<?page no="0"?> Alfred P. Thilow Entgrattechnik Entwicklungsstand und Problemlösungen 5. Auflage <?page no="3"?> Alfred Thilow und 6 Mitautoren Entgrattechnik <?page no="5"?> Entgrattechnik Entwicklungsstand und Problemlösungen Dipl.-Ing. Alfred Thilow Dipl.-Ing. Klaus Berger Dr. Helmut Prüller Rainer Maier Dr.-Ing. Klaus Przyklenk Prof. Dr.-Ing. Friedrich Schäfer Siegfried Pießlinger-Schweiger Mit Bildern und 11 Tabellen 5., neu bearbeite und erweiterte Auflage Kontakt & Studium Band 392 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Wilfried J. Bartz Dipl.-Ing. Hans-Joachim Mesenholl Dipl.-Ing. Elmar Wippler TAE 201 <?page no="6"?> 5., neu bearbeite und erweiterte Auflage 2017 4. Auflage 2012 3., verbesserte Auflage 2008 2., überarbeitete Auflage 2005 1. Auflage 1992 Bei der Erstellung des Buches wurde mit großer Sorgfalt vorgegangen; trotzdem lassen sich Fehler nie vollständig ausschließen. Verlag und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler sind Verlag und Autoren dankbar. © 1992 by expert verlag, Wankelstr. 13, D -71272 Renningen Tel.: + 49 (0) 71 59 - 92 65 - 0, Fax: + 49 (0) 71 59 - 92 65 - 20 E-Mail: expert@expertverlag.de, Internet: www.expertverlag.de Alle Rechte vorbehalten Printed in Germany Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. ISBN 978-3-8385-5188-3 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http: / / www.dnb.de abrufbar. Bibliographic Information published by Die Deutsche Bibliothek Die Deutsche Bibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed bibliographic data are available on the internet at http: / / www.dnb.de <?page no="7"?> Herausgeber-Vorwort Bei der Bewältigung der Zukunftsaufgaben kommt der beruflichen Weiterbildung eine Schlüsselstellung zu. Im Zuge des technischen Fortschritts und angesichts der zunehmenden Konkurrenz müssen wir nicht nur ständig neue Erkenntnisse aufnehmen, sondern auch Anregungen schneller als die Wettbewerber zu marktfähigen Produkten entwickeln. Erstausbildung oder Studium genügen nicht mehr - lebenslanges Lernen ist gefordert! Berufliche und persönliche Weiterbildung ist eine Investition in die Zukunft: - Sie dient dazu, Fachkenntnisse zu erweitern und auf den neuesten Stand zu bringen - sie entwickelt die Fähigkeit, wissenschaftliche Ergebnisse in praktische Problemlösungen umzusetzen - sie fördert die Persönlichkeitsentwicklung und die Teamfähigkeit. Diese Ziele lassen sich am besten durch die Teilnahme an Seminaren und durch das Studium geeigneter Fachbücher erreichen. Die Fachbuchreihe Kontakt & Studium wird in Zusammenarbeit zwischen der Technischen Akademie Esslingen und dem expert verlag herausgegeben. Mit über 700 Themenbänden, verfasst von über 2.800 Experten, erfüllt sie nicht nur eine seminarbegleitende Funktion. Ihre eigenständige Bedeutung als eines der kompetentesten und umfangreichsten deutschsprachigen technischen Nachschlagewerke für Studium und Praxis wird von der Fachpresse und der großen Leserschaft gleichermaßen bestätigt. Herausgeber und Verlag freuen sich über weitere kritischkonstruktive Anregungen aus dem Leserkreis. Möge dieser Themenband vielen Interessenten helfen und nützen. Dipl.-Ing. Hans-Joachim Mesenholl Dipl.-Ing. Matthias Wippler <?page no="9"?> Autoren-Vorwort Mit spanenden und umformenden Fertigungsverfahren wird tagtäglich in der Produktion und Planung umgegangen. Sie sind deshalb weitgehend bekannt. Geringer dagegen ist der Kenntnisstand bei den Entgratverfahren. Hier können immer wieder Informationsdefizite festgestellt werden. Einige Gründe dafür sind, dass nicht bei jedem Erzeugnis Entgratprobleme auftreten oder dass die Beschäftigung mit dem Thema "Entgraten" nur sporadisch erfolgt. Oft geschieht dies erst dann, wenn Grate zu einem Problem werden, z.B. wenn Grate mit den vorhandenen betrieblichen Einrichtungen nicht zufriedenstellend entfernt werden können oder wenn der Aufwand dafür zu hohe Kosten verursacht. Auch innerbetrieblicher Wechsel oder die NeueinsteIlung von Mitarbeitern kann zur Folge haben, dass diese zum ersten Mal mit dem Problem des Entgratens konfrontiert werden und deshalb keine Kenntnisse auf diesem Gebiet haben. Das Thema "Entgraten" und der Einsatz von effizienten maschinellen Entgratverfahren wird auch in der Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen. Verschiedene Entwicklungstendenzen sollen dies belegen: - Die Lohnkosten bewegen sich im Vergleich mit dem wachsenden internationalen Wettbewerb immer noch auf einem hohen Niveau. - Das manuelle Entgraten ist ein monotoner, häufig mit Gefahren für die Gesundheit verbundener Arbeitsgang. - Die Entwicklung der Produkte zu immer höheren Leistungen bei geringerem Gewicht erfordert festere und damit schwerer zerspanbare Werkstoffe sowie geometrisch kompliziertere Konstruktionen. Hieraus resultieren wiederum eine stärkere Gratbildung, ein erhöhter Entgrataufwand und höhere Qualitätsanforderungen. - Die Entwicklung der Schneidstoffe zu höheren Zerspanungsleistungen (HSC, HPC) und längeren Standzeiten hat immer noch eine Gratbildung zur Folge, jedoch mit kleineren Gratdimensionen. Den oben genannten Aspekten soll auch die fünfte Auflage dieses Themenbandes Rechnung tragen. Die Kapitel mechanisches Entgraten, Entgraten mit Industrierobotern wurden komplett überarbeitet und die Grundlagen mit einem neuen Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung erweitert. Es wird der aktuelle Stand der Entgrattechnik in der Metall verarbeitenden Industrie dargestellt und Hinweise vermittelt, welche Entgratverfahren geeignet sind und welche Gratdaten als Entscheidungskriterien herangezogen, bzw. wie sie beeinflusst werden können. Die beschriebenen Entgratverfahren repräsentieren annähernd einhundert Prozent der realisierten maschinellen Problemlösungen in der Metall verarbeitenden Industrie. Abschließend danke ich den Mitautoren. Durch ihre fundierten Fachbeiträge wurde die fünfte Auflage dieses Buches erst möglich. Sachsenheim, März 2017 Alfred P. Thilow <?page no="11"?> Inhaltsverzeichnis Herausgeber-Vorwort Autorenvorwort 1 Entgraten - ein undefinierter Begriff mit undefiniertem Arbeitsinhalt? .......................................... 1 Alfred Thilow 1.1 Verfahrenssteckbrief Gleitschleifen .......................................................... 3 1.2 Verfahrenssteckbrief Elektrochemisches und chemisches Badpolieren und Badentgraten ..................................................................................... 6 1.3 Verfahrenssteckbrief Elektrochemisches Formentgraten (ECM) .............. 9 1.4 Verfahrenssteckbrief Thermische Entgratmethode (TEM) ...................... 12 1.5 Verfahrenssteckbrief Bürsten, Lamellenschleifen, Schleifen mit flexiblen Schleifscheiben ................................................... 15 1.6 Verfahrenssteckbrief Fräsen ................................................................... 18 1.7 Verfahrenssteckbrief Druckfließläppen ................................................... 21 1.8 Verfahrenssteckbrief Magnetabrasives Feinschleifen (MAF), Ultraschall (US) ....................................................................................... 24 1.9 Verfahrenssteckbrief Hochdruckwasserstrahlen ..................................... 27 2 Grundlagen ........................................................................... 30 Alfred Thilow, Friedrich Schäfer 2.1 Einleitung ................................................................................................ 30 2.2 Gratbildung ............................................................................................. 30 2.2.1 Gratbildung beim Bohren ........................................................................ 35 2.2.2 Gratbildung beim Fräsen ........................................................................ 37 2.2.2.1 Gleich- und Gegenlauffräsen .................................................................. 37 2.2.2.2 Gratbildung beim Nutenfräsen ................................................................ 38 2.2.2.3 Einfluss des Zahnvorschubes auf die Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen im Gegenlauf .................................................. 39 2.2.2.4 Einfluss der Schnitttiefe auf die Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen .. 39 2.2.3 Einfluss des Kantenwinkels am Werkstück auf die Gratgröße ................ 42 2.3 Neuer Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung .......................... 