem Metall ausgewaschen wird. Da Kobalt aber ein gesundheitsgefährdender Stoff ist, der vom Körper nicht abgebaut werden kann, sollte unbedingt ein spezieller Kühlschmierstoff verwendet werden, der durch Zugabe besonderer Inhaltstoffe diese Kobalt-Auswaschung (Kobalt-Leaching) verhindert.
Hartmetall besteht immer aus der Verbindung eines Hartstoffs, auch als Carbid bezeichnet, mit einem Bindemetall. Als Hartstoff verwendet man meistens Wolframcarbid (WC). Weitere Hartstoffe können aber auch z. B. Titan (TiC), Tantal (TaC) oder Chrom (CrC) sein. Das häufigste Bindematerial ist Kobalt (Co). Je nach gewünschten Eigenschaften – wie etwa eine höhere Korrosionsbeständigkeit oder ein nicht magnetisches Hartmetall – können auch Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) zum Einsatz kommen.
Hartmetalle werden hauptsächlich für die Werkzeugherstellung von z. B. Bohrern oder Fräsern verwendet. Dank der besonderen Härte des Metalls und der hohen Temperaturbeständigkeit eignet sich Hartmetall in besonderem Maße für den Einsatz als spanendes Werkzeug. Um Kosten zu sparen und die Effektivität der Werkzeuge zu erhöhen, kommen häufig auch Wendeschneidplatten aus Hartmetall zum Einsatz. Wendeschneidplatten sind kleine Platten, die meistens mehrere Schneidkanten besitzen und an einem Werkzeughalter angebracht werden. Diese können nach Verschleiß der Kanten gewendet oder ausgetauscht werden.
Hartmetall kann je nach Zusammensetzung über unterschiedliche Härten verfügen. Man unterscheidet deshalb grundsätzlich zwischen weichen Sorten und hochverschleißfesten Sorten. Die Härte des Metalls wird in Vickers gemessen und mit dem Vickers-Eindruck-Verfahren bestimmt. In jedem Fall setzt die besondere Härte des Metalls aber eine spezielle Bearbeitungsform voraus. Deshalb wird Hartmetall in den meisten Fällen mit Diamantwerkzeugen geschliffen oder mittels Funkenerosion bearbeitet. Beim Schleifen von Hartmetall kann es passieren, dass das Bindemittel Kobalt aus dem Metall ausgewaschen wird. Da Kobalt aber ein gesundheitsgefährdender Stoff ist, der vom Körper nicht abgebaut werden kann, sollte unbedingt ein spezieller Kühlschmierstoff verwendet werden, der durch Zugabe besonderer Inhaltstoffe diese Kobalt-Auswaschung (Kobalt-Leaching) verhindert.
Hartmetall ist in der Hochleistungszerspanung das wichtigste Basismaterial – sei es für komplette Werkzeuge oder Wendeschneidplatten. Da gepresste und gesinterte Hartmetallteile beim Sintern schrumpfen, lassen sich exakte Maße nur durch hochpräzise Nachbearbeitung erreichen. Aufgrund der enormen Härte kommen dafür vor allem Schleifen, Honen, Läppen und Erodieren zum Einsatz.
Das Schleifen von Hartmetall ist gegenwärtig das gängigste Bearbeitungsverfahren. Die Einteilung der verschiedenen Schleifverfahren kann entsprechend der DIN 8589 nach der Art der zu erzeugenden Fläche vorgenommen werden, wie z. B. in:
Aufgrund der hohen Härte von Hartmetall werden heute für die Schleifbearbeitung fast ausschließlich Diamantwerkzeuge eingesetzt. In seltenen Fällen können auch konventionelle Schleifscheiben aus Siliciumcarbid zur Anwendung kommen.
Diamantschleifscheiben sind in der Regel aus zwei Komponenten aufgebaut und bestehen aus einem Grundkörper, auf dem ein Schleifbelag aufgebracht ist. Der Grundkörper bestimmt durch seinen Aufbau Eigenschaften wie Steifigkeit, Wärmeleitung oder Schwingungsdämpfung. Stahl oder Aluminium als Grundkörper zeichnen sich eher durch sehr gute Steifigkeit und eine gute Wärmeleitung aus, während Kunstharz-Bindungssysteme gute Dämpfungseigenschaften aufweisen.
