Kennen Sie Ihr Rad

Nov 09, 2023

Um dem Verschleiß und der Korrosion entgegenzuwirken, die an Flugzeugfahrwerkskomponenten auftreten, werden diese seit vielen Jahrzehnten hartbeschichtet. Ursprünglich mit sechswertigem Chrom beschichtet, wurden diese Teile anschließend mit Schleifmitteln auf Rubinbasis aus Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid geschliffen.

Bei diesem elektrolytischen Hartverchromungsverfahren (EHC) handelt es sich um eine Beschichtungstechnik, die es seit mehr als 60 Jahren gibt. Dabei handelt es sich um ein entscheidendes Verfahren zum Aufbringen harter Beschichtungen auf eine Vielzahl von Flugzeugkomponenten in der Erstausrüstungsfertigung und für den allgemeinen Wiederaufbau abgenutzter oder korrodierter Komponenten, die während der Überholung aus Flugzeugen entfernt wurden. Insbesondere bei Fahrwerkskomponenten wie Achsen, Hydraulikzylindern, Stiften und Lagerzapfen kommt die Verchromung häufig zum Einsatz.

Obwohl ein Polieren im Allgemeinen nicht erforderlich war, wurden die Beschichtungen manchmal durch Superfinish-Techniken mit Bändern, Pasten oder Steinen poliert, wenn die geschliffenen Oberflächen für kritische Versiegelungsanwendungen nicht glatt genug waren.

Strengere US-Umweltschutzbehörden und andere weltweite Umweltvorschriften, die die Freisetzung von sechswertigem Chrom in die Atmosphäre und die Entsorgung gefährlicher flüssiger und fester Abfälle regeln, haben die Hartverchromung von kommerziellen und militärischen Flugzeugteilen wirtschaftlich, ökologisch und politisch unhaltbar gemacht.

Das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoffspritzen (HVOF) von Beschichtungen wurde entwickelt, um ultraharte, korrosionsbeständige Beschichtungen auf Stahlsubstrate aufzutragen. Wolframkarbidpulver werden in einen Hochgeschwindigkeitsstrom aus Kraftstoff und Sauerstoff eingespritzt, um zu zerstäuben und mit Überschall auf die Oberfläche des zu beschichtenden Teils zu treffen. Mit diesem Verfahren wird schnell eine Schichtdicke von mehreren Mil bis 0,5 mm aufgebaut.

Das Schleifen dieser Beschichtungen muss aufgrund ihrer extremen Härte und Dicke mit Diamantschleifscheiben erfolgen. Jon Devereaux war der Pionier dieser Arbeit bei der NASA, die die erste Spezifikation für das Schleifen von HVOF-Beschichtungen gesponsert hat. Diese Spezifikation wurde als AMS2449 bekannt.

Die Entwicklung erfolgte mit dem damals vorherrschenden Radklebesystem Phenolharz. Seitdem wurden die Hersteller hochfester Fahrwerksteile aus Stahl reguliert und durften zum Schleifen dieser Teile diamantimprägnierte Schleifscheiben in Phenolharzbindungen verwenden, wenn auch mit einigen Schwierigkeiten.

Kunstharzgebundene Schleifscheiben sind von Natur aus Werkzeuge mit geschlossener Struktur und neigen zum Verglasen oder Beladen mit Schleifmaterial. Räder wurden typischerweise mit einem Diamantwerkzeug oder einer bremsgesteuerten Abrichtvorrichtung unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Rads (SiC) abgerichtet. Dann wurde die Radfläche zum Schleifen geöffnet, indem sie von Hand mit einem Aluminiumoxid-Schleifstab festgeklebt wurde. Dies wurde manchmal offline auf einem separaten Computer durchgeführt.

Diese Methode war nicht nur zeitaufwändig und umständlich, sondern es konnten auch Fehler auftreten, wenn die Scheibe aus der Schleifmaschine entfernt und dann wieder eingebaut wurde.

Neue Sicherheitsvorschriften erlauben es Bedienern außerdem nicht, Türen an laufenden Maschinen zu öffnen oder mit schnell laufenden Schleifscheiben zu interagieren. Dies ist ein weiterer Grund, warum Hersteller begannen, nach einem besseren System zu fragen.

Das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoffspritzen (HVOF) von Beschichtungen wurde entwickelt, um ultraharte, korrosionsbeständige Beschichtungen auf Stahlsubstrate aufzutragen. Die Härte und Dicke der Beschichtungen erschweren das Schleifen. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Hitemco.

Die Technologie des keramischen Diamanten gibt es seit den 1980er Jahren, als sie hauptsächlich zum Schleifen von Keramik- und Hartmetallwerkzeugen entwickelt wurde. Die Hauptvorteile von „Vit“-Diamantscheiben gegenüber Harzdiamantscheiben sind die natürliche Porosität in der Scheibenstruktur, die ein kühleres Schleifen ermöglicht; bessere Spanabfuhr; und was noch wichtiger ist, die Abrichtbarkeit der Räder.

Das Abrichten und Abrichten erfolgt gleichzeitig mit einer rotierenden Diamant-Abrichtspindel und einer diamantimprägnierten Scheibe. Räder können abgerichtet werden, indem die Scheibe in eine Richtung rotiert, wobei sich das Rad am Kontaktpunkt befindet, und für ein besseres Finish in die entgegengesetzte Richtung oder entgegen der Richtung abgerichtet werden.

