15 Août 2017  |  Traitement mécanique des surfaces
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 02/2017

Prozesssicher und effizient zu gratfreien Oberflächen

Doris Schulz

Am Entgraten, Verrunden und Polieren kommt heute praktisch kein Hersteller von Präzisionsbauteilen mehr vorbei. Aufgrund der dafür anfallenden, teilweise hohen Kosten werden diese Fertigungsschritte häufig als notwendiges Übel betrachtet. Dabei ermöglicht der Einsatz der richtigen Technik die prozesssichere Bearbeitung zu reduzierten Kosten.

Aujourd’hui, pratiquement aucun fabricant de pièces de précision ne peut faire l’impasse sur l’ébavurage, l’arrondissement et le polissage. En raison des coûts parfois élevés, on considère souvent ces étapes de fabrication comme un mal nécessaire. Dans ce contexte, l’utilisation de la bonne technique permet de réduire les coûts de l’usinage.

Bei praktisch keinem Verfahren der klassischen Metallbearbeitung lässt sich die Entstehung von Graten komplett vermeiden. Da diese Fertigungs- beziehungsweise Bearbeitungsüberbleibsel sowohl unter funktionalen als auch ergonomischen Aspekten ein Risiko darstellen, müssen sie entfernt werden. Dies erfolgt nicht selten noch wie anno dazumal – manuell. Ganz abgesehen davon, dass dabei die erforderliche Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit nicht gewährleistet ist, verursacht die Handarbeit hohe Kosten und häufig viel aufwendige Nacharbeit. Beides geht zu Lasten der Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Kein Wunder also, dass das Entgraten, Verrunden und Polieren oft als notwendiges und kostentreibendes Übel gesehen wird.
Die stetig steigenden Anforderungen an die Prozesssicherheit in der Fertigung und die Produktqualität sowie der Kostendruck im globalen Wettbewerb erfordern eine wirtschaftlichere Durchführung der Fertigungsschritte Entgraten, Verrunden und Polieren. Gleichzeitig ist eine gleichbleibend hohe Qualität reproduzierbar zu gewährleisten. Dafür haben sich verschiedene Verfahren wie etwa das automatisierte Bürstentgraten, Entgraten mit speziellen, in die Bearbeitungszentren integrierten Werkzeugen, Gleitschleifen und Hochdruck-Wasserstrahlen etabliert. Zahlreiche dieser Verfahren wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt und neue Technologien auf den Markt gebracht.
 
Beim Surffinishen wird das Werkstück durch einen Roboter im mit Schleifmedium gefüllten, rotierenden Arbeitsbehälter geführt. Dadurch können bestimmte Bereiche selektiv oder durch unterschiedliche Positionen des Roboterarms verschiedene Radien bearbeitet werden. (Bild: Rösler)
 
 
Gleitschleifen in neuer Dimension
Verschiedene Entwicklungen wie beispielsweise das Schleppschleifen und das so genannte Surf- oder Streamfinishen ermöglichen beim Gleitschleifen die prozesssichere und wirtschaftliche Chargenbearbeitung beschädigungsempfindlicher Bauteile, die bisher nur kostspielig und nicht reproduzierbar manuell beziehungsweise mit sehr hohem Aufwand maschinell entgratet, geschliffen, poliert oder geglättet werden konnten.
Beim Schleppfinishen werden die Teile auf Werkstückhalterungen gespannt und diese durch einen Behälter mit Schleif- oder Polierkörpern geschleppt. Die gleichmässige und allseitige Umströmung der Werkstücke durch die Schleif- beziehungsweise Polierkörper führt zu einer effektiven und doch schonenden Bearbeitung. Dabei wird auch bei Werkstücken mit komplexer Geometrie innerhalb relativ kurzer Zeit ein optimales, reproduzierbares Bearbeitungsergebnis in «Handmade-Qualität» erzielt.
Noch einen Schritt weiter geht das Surf- oder Streamfinishing. Dabei taucht ein Roboter das Werkstück positionsgenau in den rotierenden und mit Schleifmedium gefüllten Arbeitsbehälter und führt es präzise. Dadurch lassen sich bestimmte Bereiche selektiv oder durch unterschiedliche Positionen des Roboterarms verschiedene Radien bearbeiten. Während das Bauteil gezielt im Schleifmedium surft, entsteht durch die Rotation des Arbeitsbehälters ein hoher Schleifdruck. Daraus resultiert eine intensive, prozesssichere Bearbeitung und ein bedarfsgerechtes Oberflächenfinish in sehr kurzen Taktzeiten.
 