Beim Schleifbelag entscheiden hauptsächlich Korngröße und Bindung über die Schneideigenschaften. Ein hoher Wert bei der Körnung (z. B. >D126) bedeutet, dass es sich um ein grobes Korn handelt. Grobe bzw. große Körner sorgen für eine hohe Abtragsleistung. Mit einer kleinen Korngröße (z. B. ≤D64) werden bessere Oberflächenqualitäten und Profilgenauigkeiten erzielt. Bei den Bindungen unterscheidet man hauptsächlich zwischen Kunstharzbindungen, gesinterten Metallbindungen, galvanischen Metallbindungen und keramischen Bindungen.
– eignen sich bei geringen Schleifkräften und erlauben einen großen Anpassungsspielraum. Sie gelten als weich, schnell und kühl schleifend.
– sind für Schleifscheiben mit scharfkantigen Profilen geeignet. Sie kommen zum Einsatz, wenn geringer Verschleiß der Scheibe und hohe Profilstabilität im Vordergrund stehen.
– werden überwiegend einschichtig ausgeführt und eignen sich besonders durch große Spanräume für hohe Abtragsvolumen und kühlen Schliff. Bei dieser Bindung wird das Korn an der Oberfläche des Metallgrundkörpers eingebunden, sodass Kornspitzen um 30 bis 50 Prozent des Korndurchmessers über das Bindungsniveau hinausragen.
– können mit unterschiedlichen Härten und Porenvolumen erstellt werden. Sie ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten und große Zeitspanvolumina, kühlen Schliff, Freischleifvermögen und zeichnen sich durch gute Abricht- und Profilierbarkeit aus.
– eignen sich bei geringen Schleifkräften und erlauben einen großen Anpassungsspielraum. Sie gelten als weich, schnell und kühl schleifend.
– sind für Schleifscheiben mit scharfkantigen Profilen geeignet. Sie kommen zum Einsatz, wenn geringer Verschleiß der Scheibe und hohe Profilstabilität im Vordergrund stehen.
– werden überwiegend einschichtig ausgeführt und eignen sich besonders durch große Spanräume für hohe Abtragsvolumen und kühlen Schliff. Bei dieser Bindung wird das Korn an der Oberfläche des Metallgrundkörpers eingebunden, sodass Kornspitzen um 30 bis 50 Prozent des Korndurchmessers über das Bindungsniveau hinausragen.
– können mit unterschiedlichen Härten und Porenvolumen erstellt werden. Sie ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten und große Zeitspanvolumina, kühlen Schliff, Freischleifvermögen und zeichnen sich durch gute Abricht- und Profilierbarkeit aus.
Damit die Schleifscheibe auch in idealer Form ihren Dienst tun kann, gehört zum Bearbeitungsprozess auch der geeignete Kühlschmierstoff. Die besten Ergebnisse konnten hierbei mit Schleifölen auf vollsynthetischer Basis erzielt werden. Wichtige Eigenschaften eines Kühlschmierstoffs sind neben dem Abtragsverhalten u. a. das Schmutztragevermögen, das Schaumverhalten, das Spülvermögen, die Hautverträglichkeit, die Filtrierbarkeit oder das Luftabscheidevermögen. Gerade bei der Hartmetallbearbeitung kommt aber noch ein weiterer wesentlicher Faktor hinzu: Das meist verwendete Bindemittel zur Herstellung von Hartmetall ist Cobalt. Dieser gesundheitsgefährdende Stoff kann beim Schleifprozess aus dem Werkstück ausgewaschen werden und in den Organismus des Anwenders gelangen. (Lesen Sie hierzu auch unseren Artikel „Wichtige Information für Hartmetallschleifer – TRGS 561".)
Spezialschmierstoffe auf Polyalphaolefinbasis zur Hartmetallbearbeitung wie z. B. das Schleiföl esgeGrind VOSO 500 haben deshalb besondere Inhaltsstoffe, die das sogenannte Cobalt-Leaching, also das in Lösung gehen dieses Stoffs, verhindern und damit den Anwender vor Schaden schützen.
Unter der Bezeichnung esgeCool finden Sie bei der esgemo GmbH & Co. KG auch wasserlösliche Kühlschmierstoffe, die gegen Cobalt-Leaching inhibiert sind.
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