Wie wählt man zwischen Hartdrehen und normalem Rundschleifen?

Sie haben ein Teil aus gehärtetem Stahl, das eine perfekte Oberfläche benötigt. Sie müssen sich zwischen einer Drehmaschine und einer Schleifmaschine entscheiden. Eine falsche Entscheidung kostet Zeit und ruiniert Ihre Gewinnspanne.

Wählen Sie das Hartdrehen für komplexe Formen, Kleinserien und umweltfreundliches Trockenzerspanen, wenn IT5-IT6-Toleranzen akzeptabel sind. Wählen Sie das Rundschleifen für lange, dünne Wellen, große Serien und wenn Sie eine Präzision im Submikrometerbereich oder eine Oberflächengüte von mehr als Ra 0,2 µm benötigen. Das Hartdrehen bietet eine schnellere Einrichtung, während das Schleifen die ultimative Stabilität gewährleistet.

Bei J&M Machine Tools verkaufen wir sowohl CNC-Drehmaschinen als auch Rundschleifmaschinen. Wir haben keine Vorurteile. Wir wollen nur, dass Sie die richtige Maschine für Ihre Arbeit verwenden. In den letzten 12 Jahren haben wir Werkstätten in 26 Ländern geholfen, diese Entscheidung zu treffen. Hier sehen Sie, wie wir die Wahl auf der Grundlage der tatsächlichen Produktionsanforderungen aufschlüsseln.

Was ist der Unterschied im Materialabtragsmechanismus zwischen Hartdrehen und Schleifen?

Man könnte meinen, sie bewirken das Gleiche. Aber die Art und Weise, wie sie das Metall angreifen, ist völlig anders, und das ändert die Art und Weise, wie man mit der Hitze und der Belastung umgeht.

Beim Hartdrehen wird ein Einpunktwerkzeug verwendet, um Metall in Späne zu zerschneiden, wobei die Wärme im Span bleibt. Beim Schleifen wird eine Schleifscheibe zum Schneiden, Pflügen und Reiben der Oberfläche verwendet. Das Drehen beruht auf mechanischer Kraft und plastischer Verformung, während das Schleifen auf Reibung und Mikroabrieb beruht und Kühlmittel zum Wärmemanagement benötigt.

Wir müssen uns die Physik ansehen, um den Unterschied zu verstehen. Hartdrehen funktioniert wie das herkömmliche Drehen, aber das Material ist viel härter, normalerweise über 45 HRC. Wir verwenden ein Einpunktschneidewerkzeug, normalerweise Polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN)¹ oder Keramik. Das Werkzeug hat eine scharfe Schneide. Sie dringt in den Stahl ein und trägt das Material durch Scherung ab. Dadurch entsteht ein konzentrierter Punkt der plastischen Verformung. Der Span bricht sauber ab. Das Schöne daran ist das Wärmemanagement. Etwa 80% bis 90% der Wärme gehen in den Span und lassen das Teil relativ kühl. Dadurch bleibt die Mikrostruktur des Werkstücks erhalten.

Schleifen ist anders. Es verwendet eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Scheibe, die aus Tausenden von winzigen Schleifkörnern besteht. Diese Körner schneiden nicht nur. Sie führen drei Aktionen aus: Schneiden, Pflügen und Reiben. Einige Körner schneiden das Metall, andere schieben es nur oder reiben daran. Diese Reibung erzeugt immense Hitze. Anders als beim Drehen dringt diese Hitze gerne in das Werkstück ein. Um thermische Schäden zu vermeiden, braucht man fast immer ein Flutkühlmittel. So, Hartdrehen² ist ein "scherender" Prozess, der schnell und kühl ist. Schleifen ist ein langsamer, heißer und präziser "Schleifprozess".

Warum ist Hartdrehen für die Kleinserienfertigung oft kostengünstiger?

Kleine Aufträge verderben den Gewinn, wenn das Einrichten zu lange dauert. Sie brauchen ein Verfahren, das sofort mit der Herstellung von Spänen beginnt, ohne dass Sie Stunden mit der Kalibrierung einer Maschine oder dem Abrichten einer Scheibe verbringen müssen.