44 2.3.1 Einflüsse auf die Verformungsfähigkeit des Werkstoffs .......................... 46 2.3.1.1 Werkstoff (Legierungsbestandteile) ........................................................ 46 2.3.1.2 Versprödung durch Härten oder Unterkühlen ......................................... 46 2.3.1.3 Bearbeitungstemperatur ......................................................................... 47 2.3.1.4 Kühlung, Schmierung ............................................................................. 48 2.3.2 Einflüsse auf die Zerspankraftkomponenten ........................................... 49 2.3.2.1 Vorschub und Spanungsdicke ................................................................ 50 2.3.2.2 Schnittgeschwindigkeit ........................................................................... 51 2.3.2.3 Schnitttiefe .............................................................................................. 52 2.3.2.4 Schneidengeometrie ............................................................................... 52 <?page no="12"?> 2.4 Einfluss des Kantenwinkels .................................................................... 53 2.5 Lösen von Entgratproblemen .................................................................. 54 2.5.1 Erfassung des Istzustandes (Werkstück mit Grat) .................................. 54 2.5.2 Messung von Gratgrößen und Messgrößen der Entgratqualität ............. 55 2.5.3 Geforderte Entgratqualität ...................................................................... 55 2.5.4 Bezeichnung der Kantenzustände (Entgratqualität) DIN ISO 13715 ...... 56 2.5.5 Leitfaden zur Lösung von Entgratproblemen .......................................... 57 2.6 Ausblick: Computer-Simulation der Gratbidung ...................................... 58 3 Grundlagen der Gleitschleiftechnik ................................... 61 Helmut Prüller 3.1 Einführung .............................................................................................. 61 3.2 Gleitschleif-Anlagen ................................................................................ 63 3.2.1 Anlagen mit rotierender Schüttung ......................................................... 64 3.2.2 Anlagen mit vibrierender Schüttung ........................................................ 66 3.2.3 Anlagen mit ruhender Schüttung ............................................................ 69 3.2.4 Vergleich der Maschinentypen ............................................................... 70 3.3 Verfahrensmittel ...................................................................................... 72 3.3.1 Aufgabe der Schleifkörper ...................................................................... 72 3.3.2 Aufgabe des Wassers ............................................................................. 76 3.3.3 Aufgabe des Behandlungsmittels ........................................................... 76 3.4 Gleitschleiftechniken ............................................................................... 78 3.4.1 Reinigen ................................................................................................. 78 3.4.2 Entfetten ................................................................................................. 78 3.4.3 Polieren .................................................................................................. 79 3.4.4 Beizen ..................................................................................................... 79 3.4.5 Chemisches Glätten ............................................................................... 80 3.5 Prozesswasserbehandlung ..................................................................... 81 3.5.1 Gesetzliche Grundlagen für die Einleitung .............................................. 81 3.5.2 Schadstoffbelastung ............................................................................... 82 3.5.3 Reinigung zur Einleitung ......................................................................... 83 3.5.4 Reinigung im Kreislauf ............................................................................ 84 3.6 Geräuschemission und Schallschutz ...................................................... 87 3.7 Grenzen des Gleitschleifverfahrens ........................................................ 88 3.8 Zusammenfassung ................................................................................. 89 4 Elektrochemisches und chemisches Badentgraten von Metalloberflächen ......................................................... 91 Siegfried Pießlinger-Schweiger 4.1 Einleitung ................................................................................................ 91 4.2 Verfahren ................................................................................................ 91 4.2.1 Wirkungsweise ........................................................................................ 92 4.2.2 Werkstoffe, Parameter, Anlagen ............................................................. 97 4.2.2.1 Werkstoffe .............................................................................................. 97 4.2.2.2 Parameter ............................................................................................... 97 4.2.2.3 Anlagen .................................................................................................. 99 4.3 Teilespektrum ....................................................................................... 100 4.4 Anwendungsbeispiele ........................................................................... 100 4.5 Kosten und Umwelt ............................................................................... 106 <?page no="13"?> 5 Elektrochemisches Formentgraten (ECM) ...................... 107 Alfred Thilow 5.1 Einleitung .............................................................................................. 107 5.2 Verfahren .............................................................................................. 107 5.3 Entgratvorrichtungen ............................................................................ 110 5.4 Anlagentechnik ..................................................................................... 113 5.5 Vor- und Nachbehandlung .................................................................... 116 5.6 Anwendungsbeispiele ........................................................................... 117 5.7 Umwelt .................................................................................................. 121 6 Thermische Entgratmethode (TEM) ................................. 122 Alfred Thilow 6.1 Einleitung .............................................................................................. 122 6.2 Verfahren .............................................................................................. 122 6.3 Entgratqualität ....................................................................................... 123 6.4 Anlagentechnik ..................................................................................... 129 6.5 Werkstückhandhabung ......................................................................... 133 6.6 Vor- und Nachbehandlung .................................................................... 133 6.7 Gasversorgung ..................................................................................... 134 7 Sonderverfahren der Entgrattechnik ............................... 136 Klaus Przyklenk 7.1 Einleitung .............................................................................................. 136 7.2 Druckfließläppen ................................................................................... 136 7.2.1 Einleitung .............................................................................................. 136 7.2.2 Verfahren .............................................................................................. 137 7.2.3 Das Schleifmedium Paste ..................................................................... 140 7.2.4 Vorrichtungen ....................................................................................... 141 7.2.5 Anwendungsbeispiele ........................................................................... 143 7.3 Magnetabrasives Feinschleifen ............................................................ 