Bei dieser Anlage für das Hochdruck-Wasserstrahlentgraten entfernen CNC-positionierte Düsen mit einem HD-Wasserstrahl von bis zu 50 MPa Späne und Grate aus Quer- und Gewindebohrungen, Tiefbohrlöchern sowie aus dem Werkstückinneren. (Bild: Zippel)
 

Tausende Grate minutenschnell prozesssicher entfernen
Eine effiziente und reproduzierbare Chargenbearbeitung ermöglicht auch das thermische Entgraten (TEM). Es eignet sich für Bauteile aus nahezu allen metallischen Werkstoffen und aus Thermoplasten, bei denen innen- und aussenliegende Grate selbst an sehr schwer zugänglichen Stellen zu entfernen sind. Für das Entgraten werden die Teile in der Anlage platziert, die verschlossen wird. Über ein Gasdosiersystem wird ein genau definiertes Gasgemisch in die Entgratkammer geleitet und durchströmt das gesamte Bauteil beziehungsweise die komplette Charge. Nach der Zündung kommt es zu einer vollständigen Verbrennung aller Innen- und Aussengrate, wobei die Gratwurzeln versiegelt werden. Ein Werkstoffabtrag an der Oberfläche findet nicht statt. Da der Prozess lediglich wenige Millisekunden dauert, erwärmen sich die Werkstücke nur unwesentlich.
Mit dem TEM lässt sich die Entgratqualität «scharfkantig/gratfrei» prozesssicher erzielen. Eine leichte Kantenverrundung ist abhängig vom Werkstoff möglich. Limitiert ist der Einsatz des Verfahrens durch die Bauteilgrösse und wenn eine gezielte Kantenverrundung beim Entgraten gefordert wird.
 
Das thermische Entgraten entfernt innerhalb weniger Millisekunden alle Grate (links) vollständig.
Die Gratwurzel wird dabei versiegelt (rechts). (Bild: ATL)
 
 
Entgraten mit Zusatzfunktion
In diesen Fällen kann die berührungslos arbeitende elektrochemische Bearbeitung (ECM) Stärken ausspielen. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Elektrolyse. Eine Elektrode wird als Werkzeug kathodisch gepolt an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Die andere Elektrode ist das anodisch gepolte Werkstück. In einer wässrigen Elektrolytlösung erfolgt zwischen Kathode und Werkstück ein Ladungsaustausch, der das Werkstück gezielt bearbeitet. Auf diese Weise lassen sich einerseits schwer zugängliche Bereiche wie Kanten, Hinterschnitte, innenliegende Bohrungsverschneidungen und Taschen an genau definierten Werkstückbereichen präzise und prozesssicher entgraten. Giess-, Press- und Schmiedegrate können ebenfalls entfernt werden. Andererseits ermöglicht das ECM-Verfahren, beispielsweise Konturen, Kanäle, Nuten und Auskesselungen reproduzierbar in höchster Präzision ohne thermische oder mechanische Belastung herzustellen. Es erfüllt dadurch die immer häufiger gestellte Forderung nach einer gratfreien Bearbeitung – und dies mit einer hohen Oberflächengüte.
Diese ist auch ein Merkmal des Druckfliessläppens, alias Stömungsschleifen, mit dem sich Ra-Werte kleiner 0,01 µm erzielen lassen. Das Verfahren kommt für das wirtschaftliche Entgraten, Kantenverrunden und Polieren von Innen- und Aussenflächen anspruchsvoller Bauteile aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie, dem Turbinenbau, der Medizin- und Fluidtechnik, der Lebensmittelverarbeitung, dem Formen- und Werkzeugbau, dem allgemeinen Maschinenbau und weiteren Branchen zum Einsatz. Die Bearbeitung erfolgt mit Schleifkörnern, die in Art, Grösse und Konzentration auf die jeweilige Aufgabe angepasst und in eine polymere Kunststoffmasse mit definierter Viskosität eingebettet sind. Dieses Schleifmedium wird durch hydraulisch angetriebene Kolben unter definiertem Druck in wechselnder Richtung durch beziehungsweise über den zu entgratenden Bauteilbereich geströmt.
 