Für diese Aufgabe eignen sich hochpräzise Spindeln und Diamant-Abrichtscheiben mit hoher Steifigkeit, Laufruhe und Plan- und Rundlaufwerten von 2 µm oder besser.

Um den Wert der neuen Technologie zu beweisen, führte SL Munson & Co. Schleifscheibenstudien an einer instrumentierten Blohm-Schleifmaschine durch. Kunstharzgebundene Schleifscheiben bekannter Qualität aus Diamant der Körnung 120 und 400 wurden mit keramisch gebundenen Diamantschleifscheiben der Firma Krebs & Riedel GmbH verglichen. Gemessen wurden die Spindelleistung, das abgetragene Materialvolumen, das gemessene abgetragene Material im Vergleich zum Schleifsollwert und die Oberflächenbeschaffenheit.

Das neue Harzrad schnitt problemlos, aber die Spindelleistung stieg schnell linear an, bis sie sich laut Messung durch die Instrumentierungshardware und -software bei 8 PS stabilisierte. Das verglaste Rad startete mit 4 PS und erreichte einen Spitzenwert von 5 PS oder 62 Prozent des Harzrades. Der Energiebedarf des Harzrads verdoppelte sich, während der Energiebedarf des Vit-Rads nur um 25 Prozent stieg.

Dies zeigte die Schnittfähigkeit oder Schnittfreiheit an. Dies ist besser für die Teile und die Beschichtung und besser für die langfristige Langlebigkeit der Mühle. Die Ergebnisse waren wiederholbar und stimmten für unterschiedliche Schnitttiefen sowohl auf der 120er-Schleifscheibe als auch auf der 400er-Schleifscheibe überein.

Verglaste Räder tragen auch Material ab, ohne zu verglasen, zu beladen und abzulenken. Werkstattmitarbeiter tendieren bei der Verwendung einer Kunstharzscheibe dazu, ihre endgültige Größe zu erreichen und nicht so viel Material abzutragen, wie die Schleifmaschine programmiert hat.

Harzräder werden in der Regel aus Aluminium-, Bakelit- und manchmal Kohlefaserkernen hergestellt, aber die ersten beiden Materialien können einen Teil des Maschinenvorschubs ablenken und absorbieren, insbesondere wenn das Rad nicht frei schneidet. Wenn dies geschieht, federt die Schleifscheibe zurück, und manchmal schleifen die Bediener zu weit und schleifen sehr teure Teile mit Untermaß, was dazu führt, dass sie zur Nacharbeit und Neulackierung in die Beschichtungskabine müssen.

Nach Schleiftests gemessene Teile bestätigten, dass die verglasten Scheiben mehr Material entfernten und eine Größe erreichten, die sehr nahe an der in der Schleifmaschine programmierten Größe lag. Die Oberflächengüte war erwartungsgemäß bei den keramisch gebundenen Scheiben höher, etwa 50 Prozent höher, bei gleichen Schleifparametern. Dies war zu erwarten, da diese Räder porös und freischneidend sind.

Kunstharzscheiben erzeugen sowohl im Neuzustand als auch im frisch geschliffenen Zustand bessere Oberflächengüten, aber wenn sie verwendet werden und glasieren, reiben sie mehr als sie schleifen. Keramische Scheiben können nicht nur langsamer leicht abgerichtet werden, um nach dem Grobschliff ein gutes Finish zu erzielen, sondern es können auch Diamantgrößen mit feinerer Körnung verwendet werden. Eine keramisch gebundene Schleifscheibe mit 240er Körnung kann fast so schnell schleifen wie eine kunstharzgebundene Schleifscheibe mit 120er Körnung und erzielt das gleiche Finish.

Testscheiben nach dem Schleifen zeigen, dass die Harzscheibe mit TC-Beschichtung beladen ist. Fotos mit freundlicher Genehmigung von SL Munson & Co.

AMS2449, das Schleifen von HVOF-gesprühten Wolframkarbidbeschichtungen auf hochfesten Stählen, hat der Luft- und Raumfahrtindustrie mehr als 20 Jahre lang gute Dienste geleistet, aber wie alles im Leben ändern sich die Dinge, hoffentlich zum Besseren, wenn neue Technologien ältere Technologien ersetzen.

Mit dem neuen AMS2449A können Hersteller dieser Teile weiterhin kunstharzgebundene Scheiben verwenden, wenn dies ihrem Komfortniveau und dem Stand ihrer Ausrüstung entspricht. Sie ermöglicht aber auch den Einsatz der neuesten keramischen Bindungstechnologie und der rotierenden Diamant-Abrichttechnologie, die heute verfügbar sind, um bessere Produkte zu produzieren Teile werden in kürzerer Zeit, effizienter und zu geringeren Kosten zum Nutzen der Branche in den ersten Durchgang gebracht.

Lou Padmos ist Anwendungs- und Vertriebsingenieur bei SL Munson & Co., 1404 Old Dairy Dr., Columbia, SC 29201, 803-252-3211, www.slmunson.com.