147 7.4 Hochdruckwasserstrahlen .................................................................... 152 7.5 Feinschleifen mit Ultraschall ................................................................. 164 8 Mechanisches Entgraten (allgemein) ............................... 168 Rainer Maier 9 Bürsten- Forschungsergebnisse zu einem alten Fertigungsverfahren .......................................................... 170 Klaus Przyklenk 9.1 Einleitung .............................................................................................. 170 9.2 Wie trägt die Bürste ab? ....................................................................... 171 9.3 Wie verschleißt die Bürste? .................................................................. 171 9.4 Was bewirkt die Borste auf der Oberläche? ......................................... 173 9.5 Wie flexibel ist die Bürste? .................................................................... 173 9.6 Beeinflusst das Bürsten die Werkstückeigenschaften? ........................ 177 9.7 Wie arbeitet die Bürste optimal an Kanten? .......................................... 178 <?page no="14"?> 10 Bürsten in der Praxis ......................................................... 182 Rainer Maier 10.1 Besatzarten und Werkstoffe von Bürsten und deren Arbeitsweise ....... 182 10.1.1 Stahdrahtbesatz .................................................................................... 183 10.1.2 Diamentierter Besatz ............................................................................ 184 10.1.3 Schleifnylonbesatz ................................................................................ 184 10.1.4 Naturborsten ......................................................................................... 185 10.2 Anordung Bürstwerkzeuge. Zustellung ................................................. 187 11 Fräsen, Schleifen, Feilen und sonstige Verfahren, Gratmessverfahren ............................................................ 192 Rainer Maier 11.1 Einleitung .............................................................................................. 192 11.2 Fräsen .................................................................................................. 192 11.2.1 Fräsen mit negativen Spanwinkel ......................................................... 193 11.2.2 Fräsen mit positiven Spanwinkel .......................................................... 193 11.3 Schleifen ............................................................................................... 193 11.4 Hackentgraten ...................................................................................... 195 11.5 Feilen .................................................................................................... 195 11.6 Abscheren ............................................................................................ 196 11.7 Messen von Graten .............................................................................. 196 11.7.1 Optoelektronische Messung ................................................................. 197 11.7.2 Mikroskop, Endoskop, Durchlichtprojektor, Lichtlupe ........................... 197 11.7.3 Tastschnittverfahren ............................................................................. 198 11.7.4 Konturograph ........................................................................................ 198 12 Maschinenbauarten - Problemlösungen ......................... 199 Rainer Maier, Alfred Thilow 12.1 Einleitung .............................................................................................. 199 12.2 Problemlösungen .................................................................................. 199 12.2.1 Großserienteile mit komplexen Konturen .............................................. 199 12.2.2 Kleinserienteile mit komplexen Konturen .............................................. 199 12.2.3 Rotationssymmetrische Werkstücke ..................................................... 200 12.2.4 Rohr- und Profilenden, (Sägeschnitte) .................................................. 205 12.2.5 Flache Bleche (Brenn- Stanz- und Laserschnitte) ................................ 209 12.2.6 Hinterschnitte ........................................................................................ 211 12.2.7 Bohrungsdurchbrüche und Bohreungskreuzungen ............................... 211 <?page no="15"?> 13 Entgraten mit Industrierobotern ....................................... 214 Klaus Berger, Alfred Thilow 13.1 Einleitung .............................................................................................. 214 13.2 Methoden beim Entgraten mit IR .......................................................... 214 13.2.1 Werkstückhandhabung ......................................................................... 214 13.2.2 Werkzeughandhabung .......................................................................... 215 13.3 Werkzeuge zum Entgraten mit IR ......................................................... 216 13.3.1 Fräser ................................................................................................... 217 13.3.2 Senker .................................................................................................. 218 13.3.3 Bürsten ................................................................................................. 219 13.3.4 Weitere spanende Werkzeuge ............................................................. 220 13.4 Verfahren zum Entgraten mit Industrierobotern .................................... 220 13.4.1 Hochdruckwasserstrahl ........................................................................ 220 13.4.2 Gleitschleifen ........................................................................................ 222 13.5 Anlagenkonzepte, Problemlösungen .................................................... 223 13.5.1 Kleine bis mittelgroße Werkstücke ........................................................ 223 13.5.2 Große Großserienteile mit komplexen Konturen .................................. 225 13.5.3 Nfz-Achsschenkel ................................................................................. 228 13.5.4 Gussputzen von Bauteilen aus Aluminium - Druckguss ....................... 228 13.5.5 Gussputzen von Bauteilen aus Aluminium - Kokillenguss ................... 229 13.6 Planen von Roboter-Entgratanlagen ..................................................... 230 13.7 Praxiserfahrungen beim Entgraten mit IR ............................................. 231 13.7.1 Wirtschaftlichkeit ................................................................................... 231 13.7.2 Programmieren der IR .......................................................................... 231 13.7.3 Flexibilität der IR ................................................................................... 231 13.7.4 Zusammenfassung und Ausblick .......................................................... 232 13.8 Entgraten von Gusskonturen auf CNC-Maschinen ............................... 232 Literaturverzeichnis ............................................................................................ 234 Stichwortverzeichnis ........................................................................................... 237 Autorenverzeichnis ............................................................................................. 242 Zum Buch ............................................................................................................. 243 <?page no="17"?> 1 Entgraten - ein undefinierter Begriff mit undefiniertem Arbeitsinhalt? Alfred.P.Thilow Nach wie vor ist das Planen der Fertigungsoperation „Entgraten“ problembehaftet. Die Gründe hierfür sind vielfältig und sollen nachstehend verdeutlicht werden: Verständigung Der Begriff „Entgraten“ sagt lediglich aus, dass fest an dem Werkstück haftende Fertigungsrückstände zu entfernen sind. Weder der Ausgangszustand (Gratdicke, Grathöhe usw.), noch der gewünschte Endzustand wird damit eindeutig beschrieben. Kosten Das Entgraten ist ein nicht gewollter, unerwünschter, in der Regel aber unverzichtbarer Arbeitsgang, der möglichst nichts oder aber so wenig wie möglich kosten soll. Verschiedene Entgratverfahren Aufgrund der - unterschiedlichen Gratbildung (vom mikroskopischen kleinen Grat bis zum massiven Gussgrat von mehreren Millimetern Dicke reicht das Spektrum) abhängig vom verursachenden Fertigungsverfahren - unterschiedlichen Werkstückgeometrien - unterschiedlichen Werkstoffe - unterschiedlichen Lage des Grates (innen oder außen liegend) - unterschiedlichen Forderungen an die Entgratqualität (z.B. scharfkantig gratfrei, alle Kanten gebrochen oder verrundet usw.) haben sich in Ihrer Wirkungsweise unterschiedliche Entgratverfahren etabliert. Die nicht einfache Aufgabe, eine kostengünstigere, den Qualitätsanforderungen gerecht werdende Problemlösung zu finden, erfordert Kenntnisse über: - die Gratentstehung - die Gratvermeidung? Sie ist häufig nur Wunschdenken und meist nicht realisierbar. 