Hartdrehen ist bei kleinen Serien billiger, weil es auf Standard-CNC-Drehmaschinen mit kurzen Rüstzeiten läuft. Es macht teure Schleifscheiben und spezielle Spannvorrichtungen überflüssig. Sie können mehrere Merkmale in einer Aufspannung bearbeiten, was die Bearbeitungszeit verkürzt, und die trockenen Späne sind leichter zu recyceln als Schleifschlamm.

Geld spielt in jedem Geschäft eine Rolle. Bei kleinen bis mittleren Losgrößen ist das Hartdrehen fast immer günstiger. Betrachten Sie zunächst die Investition in die Maschine. Eine CNC-Drehmaschine kostet in der Regel etwa 1/3 bis 1/2 des Preises einer Rundschleifmaschine. Sie sparen sofort Kapital.
Zweitens müssen Sie sich die Einrichtung ansehen. Das Schleifen erfordert eine komplexe Kalibrierung. Sie müssen die Scheibe in die perfekte Form bringen und sie auswuchten. Oft braucht man für jedes Teil eine spezielle Vorrichtung. Beim Hartdrehen werden Standardhalter verwendet. Man wechselt ein Werkzeug, lädt das Programm und kann loslegen. Das Umrüsten dauert Minuten, nicht Stunden.

Drittens wird der Prozess rationalisiert. Beim Hartdrehen können Sie "drehen statt schleifen". Sie können den Außen- und Innendurchmesser, die Fläche und die Nuten in einer Aufspannung fertigstellen. Sie müssen das Teil nicht auf eine andere Maschine umspannen. Dadurch werden Arbeitsaufwand und Handhabungsfehler reduziert.
Schließlich sollten Sie auch an die Umwelt denken. Hartdrehen ist oft ein trockener Prozess. Sie brauchen keine teuren Kühlmittelsysteme oder eine Abfallentsorgung für Schlamm. Die trockenen Späne sind sauber und leicht zu recyceln. Das macht den gesamten Prozess sauberer und senkt Ihre Energiekosten im Vergleich zum energieaufwändigen Schleifprozess erheblich.

Merkmal	Hartes Drehen	Zylindrisches Schleifen
Einrichtungszeit	Kurz (Minuten)	Lang (Stunden)
Kosten der Maschine	Niedrig (1/3 des Grinders)	Hoch
Kühlmittelbedarf	Keine (Trockenschnitt)	Wesentlich (Flutkühlmittel)
Abfallart	Saubere, wiederverwertbare Chips	Giftiger Schleifschlamm

Wie lassen sich Oberflächengüte und Toleranzen zwischen Hartdrehen und Schleifen vergleichen?

Sie müssen eine bestimmte Zahl auf dem Bauplan einhalten. Wenn Sie die Toleranz nicht einhalten, ist das Teil Ausschuss. Sie müssen die absoluten Grenzen der einzelnen Maschinentypen kennen.

Beim Schleifen wird höchste Präzision erreicht, mit Toleranzen von IT4 und einer Rauheit unter Ra 0,1µm. Das Hartdrehen erreicht IT5-IT6 und Ra 0,2-0,8µm, was für die meisten Getriebeteile ausreichend ist. Das Schleifen ist die erste Wahl für Hochglanzoberflächen, während das Hartdrehen die Standardanforderungen für hohe Präzision erfüllt.

Dies ist in der Regel der ausschlaggebende Faktor für unsere anspruchsvollen Kunden. Außenrundschleifen³ ist immer noch der König der Präzision. Wenn Ihr Druck Maßtoleranzen im Submikrometerbereich (≤1μm) oder IT4 erfordert, müssen Sie schleifen. Wenn Sie eine "Spiegel"-Oberfläche mit einer Rauheit (Ra) von konstant unter 0,1 μm benötigen, müssen Sie schleifen. Durch die abrasive Beschaffenheit der Scheibe entsteht eine zufällige, schraffierte Textur, die unglaublich glatt ist. Das Verfahren ist extrem stabil und bietet hohe Cpk-Werte bei langen Produktionsläufen.

