Präzisionswellen von Eurobalt: Wie das Schleifen die Qualität des fertigen Bauteils bestimmt
Rundschleifen, spitzenloses und Profilschleifen von Wellen aus Kohlenstoff-, Legierungs- und Edelstählen. Passung h6/g6, Ra unter 0,4 μm, Rundlauf prüfen wir auf einem Mitutoyo-KMG.
Eine Welle gehört zu den anspruchsvollsten Bauteilen, die in der Lohnfertigung gefertigt werden. Sie überträgt das Drehmoment, nimmt Radiallasten auf, dreht sich in Lagern und Dichtungen und arbeitet mit Zahnrädern und Kupplungen zusammen, die eine strenge Koaxialität verlangen. Der Unterschied zwischen einer Welle, die zehn Jahre lang leise ihren Dienst tut, und einer, die ein Lager in einem halben Jahr zerstört, liegt fast nie an der Drehoperation. Er entsteht beim Schleifen nach der Wärmebehandlung. Bei uns in Eurobalt ist es genau das Schleifen, das die endgültige Geometrie, den Lagersitz und die Oberflächengüte festlegt, die auf der Kundenzeichnung gefordert sind.
Warum das Schleifen bei Wellen entscheidend ist
Nach der Wärmebehandlung weicht eine gehärtete Welle sowohl maßlich als auch geometrisch ab. Das Bauteil wächst und verzieht sich, und an der Oberfläche bildet sich eine harte Randschicht, die ein Drehwerkzeug nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit und ohne übermäßigen Werkzeugverschleiß abtragen kann. Diese Aufgabe löst das Rundschleifen. Es beseitigt den Wärmebehandlungsverzug, bringt den Lagerzapfen zurück in das Toleranzfeld h6 oder g6, drückt die Rauheit in den Bereich Ra 0,2-0,8 μm und liefert einen sauberen Lagersitz ohne Mikrofressen.
Das Schleifen ist auch der einzige realistische Weg zu engen Toleranzen bei Rundheit und Zylindrizität an gehärteten Stählen. Unsere Wellen verlassen die Fertigung zuverlässig mit einer Rundheit von wenigen Mikrometern, einem ebenso engen Rundlauf und einer Koaxialität der Lagerzapfen, die von den Zentrierbohrungen gehalten wird. Mit Drehbearbeitung allein sind solche Werte bei einer Härte von 55+ HRC nicht zu erreichen.
Der vollständige Ablauf vom Rohling bis zur Prüfung
Eurobalt führt jede Welle durch sechs kontrollierte Stufen. Vor jeder weiteren Stufe steht eine Prüfung.
- Rohlingsvorbereitung. Wir gehen von einem geschmiedeten oder warmgewalzten Stab in den Werkstoffen CK45, E355, 20MnV6, 42CrMo4, 16CrMo4, 21CrMoV5 oder dem nichtrostenden 1.4410 aus. Die Wahl richtet sich nach der Beanspruchung, dem Korrosionsumfeld und der geforderten Kernfestigkeit. Der Rohling wird mit großzügiger Bearbeitungszugabe auf Länge geschnitten, und die Zentrierbohrungen werden gebohrt und angefast in der Geometrie, die das Schleifen später als Bezüge nutzt.
- Schruppdrehen. Auf einer unserer 16 CNC-Drehmaschinen wird die Welle nahe an die Endkontur gebracht, wobei auf jedem zu schleifenden Durchmesser ein Aufmaß bleibt. Passfedernuten, Gewinde und durchgehende Merkmale, die von der Wärmebehandlung nicht betroffen sind, werden meist schon in dieser Stufe gefertigt.
- Wärmebehandlung. Durchhärten, Induktionshärten der Lagerzapfen oder Nitrieren. Die Wahl hängt von der Metallurgie und dem Verschleißbild der Anwendung ab. Diese Stufe verleiht der Welle ihre Lebensdauer, und sie ist zugleich die Stufe, die den Verzug erzeugt, den das Schleifen wieder beseitigt.
- Fertigdrehen. Nach der Wärmebehandlung stellen wir die Bezüge wieder her und arbeiten die nicht geschliffenen Flächen nach. Bei Bedarf werden die Zentrierbohrungen nachgeläppt; alles, was das Schleifen berührt, erhält ein gleichmäßiges, kontrolliertes Aufmaß.
- Schleifen. Rundschleifen zwischen Spitzen für Lagerzapfen, Lagersitze und Dichtsitze. Spitzenloses Schleifen für lange, schlanke oder in Serie gefertigte Durchmesser. Profilschleifen für Absätze, Radien und Dichtungsnuten, bei denen die Form gehalten werden muss. Im Detail weiter unten.
- Endprüfung. Die Geometrie prüfen wir auf einem Mitutoyo-KMG, die Rauheit auf einem Profilometer, die Härte mit dem Härteprüfgerät, jede geschliffene Fläche zusätzlich visuell. Keine Welle verlässt die Fertigung ohne Prüfprotokoll.