1 <?page no="18"?> - die Gratminimierung. Sie ist von besonderer Bedeutung und ermöglicht eine größere Auswahl an Entgratverfahren. - die Entgratverfahren Über die Vorgehensweise bei der Auswahl von Entgratverfahren gab es wissenschaftliche Ansätze, die sich jedoch schwer in die Praxis umsetzen liessen. Anhand nachstehender Entscheidungskriterien kann mit Hilfe der „Verfahrenssteckbriefe“ eine grobe Vorauswahl getroffen werden. So engen z.B. die nachstehenden Fragen (Verfahrenseigenschaften) die Anzahl der anwendbaren Entgratverfahren ein: - Ist ein Oberflächenabtrag oder eine Oberflächenveränderung zulässig? - Innen- oder Außenentgratung? Müssen Grate in Bohrungskreuzungen oder an schwer zugänglichen Stellen entfernt werden? Weitere Entscheidungskriterien enthalten die beiliegenden Verfahrenssteckbriefe (Anwendungssteckbriefe). Sie sollen die Auswahl erleichtern. 2 <?page no="19"?> 1.1 Verfahrenssteckbrief: Gleitschleifen (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja …………....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja ..................................................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja begrenzt, siehe Anmerkung 1...... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ..………………………..….............. - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja ...................................................... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja ...................................................... nein ...................................................... 3 <?page no="20"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja …………………………................. nein siehe Anmerkung 2...................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ……………………….…................ nein siehe Anmerkung 2....................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja unüblich…………………………… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein ...................................................... Lageorientierung ja nur beim Schleppschleifen…….... nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja siehe Anmerkung.3....................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja eventuell Trocknen......................... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja ………………………………..…… nein ...................................................... 4 <?page no="21"?> An der Oberfläche? ja Poliereffekt…............................. nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. Gratdicke/ Wandungsdicke müssen sich… deutlich unterscheiden……………………. Hersteller (Vertreter) in Deutschland): mehrere…………………………………….. Minimaler Invest? ca. 10.000,00 €…...................................... Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich...................................................... Anmerkungen: 1. Nur sofern die Chips (Schleifkörper) an die Entgratstellen gelangen können. 2. Gleitschleifen durch vorhergehendes starkes Unterkühlen mit Stickstoff (-196°C) möglich. Erfordert jedoch dafür ausgerüstete Anlagen. 3. Vorentgraten bei starker Gratbildung. 5 <?page no="22"?> 1.2 Verfahrenssteckbrief: Elektrochemisches und chemisches Badpolieren und Badentgraten (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja …………....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja ..................................................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja …………………………….............. (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ………………………..…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja Gratgröße < ca. 0,3 mm............... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja ...................................................... nein ...................................................... 6 <?page no="23"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja …………………………................. nein ………………………..................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ……………………….…................ nein ………………………..................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja ……………………………………… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein ...................................................... Lageorientierung ja ……………………………..…….... nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja Entfetten, Entzundern................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja Spülen,Trocknen........................... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja ……………………….………..…… nein ...................................................... 7 <?page no="24"?> An der Oberfläche? ja Poliereffekt…................................ nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. ca. 0,3 mm, Wanddicke muss deutlich …. stärker als Grat sein Hersteller (Vertreter) in Deutschland): mehrere…………………………………….. Minimaler Invest? ca. 10.000,00 € (ohne Abwasserauf-……. bereitung). Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich...................................................... 8 <?page no="25"?> 1.3 Verfahrenssteckbrief: Elektrochemisches Formentgraten (ECM) (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja ……..……...................................... nein ....................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja mit Flächenkathoden.................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja .….…….………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja ...................................................... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ………………………..…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja siehe Anmerkung 1....................... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein …….…………………..………..…... Stanzgrate ja unüblich......................................... nein ...................................................... 9 <?page no="26"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja …………….……………................ nein ...................................................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ……….…………………................ nein ...................................................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja .....……………………………..…… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein ...................................................... Lageorientierung ja unbedingt erforderlich……………. nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja Waschen....................................... nein siehe Anmerkung 1………………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja Spülen in Wasser, konservieren... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ...................................................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja …….………………………..……… nein ...................................................... 10 <?page no="27"?> An der Oberfläche? ja nur im Nahbereich der Entgratstelle.................................. nein …………….................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. 0,01 mm..................................................... Hersteller (Vertreter) in Deutschland): Mehrere Minimaler Invest? ca. 50.000,00 €…...................................... Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich...................................................... Anmerkung: 1. Lange Gratfahnen sollten vorher entfernt oder durch Verändern der Fertigungsfolgen minimiert werden Kurzschlussgefahr 11 <?page no="28"?> 1.4 Verfahrenssteckbrief: Thermische Entgratmethode (TEM) (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja …………....................................... nein ...................................................... Ungezieltes Entgraten ja ……………………………………… nein ……………………………………… ohne Oberflächenabtrag? ja ..................................................... mit Oberflächenabtrag? nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja ...................................................... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja werkstoffabhängig ………….......... und bei zu geringer Energie.……... nein …………………..…....…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja nur an exponierten Stellen…........ und spitzwinkligen Konturen......... verrundet? nein ..................................................... Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja siehe Anmerkung 1...................... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….……..……………..………..…... 12 <?page no="29"?> Stanzgrate ja ab ca. 2 mm Blechdicke............... nein ...................................................... Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja begrenzt..………………................ nein ...................................................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ….………………………................ nein wegen Oberflächenveränderungen Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja bei einfachen Anwendungen…… nein ...................................................... Schüttgut ja nur für Druckguss …………..……. und grobe Teile............................ nein …….............................................. Lageorientierung ja ………………………..……………. nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja Waschen....................................... nein ……………………..………………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja Reinigen................................... nein siehe Anmerkung 2….............. 13 <?page no="30"?> Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja nur im Kantenbereich............... nein siehe Anmerkung 3.................. In der Maßhaltigkeit? ja bei dünnen Teilen..…………… nein ...................................................... An der Oberfläche? ja ………………................................ nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? Hüllzylinder: max. 400 mm Ø, 450 mm….. (max. Abmessungen) hoch, Sondergrößen sind möglich Wandungen: min. deutliche Unterscheidung zwischen.......... Gratdicke und Wandung………………….. Hersteller (Vertreter) in Deutschland): ATL-Luhden, Extrude Hone Minimaler Invest? ca. 200.000,00 €….................................... Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich...................................................... Anmerkung: 1. Große Gratfahnen sollten vorher entfernt werden Verschmutzungsgefahr der Werkstücke 2. Sofern ohnehin galvanisch behandelt oder einsatzgehärtet wird kann die Nachbehandlung entfallen. 3. Anlasseffekt an der Oberfläche bei gehärteten Teilen. 14 <?page no="31"?> 1.5 Verfahrenssteckbrief: Bürsten, Lamellenschleifen, Schleifen mit flexiblen Schleifscheiben (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja begrenzt....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja im Kantenbereich......................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja Bürsten ab 6 mm Ø …….............. (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja in Abhängigkeit der Gratdicke…... nein ………………………..…................ - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein beim Bürsten nur bei zu hoher….. hervorgerufene Grate) Anpresskraft……………………… - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein bei harten Werkstoffen.............. Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja …………………………….............. nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja ...................................................... nein ...................................................... 15 <?page no="32"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja …………………………................. nein ………………………..................... - Duroplast ja begrenzt....................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ……………………….…................ nein ………………………..................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja ……………………………………… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein ...................................................... Lageorientierung ja ……………………………..…….... nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja ………………………..................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja evtl. Reinigen……......................... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja ……………………….………..…… nein ...................................................... 16 <?page no="33"?> An der Oberfläche? ja im Kantenbereich........................... nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. ca. 1 mm.…….……………………………… Hersteller (Vertreter) in Deutschland): viele……….…….……………………..…….. Minimaler Invest? ca. 500,00 € Bürstbock…………………… Dienstleistung/ Lohnentgraten? unbekannt................................................. 17 <?page no="34"?> 1.6 Verfahrenssteckbrief: Fräsen (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja …………....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja ……………………........................ ohne Oberflächenabtrag nein ...................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja ab 25 mm Ø………..…….............. (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ……………………………………... nein ………………………..…................ - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ………………………..……………. hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein ……………………………….......... Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja …………………………….............. nein ………………………..................... Schmiedegrate ja begrenzt........................................ nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja begrenzt........................................ nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja ...................................................... nein ...................................................... 18 <?page no="35"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja …………………………................. nein ………………………..................... - Duroplast ja begrenzt....................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ……………………….…................ nein ………………………..................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja ……………………………………… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein ...................................................... Lageorientierung ja ist Bedingung…….………..…….... nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja ………………………..................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja evtl. Reinigen……......................... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja ……………………….………..…… nein ...................................................... 19 <?page no="36"?> An der Oberfläche? ja ……………………........................ nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine………………………………………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. ca. 1 mm.……………………………………. Hersteller (Vertreter) in Deutschland): viele…….……………………………..……... Minimaler Invest? ca. 100,00 € Handgerät…….……………… Dienstleistung/ Lohnentgraten? unbekannt................................................... 20 <?page no="37"?> 1.7 Verfahrenssteckbrief: Druckfließläppen (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja begrenzt....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja ..................................................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja unüblich………………………..... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja ...................................................... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja ...................................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ………………………..…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja ...................................................... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………..…..……..…... Stanzgrate ja unüblich......................................... nein ...................................................... 21 <?page no="38"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja ..................................................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja ...................................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja ………………………..................... nein ...................................................