Das Hartdrehen hat sich stark verbessert. Mit einer stabilen Maschine und hochwertigen PCBN-Werkzeugen können wir IT5- oder IT6-Toleranzen erreichen. Wir können eine Oberflächenrauhigkeit von Ra 0,2-0,8μm erreichen. Für 80%-Teile, wie Zahnräder, Antriebswellen oder Lagersitze, ist das gut genug. Allerdings hinterlässt das Drehen eine mikroskopisch kleine spiralförmige Vorschublinie auf dem Teil. Während die Zahlen gut aussehen, ist die Textur anders.
Außerdem kann das Hartdrehen Druckeigenspannungen auf der Oberfläche hervorrufen. Dies verbessert die Dauerfestigkeit des Teils, was ein versteckter Bonus ist. Für absolute Rundheit (innerhalb von 0,5 Mikrometern) und echte Spiegelglätte bleibt das Schleifen jedoch die einzige zuverlässige Option.

Wie lässt sich feststellen, ob die Geometrie Ihres Werkstücks das Drehen oder das Schleifen begünstigt?

Die Form Ihres Werkstücks ist oft ausschlaggebend für Ihre Entscheidung. Einige Formen lassen sich nicht effizient schleifen, während andere nicht gedreht werden können, ohne Vibrationen zu verursachen.

Wählen Sie das Hartdrehen für komplexe Geometrien mit Stufen, Konturen und konischen Oberflächen, die in einer Aufspannung bearbeitet werden müssen. Wählen Sie das Schleifen für lange, dünne Wellen (hohes Längen-Durchmesser-Verhältnis) oder dünnwandige Teile, die sich leicht verformen. Das Drehen eignet sich am besten für Profile, während sich das Schleifen für gerade, stabile Zylinder anbietet.

Sehen Sie sich die Zeichnung Ihres Teils an. Die Geometrie sagt Ihnen, welche Maschine Sie kaufen sollten. Wenn das Teil komplex ist, sollten Sie das Hartdrehen wählen. Hat es Stufen, Kegel, Nuten, Gewinde oder kugelförmige Konturen? Eine Drehmaschine kann all diese Merkmale mit einem einzigen kontinuierlichen Werkzeugweg herstellen. Sie können jede gewünschte Kontur programmieren. Eine Schleifscheibe ist breit und flach. Ohne eine spezielle, teure Formscheibe kann sie nicht in enge Ecken gelangen oder komplexe Kurven schneiden. Das Drehen gibt Ihnen die Flexibilität, komplexe Profile und nicht kreisförmige Formen wie Nocken in einem Arbeitsgang zu bearbeiten.

Wenn das Teil jedoch strukturell schwach ist, sollten Sie es schleifen. Denken Sie an eine lange, dünne Welle oder eine dünnwandige Hülse. Wir nennen dies eine hohes Verhältnis von Länge zu Durchmesser⁴. Wenn Sie einen Drehmeißel dagegen drücken, wird die Schnittkraft das Teil verbiegen. Die Mitte der Welle wird durch die Biegung dicker als die Enden. Beim Schleifen wird nur ein sehr geringer Schnittdruck ausgeübt. Es drückt das Teil nicht weg. Es schleift jedes Mal einen geraden, echten Zylinder, ohne dünne Wände zu verformen. Wenn Sie das Teil nicht leicht drehen können oder stark störende Oberflächen haben, ist Schleifen möglicherweise die einzige physische Option.

Schlussfolgerung

Entscheiden Sie sich für das Hartdrehen, wenn es um Schnelligkeit, umweltfreundliche Einsparungen und komplexe Formen in kleinen Chargen geht. Bleiben Sie beim Schleifen, wenn es um lange Wellen, empfindliche dünne Wände und absolute Hochglanzpräzision geht.

---