Welche Schleifverfahren wir einsetzen
Rundschleifen zwischen Spitzen. Die Hauptoperation für mittlere und große Wellen. Das Aufnehmen des Bauteils auf seinen gehärteten Zentrierbohrungen erlaubt uns die strenge Kontrolle der Koaxialität der Lagerzapfen über die gesamte Länge der Welle. Genau das brauchen An- und Abtriebswellen von Getrieben, Pumpenrotoren und Elektromotorwellen. Wo es die Geometrie des Bauteils zulässt, halten wir Durchmesser auf 0,001 mm genau und liefern Lagersitze zuverlässig auf einem Niveau von Ra 0,4 μm oder besser.
Spitzenloses Schleifen. Für lange, schlanke Wellen und für Durchmesser, an die man beim Arbeiten zwischen Spitzen schwer herankommt. Das sind Bolzen, Stangen und Kolbenstangen von Hydraulikzylindern. Das spitzenlose Schleifen liefert außerdem die nötige Produktivität, wenn derselbe Durchmesser über eine große Länge mit enger Toleranz zu schleifen ist. Diese Operation ergänzt sich hervorragend mit der Bearbeitung großformatiger Wellen für schwere Antriebe.
Profilschleifen. Setzen wir dort ein, wo die Form ebenso wichtig ist wie der Durchmesser. Das sind Übergangsradien an Absätzen, Dichtungsnuten, Sicherungsringnuten und Kegelsitze. Ein gedrehter Absatzradius besteht in hochzyklischen Dauerfestigkeitsanwendungen selten. Ein geschliffener Radius besteht.
Plan- und Bundschleifen. Wenn ein axialer Bezug mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern rechtwinklig zur Wellenachse stehen muss, eine typische Aufgabe für Getriebewellen für Präzisionsverzahnungen, schleifen wir die Planfläche des Absatzes in derselben Aufspannung wie den Lagerzapfen. Ein Bezug, eine Aufspannung, garantierte Rechtwinkligkeit.
Werkstoffe und Endbearbeitungen nach dem Schleifen
Der Werkstoff bestimmt die Wärmebehandlung, und die Wärmebehandlung bestimmt die Schleifparameter. CK45 und E355 decken Wellen für den allgemeinen Maschinenbau ab. 42CrMo4 und 21CrMoV5 tragen die Last in Getrieben und Pumpengruppen, wo Durchhärten mit Anlassen die richtige Kombination aus zähem Kern und harter Oberfläche liefert. 16CrMo4 und 20MnV6 setzen wir für das Einsatzhärten ein. Der Superduplex EN 1.4410 kommt bei Meerwasser, Chemie und Offshore-Ausrüstung zum Einsatz.
Nach dem Schleifen tragen wir Hartverchromung auf, nitrieren, brünieren oder führen Glattwalzen durch, je nach den Anforderungen an Verschleiß und Korrosion. Das Schleifen liefert genau die Oberflächengüte des Untergrunds, die diese Beschichtungen verlangen.
Prüfung und Qualitätssicherung
Jede geschliffene Welle wird gegen die Zeichnung geprüft. Das Standard-Prüfpaket umfasst:
- Durchmessermessung mit kalibrierten Bügelmessschrauben und einem Mitutoyo-KMG
- Rundheit, Zylindrizität und Rundlauf nach ISO 1101
- Oberflächenrauheit Ra/Rz nach ISO 4287
- Härteprüfung nach der Wärmebehandlung
- Visuelle und maßliche Kontrolle aller geschliffenen Übergänge und Nuten
- Vollständige Prüfprotokolle, die dem Fertigungsauftrag zugeordnet sind, im Rahmen unseres ISO-9001-Systems
Typische Anwendungen
- An-, Abtriebs- und Zwischenwellen von Getrieben
- Pumpenrotoren und Laufradwellen
- Hydraulikzylinder- und Kolbenstangen
- Wellen von Elektromotoren und Generatoren
- Antriebswellen von Förderern und Rollen
- Spindeln und Vorschubwellen von Werkzeugmaschinen
- Antriebswellen für Schienen- und Schwerfahrzeuge
Einen Überblick über die Operationen, aus denen sich solche Bauteile zusammensetzen, finden Sie auf der Seite zur Zerspanungsdienstleistung, konkrete Beispiele in der Sammlung der CNC-Bearbeitungs-Fallstudien.
Normenübersicht
| Bereich | Norm |
|---|---|
| ISO-Passungen (h6, g6, k6, m6) | ISO 286 |
| Geometrische Tolerierung (Rundheit, Zylindrizität, Rundlauf) | ISO 1101 |
| Oberflächenbeschaffenheit (Ra, Rz) | ISO 4287 |
| Qualitätsmanagement | ISO 9001 |