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja …………………………................. nein ...................................................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ...................................................... nein ...................................................... Taktsysteme ja bei einfachen Anwendungen…… nein ...................................................... Schüttgut ja ...................................................... nein .................. Lageorientierung ja unbedingt erforderlich…….…… nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja ...................................................... nein siehe Anmerkung 1………………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja Reinigen.......................................... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ...................................................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja siehe Anmerkung 2……………… nein ...................................................... 22 <?page no="39"?> An der Oberfläche? ja Verbesserung............................... nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. keine.......................................................... Hersteller (Vertreter) in Deutschland): Extrude Hone, Micro Technica……………. Minimaler Invest? ca. 50.000,00 €…....................................... Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich....................................................... Anmerkung: 1. Vorbehandlung, Reinigen ist empfehlenswert. Schmutz und Verschleppung von Schmierölen beeinflussen die Wirkung des Schleifmediums und seine Standzeit. 2. Allgemein: Maßänderung in den Bereichen, in denen die Schleifpaste fließt. 23 <?page no="40"?> 1.8 Verfahrenssteckbrief: Magnetabrasives Feinschleifen (MAF), Ultraschall (US) (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja (US)……...................................... nein (MAF)......................................... - Ungezieltes Entgraten mit Oberflächenabtrag ja (MAF)........................................... ohne Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja …………………………………....... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja begrenzt........................................ werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ………………………..…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja (MAF)........................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja begrenzte Gratfußdicken............... nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja begrenzt....................................... nein ...................................................... 24 <?page no="41"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja (US) nur bei harten Werkstoffen.... nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja nur (MAF)……………..................... nein ...................................................... NE-Schwermetalle ja nur (MAF)....................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja ………..…….….………................. nein ………………………..................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja ………....…………….…................ nein ……………………......................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja ………………………….................. nein ...................................................... Taktsysteme ja ……………………………………… nein ...................................................... Schüttgut ja bei begrenzter Wirksamkeit.......... nein ...................................................... Lageorientierung ja ….……………….………….…….... nein ...................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja ……………………......................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja eventuell Reinigen, ……………… entmagnetisieren (MAF)………... nein ………………………….................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja ………………………………...…… nein ...................................................... 25 <?page no="42"?> An der Oberfläche? ja Verbesserung…………………….. nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. ca. 1 mm…… ………………………………. Hersteller (Vertreter) in Deutschland): keine bei (MAF), viele bei (US).… ……….. Minimaler Invest? ca. 50.000,00 €…......... ............................. Dienstleistung/ Lohnentgraten? unbekannt.................... .............................. 26 <?page no="43"?> 1.9 Verfahrenssteckbrief: Hochdruckwasserstrahlen (Die hier aufgeführten Daten repräsentieren typische Einsatzbedingungen) Welche Verfahrensmerkmale liegen vor? Bemerkungen - Ist gezieltes Entgraten möglich? ja begrenzt....................................... nein ...................................................... - Ungezieltes Entgraten ohne Oberflächenabtrag ja ..................................................... mit Oberflächenabtrag nein ..................................................... - Ist Außenentgratung möglich? ja ………..………………………….... nein ...................................................... - Ist Innenentgratung möglich? ja …………………………………....... (z.B. in Bohrungskreuzungen) nein ...................................................... - Können verdeckte Grate entfernt ja begrenzt....................................... werden (z.B. an Hinterschneidungen) nein ….................................................. - Verbleiben Aufwürfe? ja ...................................................... nein ………………………..…............... - Entstehen Sekundärgrate? ja ...................................................... (durch das Entgratverfahren nein ...................................................... hervorgerufene Grate) - Werden Kanten gebrochen, ja ..................................................... verrundet? nein …………………............................ Welche Grate können entfernt werden? Zerspanungsgrate ja mit Einschränkungen………........ nein ………………………..................... Schmiedegrate ja ...................................................... nein ………………………….................. Sand-und Kokillengussgrate ja ...................................................... nein ...................................................... Druckgussflitter ja ...................................................... nein ….…………………….………..…... Stanzgrate ja ...................................................... nein ...................................................... 27 <?page no="44"?> Welche Werkstoffe können bearbeitet werden? Eisenmetalle ja begrenzt, …………………………... von Werkstoffhärte abhängig…….. nein ...................................................... Nichteisenmetalle NE-Leichtmetalle ja bei spröden Metallen..................... nein ..................................................... NE-Schwermetalle ja begrenzt......................................... nein ...................................................... Kunststoffe - Thermoplast ja begrenzt…….….………................. nein ………………………..................... - Duroplast ja ...................................................... nein ...................................................... - Elastomere ja begrenzt..…………….…................ nein ……………………......................... Welche Werkstückhandhabung ist möglich? Durchlauf ja form- und gratabhängig................. nein ..................................................... Taktsysteme ja unüblich…………………………… nein ..................................................... Schüttgut ja ..................................................... nein ..................................................... Lageorientierung ja erforderlich…..…………….……... nein ..................................................... Ist eine Vorbehandlung notwendig? ja ……………………......................... nein …………………………..…………. Ist eine Nachbehandlung notwendig? ja eventuell Trocknen, Passivieren..... nein …………………………................. Treten Veränderungen am Teil auf? Am Gefüge? ja ……………………......................... nein ...................................................... In der Maßhaltigkeit? ja bei dünnwandigen Teilen.…..…… nein ...................................................... 28 <?page no="45"?