Die Laufbahn-Superfinishung ist ein gängiges Oberflächenbearbeitungsverfahren für Lagerringe. Zu den Bearbeitungsmethoden gehören Superfinishing, Polieren, Trommelschleifen, Bandschleifen und Gleitschleifen. Die Laufbahn-Superfinishung ist der letzte Arbeitsschritt nach dem Laufbahnschleifen. Unter effektiver Schmierung und Kühlung, üblicherweise mit einem ölbasierenden Superfinishing-Fluid, wird ein mikrokristalliner Schleifstein leicht gegen ein rotierendes Werkstück gepresst, während er in kurzen, senkrecht zur Drehrichtung oszillierenden Hüben bewegt wird. Der Stein folgt dem Querschnittsprofil der Laufbahn. Um eine bessere mikroskopische Qualität zu erzielen, wird der Prozess üblicherweise in Grob- und Feinbearbeitung unterteilt, wobei Schleifsteine unterschiedlicher Körnung und mit unterschiedlichen Schnittparametern verwendet werden. Die Stein-Superfinishung reduziert die Oberflächenrauheit deutlich, verbessert das Laufbahnprofil und die Welligkeit und baut die durch das Schleifen entstandenen inneren Spannungen ab. Sie bildet eine Druckspannungsschicht, die die Kontaktfestigkeit, die Schmierfilmqualität und die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Die Qualität von Wälzflächen beeinflusst direkt die Leistung und Lebensdauer von Lagern. Beim Schleifen werden relativ hohe Abtragsraten erzielt, um die Produktivität zu steigern. Allerdings wird das Schleifen durch Maschinengenauigkeit, Vibrationen, Verformung, Temperatur und Schnittparameter beeinflusst. Daher können die Anforderungen an die Laufbahn nicht immer direkt erfüllt werden. Kritische Merkmale wie Rauheit, Welligkeit, geometrische Genauigkeit sowie physikalische und mechanische Eigenschaften der Oberflächenschicht erfordern einen nachfolgenden Bearbeitungsprozess. Dessen Hauptfunktionen sind:
Reduzierung der Rauheit der Rennstrecke
Beim Superfinish trägt der Schleifstein vorwiegend Oberflächenspitzen ab, ohne Vertiefungen zu berühren. Bei guter Vorschliffqualität beträgt der typische Materialabtrag 3–5 µm. Die Laufbahnrauheit von Hochleistungslagern kann auf Ra 0,25 oder Ra 0,4 oder besser reduziert werden. Eine geringere Rauheit verlangsamt den Laufbahnverschleiß, reduziert die Reibung, erhöht die Dauerfestigkeit und verlängert die Lagerlebensdauer. Zudem verbessert sie die Beständigkeit gegen Korrosion und chemische Angriffe.
Reduzierung der Welligkeit von Kabelkanälen
Der Stein hat flächenhaften Kontakt mit der Laufbahn, und sein Kontaktbogen ist länger als die Wellenlänge der Oberflächenwelligkeit. Dadurch werden die Welligkeitsspitzen – allerdings nur auf einer Seite, ohne die Vertiefungen zu beeinflussen – beseitigt, wodurch Vibrationen und Geräusche bei hohen Geschwindigkeiten reduziert werden.
Verbesserung des Rennstreckenprofils
Der Schleifstein oszilliert und schwingt entlang des theoretischen Querschnittsprofils der Laufbahn. Durch die feine Schleifwirkung werden lokale Ungenauigkeiten der Rillenform um etwa 30 % korrigiert, wodurch die Lastverteilung und die Tragfähigkeit verbessert werden.
Erzeugung einer Druckspannungs-Oberflächenschicht
Geschliffene Laufbahnen weisen häufig eine Schicht mit geringer Härte und Zugspannung auf, die zu Ermüdungsabplatzungen führen kann. Der oszillierende Steindruck beim Superfinish erzeugt Druckeigenspannungen und eine dichtere Oberflächenstruktur, wodurch die Beständigkeit gegen Ermüdung und Abplatzungen verbessert wird.
Verbesserung der Schmierfilmqualität
Durch das Entfernen von Oberflächenspitzen und die Verringerung der Rauheit werden die Schmierfilmdicke und das λ-Verhältnis erhöht, die Schmierung verstärkt, die Reibung verringert und der Ölfilm zwischen Laufbahn und Wälzkörpern stabilisiert, die Betriebstemperatur gesenkt und die Lebensdauer verlängert.
Verbesserung der Sauberkeit der Rennstrecke
Eine glattere Oberfläche speichert weniger Schleifpartikel und Verunreinigungen und ist leichter zu reinigen. Dies verbessert die Beständigkeit gegen Rost und chemische Verunreinigungen, reduziert den Verschleiß und verlängert die Lagerlebensdauer zusätzlich.