Beim Strömungsschleifen erfolgt die Bearbeitung mit Schleifkörnern, die in eine polymere Kunststoffmasse mit definierter Viskosität eingebettet sind. (Bild: Perfect Finish)
 
 
Das Entgraten, Reinigen, Verrunden und Verfestigen der Oberfläche in einem Arbeitsschritt ermöglicht das «Pinflow»-Verfahren. Die zu bearbeitenden Werkstücke werden dafür in eine teilespezifische, als Behälter ausgeführte und mit Bearbeitungsmedium (kleine Stahlkugeln) gefüllte Vorrichtung im Bearbeitungsraum der Maschine gespannt. Vibratoren versetzen die Vorrichtung dann in horizontale Schwingungen, die eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Entgratmedium erzeugen. Die dabei entstehende kinetische Energie der Stahlkugeln wird zur Bearbeitung der Aussen- und Innenflächen auf das Werkstück übertragen, wobei auch an schwer zugänglichen Stellen ein Entgrateffekt hervorgerufen wird.
 
Fachmesse für Entgrattechnologie und Präzisionsoberflächen
Welche Verfahren ermöglichen eine prozesssichere und wirtschaftliche Entgratung und Oberflächenbearbeitung? Welche neuen Technologien stehen für das Entgraten, Verrunden und Polieren zur Verfügung? Welche Massnahmen tragen dazu bei, Grate zu minimieren? Antworten auf diese und vielen weitere Fragen bietet die «Deburring­EXPO», die Fachmesse für Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen. Sie stellt eine Plattform dar, auf der sich Anwender aus allen Branchen umfassend über entsprechende Technologien informieren können.
Die 2. «DeburringEXPO» findet vom 10. bis 12. Oktober 2017 in der Messe Karlsruhe statt. Das Ausstellungsportfolio umfasst Anlagen, Systeme und Werkzeuge für das Bandschleifen, Bürsten, Strömungsschleifen (Druckfliessläppen), Gleitschleifen, Strahlen mit festen und flüssigen Medien, Strahlspanen, magnetabrasives Feinentgraten, Ultraschallentgraten, chemisches Badentgraten, elektrochemisches Entgraten (ECM), Elektronenstrahlentgraten, thermisch-chemisches Entgraten (TEM), mechanisches Entgraten, Polierläppen, Polierhonen, elektrolytisches Polieren, Plasmapolieren, Laserpolieren, Tauch- und Bürstpolieren, Mess-, Prüf- und Analysesysteme sowie Fachliteratur.
www.deburring-expo.de
 
 
fairXperts GmbH & Co. KG
Hauptstrasse 7
D-72639 Neuffen
Tel. +49 7025 843 40
Fax +49 7025 843 420
info@fairXperts.de
www.fairXperts.de


Bearbeiten schwer zugänglicher Oberflächen

Les surfaces arrondies et les rayons rendent souvent difficile l’usinage précis des métaux. Pour ces travaux exigeants, Atlas Copco Tools a complété sa gamme de produits par une puissante ponceuse à bande à air comprimé, ainsi que par de nouveaux matériaux abrasifs appropriés.

Gleitschleifen von Keramikbauteilen

Une nouvelle pâte à polir permet de fabriquer des composants en céramique ayant des surfaces très brillantes. Ceci ouvre de nouvelles possibilités d’application dans le domaine des céramiques décoratives et de la technique médicale.
Polymedia Meichtry SA | Chemin de la Caroline 26 | 1213 Petit-Lancy | Genève | T: +41 22 879 88 20 | F: +41 22 879 88 25 | info@polymedia.ch