> An der Oberfläche? ja Erosionserscheinungen bei zu langem Strahlen nein ...................................................... Welche Grenzen hat das Verfahren? Werkstückgeometrie? keine, nur wirtschaftlich begrenzt………… (max. Abmessungen) Wandungen: min. ca. 1 mm……………………………………. Hersteller (Vertreter) in Deutschland): mehrere…… ……………………………….. Minimaler Invest? ca. 100.000,00 €…..... ............................... Dienstleistung/ Lohnentgraten? möglich........... ........................................... 29 <?page no="46"?> 2 Grundlagen zur Lösung von Entgratproblemen Alfred Thilow, Friedrich Schäfer 2.1 Einleitung Im Sinne einer effizienten Produktion ist die Entgrattechnik wie auch die gesamte Fertigungstechnik gezwungen, sich unter stetem Kostendruck und steigenden Qualitätsanforderungen weiterzuentwickeln. Spezielle Trends bei den Entgrattechnologien sind dabei aber nicht zu erkennen. Natürlich werden die Anlagen und Prozesse immer weiterentwickelt und optimiert. Auch die Automatisierung hat hier wie bei allen Fertigungsverfahren einen hohen Stellenwert. Die Planung eines Entgratarbeitsganges ist im Vergleich zur Planung von gestalterzeugenden Arbeitsgängen wie z.B. Bohren wesentlich komplexer, da ein Entgratverfahren nicht zwangsläufig zu einer klar definierten Geometrie der entgrateten Kante führt. Außerdem sind die Wirkmedien im Vergleich zur spanenden Gestalterzeugung nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch, chemisch, thermisch oder Kombinationen aus diesen. 2.2 Gratbildung Grate sind unerwünschte Werkstoffgebilde, die sich bei der Anwendung sehr vieler Fertigungsverfahren bilden und in der Regel entfernt werden müssen. Dazu nachstehende Definitionen: - Nach DIN ISO 13715: Grat ist Materialüberhang außerhalb der ideal-geometrischen Form einer Außenkante, der nach der mechanischen Bearbeitung oder einem Formgebungsprozess zurückbleibt. - Auf das Zerspanen bezogen: Grat ist Werkstoff, der der Zerspanung ausweicht. - Allgemein: Grate sind Fertigungsrückstände, die fest mit dem Werkstück verbunden sind. Die auf das Zerspanen bezogene Definition beschreibt bereits die Gratentstehung und wurde erstmals von Prof. Dr. Schäfer in der Literatur erwähnt. Sie ist für einen einfachen und damit praktikablen neuen Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung geeignet. So kann aus der Erkenntnis, dass der Werkstoff der Zerspanung ausweicht (über die Kante gebogen wird), abgeleitet werden, dass zwei Voraussetzungen gegeben sein müssen: 30 <?page no="47"?> 1. Der Werkstoff ist in der Phase der Gratentstehung plastisch verformbar. 2. Es gibt eine Kraftkomponente (Zerspankraft oder Vorschubkraft) D.h.: Um Grate zu minimieren, müssen die plastische Verformbarkeit des Werkstoffs und die Zerspankraft reduziert werden. Maßnahmen dazu werden in dem Kapitel 2.3 „Neuer Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung“ behandelt. Am Beispiel des Längsdrehens, das eigentlich keine Entgratprobleme verursacht, lässt sich die Gratentstehung sehr gut demonstrieren. Bild 2.1. Die entstehenden Grate können durch Anfasen beim Drehen beseitigt werden, es sei denn, es liegt ein unterbrochener Schnitt vor. Beim Längsdrehen ist die Schnittkraft an der Gratbildung nicht beteiligt, nur die Vorschub- und die Passivkraft bewirken die Gratbildung. Darum wird der Längsdrehprozess gerne für die Simulation der Gratbildung im orthogonalen Schnitt benutzt. Phase1 Um in den Eingriff zu kommen, muss die Schneide zunächst in den Werkstoff gepresst werden. Dabei wird Werkstoff verdrängt und bildet vor der Schneide durch die Passivkraft einen Aufwurf am Außendurchmesser. Solange der Restwerkstoff ausreichend Widerstand gegen die Verformung leistet, ist der Prozess stabil und es findet eine gleichbleibende Zerspanung statt. Phase 2 Beginn der plastischen Verformung des Restwerkstoffs durch die Vorschubkraft. Phase 3 Die Zerspanung nimmt weiter ab. Es wird nur noch leicht am Gratfuß zerspant und dieser weiter geschwächt. Phasen 4, 5, und 6 Der entstandene Grat wird weiter über die Kante gedrückt. Es findet überwiegend nur noch ein Reiben statt. Bild 2.1: Gratbildung beim Längsdrehen [8] . Quelle: RWTH Aachen 31 <?page no="48"?> Um die Entfernung oder Minimierung der Grate erfolgreich planen zu können, ist es unumgänglich zu wissen, wie sie gebildet werden und welche Gestalt sie haben. Im Folgenden soll deshalb die Gratbildung bei wichtigen Fertigungsverfahren betrachtet werden (Bild 2.2). Die Gratbildung ist beim Urformen (Gießen, Sintern) und Umformen (Gesenkschmieden) relativ gut vorhersehbar, da der Grat - wie auch das Werkstück selbst - das Abbild einer negativen Form ist. Beim Schneiden („Stanzen“) ist die Gratbildung ebenfalls einfach vorhersehbar, da die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück eine eindimensionale Hubbewegung ist. Beim Spanen, der wichtigsten Gruppe der Fertigungsverfahren, ist der Mechanismus der Gratbildung wegen der räumlichen Relativbewegung zwischen Schneide und Werkstückoberfläche komplexer. Deshalb soll die Gratbildung beim Spanen näher betrachtet werden (Bild 2.3). [5] 1. Urformen 1.2 Urformen aus dem flüssigen, Gießen von Metallen, breiigen oder pastenförmigen Pressen, Spritzpressen, Zustand Spritzgießen von Plasten 1.3 Urformen durch Galvanoformung elektrolytische Abscheidung 1.4 Urformen aus dem körnigen oder Sintern pulverförmigen Zustand 2. Umformen 2.1 Druckumformen 2.1.1 Walzen 2.1.2 Freiformen 2.1.3 Gesenkformen 2.1.4 Eindrücken 3. Trennen 3.1 Zerteilen 3.1.1 Scherschneiden 3.1.2 Keilschneiden 3.1.3 Reißen 3.1.4 Brechen 3.2 Spanen mit geometrisch 3.2.1 Drehen bestimmten Schneiden 3.2.2 Bohrverfahren 3.2.3 Fräsen 3.2.4 Hobelverfahren 3.2.5 Räumen 3.2.6 Sägen 3.2.7 Feilen 3.3 Spanen mit geometrisch 3.3.1 Schleifen unbestimmten Schneiden 3.3.2 Honen 3.3.3 Läppen 3.3.4 Abtrennen mit Schleif- und Strahlmitteln 3.4 Abtragen 3.4.1 Thermisches Abtragen 4. Fügen 4.4 Fügen durch Urformen 4.4.1 Ausgießen 4.4.2 Umgießen 4.4.3 Vergießen, Eingießen 4.6 Stoffverbinden 4.6.1 Schweißen Bild 2.2: Fertigungsverfahren mit Gratbildung (nach DIN 8580). Schäfer, F. [5] 32 <?page no="49"?> Werkstoff Fertigungsverfahren Werkstück Querschnittsprofil C15 Wälzfräsen C35 Plandrehen C45 Stoßen 20MnCr4 Formfräsen 20MoCr4 Runddrehen 41Cr4 Planfräsen Grat : Bearbeitungsrichtung: Bild 2.3: Gratbildung bei verschiedenen Fertigungsverfahren und Werkstoffen. Schäfer, F. [5] Uni Stuttgart 33 <?page no="50"?> Wie bereits erwähnt, beruht die Gratbildung beim Spanen grundsätzlich darauf, dass der Werkstoff unter den Zerspanbedingungen verformungsfähig ist. Grat ist beim Spanen daher stets Werkstoff, der auf Grund dieser Verformbarkeit des Werkstoffs einer Zerspanung ausgewichen ist und über die Werkstückkante verdrängt wurde. Bei näherer Betrachtung des Verdrängungsvorganges kann zwischen einer Verdrängung in Richtung einer Komponente der Zerspankraft oder senkrecht dazu unterschieden werden [5]. Es entstehen daher beim Zerspanen die beiden Grate durch: 1. Verdrängen des Werkstoffes in Richtung der Zerspankraftkomponente und 2. Verdrängen des Werkstoffes senkrecht zur Richtung der Zerspankraftkomponente. (Die dafür verantwortliche Kraft wird als Passivkraft bezeichnet, da sie nicht am Zerspanprozess beteiligt ist). Am Beispiel des Umfangsstirnfräsens (Bild 2.4) und des Bohrens (Bild 2.5) kann dies gezeigt werden. Bild 2.4: Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen im Gegenlauf. Schäfer, F. [5] Die faserige Gratbildung senkrecht zur Richtung der Kraft Fr entsteht, wenn der Vorschub zu gering ist. Der durch die Passivkraft entstandene Grat (Aufwurf) wird dann nur angeschnitten und nicht vollständig entfernt. Der Vorschub sollte deshalb größer als die Breite des Aufwurfs sein. Beim kompletten Überfräsen spielt dies allerdings keine Rolle. 34 <?page no="51"?> Bild 2.5: Gratbildung beim Bohren (Querschnittsprofile und REM-Aufnahmen) Schäfer, F. [5] Uni Stuttgart 2.2.1 Gratbildung beim Bohren Neben dem Drehen und Fräsen ist das Bohren der häufigste Arbeitsgang in der spanenden Fertigung und bereitet die meisten Probleme beim Entgraten (z.B. in Bohrungskreuzungen). Das ist auch der Grund dafür, dass in den vergangenen Jahren zahlreiche Untersuchungen an Hochschulinstituten mit dem Ziel durchgeführt wurden, die Gratbildung beim Bohren zu reduzieren. Vollhartmetallbohrer; mit Wendeschneidplatten oder Hartmetall bestückte Bohrer sowie unterschiedliche Spiralbohreranschliffe [6,15] wurden untersucht. Es würde den Rahmen dieses Buches sprengen, wollte man alle Ergebnisse dieser Untersuchungen hier aufnehmen. Sehr gute Ergebnisse bei der Gratminimierung können mit Stufenbohrern erzielt werden (Bild 2.6). Durch die nachlaufende Schneide wird der Gratfuß (und damit der Grat), der beim Durchbohren entstanden ist entfernt und die Bohrung auf das Sollmaß aufgebohrt. Die Durchmesser des Stufenbohrers sollten sich dabei nur gering unterscheiden. Der gleiche Effekt kann auch durch Vorbohren und anschließendes Aufbohren erzielt werden. Bild 2.6: Stufenbohrer Bohrereintrittsseite (Stelle 1 und 2) Bohreraustrittseite (Stelle 3 und 4) 35 <?page no="52"?> Am häufigsten werden Spiralbohrer eingesetzt. Sowohl durch die Querschneide als auch durch den Nachteil (das gilt für alle Bohrer), dass die Schnittgeschwindigkeit von Außen nach Innen gegen null geht, findet in der Bohrungsmitte keine Zerspanung, sondern hauptsächlich Reiben und Quetschen statt. Hohe Temperaturen durch Reibung und damit eine verstärkte Gratbildung sind die Folge. Bild 2.7 zeigt sehr schön die Phasen der Gratbildung beim Bohren. Durch Hinterschliffe an der Querschneide kann eine Verbesserung erzielt werden. Auch hierzu gibt es umfangreiche Untersuchungen. Bei Bohrungen ab einem Durchmesser von ca. 10 mm sind mit Wendeschneidplatten bestückte Bohrer empfehlenswert. Spezielle Wendeschneidplatten mit spanbrechenden Schneidenkonturen können die Gratbildung reduzieren [7]. Ebenso kann das Zirkularfräsen bei größeren Bohrungsdurchmessern eine Alternative sein. Durch das Eindrücken der Schneiden beim Anbohren wird Werkstoff verdrängt. Verantwortlich hierfür ist die Passivkraft. Es baut sich ein Aufwurf auf (auch als Poissongrat bezeichnet), der erhebliche Dimensionen erreichen kann und häufig entfernt werden muss. Bild 2.5 zeigt den Anbohr- und Durchbruchgrat (im Beispiel ein sogenannter Flügelgrat). Die Bohrgrate können unterschiedlich geformt sein [16]. Es gibt Ringgrate (mit und ohne Bohrdeckel) und sogenannte Kronengrate Bild 2.8. Quelle: RWTH Aachen Bild: 2.7 Gratquerschnittsprofile beim Bohren von AlMg 4.5 Mn 36 <?page no="53"?> Bild 2.8: Kronengrat 2.2.2 Gratbildung beim Fräsen 2.2.2.1 Gleich- und Gegenlauffräsen Beim Gegenlauffräsen ist die Drehrichtung des Fräsers gegen die Vorschubrichtung des Werkstücks gerichtet. Dadurch dringt die Schneide immer tiefer in den Werkstoff ein und hat beim Schneidenaustritt das Maximum der Spanungsdicke erreicht. Mit zunehmender Spanungsdicke nimmt auch die Schnittkraft Bild 2.22 (Diagramm: Schnittkraft als Funktion der Spanungsdicke) zu, was zu einer stärkeren Gratbildung führt. D.h.: Im Sinne der Gratminimierung sollte der Vorschub und damit die Spanungsdicke beim Schneidenaustritt aus dem Werkstück reduziert werden. Beim Gleichlauffräsen ist die Spanungsdicke beim Schneideneintrit in das Werkstück am größten und am Austritt bei Null. Bild 2.9: Gegenüberstellung: Gleichlauf- und Gegenlauffräsen Die Phasen des Bohrerdurchbruchs sind in Bild 2.7 dargestellt. In der Phase 1 wird der Bohrungsboden im Bereich der Querschneiden aufgewölbt und anschließend durchstoßen. Nach der Phase 3 wird das Restmaterial beim Durchbohren über die Kante gebogen und verbleibt als Grat. 37 <?page no="54"?> 2.2.2.2 Gratbildung beim Nutenfräsen Das Beispiel (Bild: 2.10) zeigt sehr anschaulich die unterschiedliche Gratbildung beim Gleich- und Gegenlauffräsen. Auf der rechten Seite findet ein Gleichlauf-, auf der linken ein Gegenlauffräsen statt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Austrittsgrat beim Gegenlauffräsen die größten Dimensionen aufweist. Durch geeignete Frässtrategien kann diese Erkenntnis zur Gratminimierung beitragen. Bild 2.10: Gratbildung beim Nutenfräsen (Quelle: RWTH Aachen) 38 <?page no="55"?> 2.2.2.3 Einfluss des Zahnvorschubes auf die Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen im Gegenlauf [5] Bild 2.11 zeigt, dass die Gratfußbreite über den Zahnvorschub im doppellogarithmischen Koordinatensystem eine Gerade darstellt, die Größen also nach einer Potenzfunktion voneinander abhängen. Die Versuche wurden teilweise mit Schneiden, die einen Verschleiß an der Nebenfreifläche aufwiesen, wiederholt. Dabei stellte sich heraus, dass mit steigendem Zahnvorschub die Gratfußbreite zunächst abnimmt, dann wieder ansteigt und die Kurve dann die Steigung der zuvor beschriebenen Geraden annimmt, um oberhalb dieser Kurve zu verlaufen. Dies wird auf die Passivkraft zurückgeführt, die infolge des Verschleißes an der Freifläche der Nebenschneide stark ansteigt. Bei kleinen Zahnvorschüben ist diese Freifläche in der Lage, den Werkstoff der Nebenschnittfläche, der durch die ansteigende Passivkraft zunächst nur elastisch verformt wird, durch mehrmaliges Überstreichen Bild 2.11: Gratfußbreite in Abhängigkeit vom Zahnvorschub beim Umfangsstirnfräsen über die Kante zu verdrängen. Bei größeren Zahnvorschüben streicht die verschlissene Freifläche weniger über die gleiche Nebenschnittfläche und verdrängt daher nicht mehr so viel Werkstoff. Der Einfluss auf die Gratfußbreite nimmt daher ab. 2.2.2.4 Einfluss der Schnitttiefe auf die Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen (Bild 2.12 a-d) [5] In Versuchsreihen wurden Wendeschneidplatten mit verschiedenen Radiuswerten der Eckenrundung eingesetzt. Bei Schnitttiefen, die kleiner sind als der Radius der Eckenrundung, wird der nicht mehr zerspante Werkstoff an der Austrittskante umgebördelt, so dass Grate entstehen, deren gestreckte Höhe genau der Schnitttiefe entsprechen. Beim Verdrängen und Umbiegen wird der Werkstoff an der Gratspitze im Vergleich zum Werkstoff am Gratfuß meist so stark gedehnt, dass sich der Grat an der ungedehnten Werkstückkante wellt (Bild 2.10 b). 39 <?page no="56"?> Eckenrundung der Wendeschneidplatte: R = 0,8 mm, Werkstoff: C 15 Bild 2.12 a: Gratbildung in Abhängigkeit von der Schnitttiefe. Quelle: Schäfer, F,Uni Stuttgart,[5] Bild 2.12 b: Gratbildung in Abhängigkeit von der Schnitttiefe (Querschnittsprofile mit REM-Aufnahmen). Quelle: Schäfer, F. Uni Stuttgart 40 <?page no="57"?> Bild 2.12 c: Gratbildung in Abhängigkeit von der Schnitttiefe (Querschnittsprofile mit REM-Aufnahmen) Quelle: Uni Stuttgart, Schäfer, F. [5] Bild 2.12 d: Gratbildung in Abhängigkeit von der Schnitttiefe (Querschnittsprofile mit REM-Aufnahmen). Schäfer, F. [5] Uni Stuttgart 41 <?page no="58"?> Wird die Schnitttiefe größer als der Radius der Eckenrundung, so wird der über die Austrittsfläche verdrängte Werkstoff nicht mehr umgebogen, sondern reißt an der Kante Nebenschnittfläche - Austrittsfläche auf und der Grat bildet sich vorwiegend an der Kante Hauptschnittfläche - Austrittsfläche. An der Kante Nebenschnittfläche - Austrittsfläche bleibt nur noch der über die Austrittsfläche verdrängte, nicht abgerissene Rest als Grat zurück (Bild 2.10 c und d). Der Grat an der Kante Hauptschnittfläche - Austrittsfläche nimmt mit weiter steigender Schnitttiefe die Gestalt einer Spirale (Rollgrat) an und fällt beim vollständigen Überfräsen der Werkstückoberfläche ab (Bild 2.10 c und d). Es ist also bezüglich der Gratbildung sehr ungünstig, wenn die Schnitttiefe kleiner als der Radius der Eckenrundung ist und sehr günstig, wenn die Schnitttiefe deutlich über dem Radiuswert liegt, da dann nur noch ein kleiner Restgrat an der Austrittsfläche entsteht. 2.2.3 Einfluss des Kantenwinkels am Werkstück auf die Gratgröße [5] Der Einfluss des Kantenwinkels am Werkstück wurde ebenfalls näher untersucht (Bild 2.13). Dabei wurde die Versuchsreihe einmal mit einem scharfen Werkzeug (Standzeitanfang) und mit einem stumpfen Werkzeug (Standzeitende) wiederholt. Bild 2.13: Einfluss des Kantenwinkels am Werkstück auf die Gratbildung.. Quelle: F. Schäfer, Uni Stuttgart 42 <?page no="59"?> Die Auswertung der Gratgrößen bei diesen Versuchen ist in Bild 2.11 dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Abhängigkeit der auf den Kantenwinkel von 90 o bezogenen Gratfußbreite vom Kantenwinkel für eine scharfe Werkzeugschneide. Die Kurve hat bei = 45 o ihr Maximum und fällt bei = 150 o auf null ab. Die Kurve 2 zeigt die gleiche Abhängigkeit für ein Werkzeug mit Schneidkeilverschleiß (V Bmax = 1,03 mm). Wie zu erwarten ist, liegt die Kurve 2 über der Kurve 1. Interessant ist jedoch, dass auch hier die Gratfußbreite bei ungefähr 150 o auf null absinkt, das heißt, dass die Gratbildung hier aufhört. Das Maximum der Kurve 2 ist leicht zu größeren Kantenwinkeln verschoben. Im Bild sind auch die Differenzwerte zwischen den Kurven 1 und 2 dargestellt (Kurve 3). Der Verlauf der Kurve 3 zeigt, dass im Bereich zwischen 45 o und 90 o der Verschleiß der Werkzeugschneide die Gratbildung am meisten vergrößert. In diesem Bereich des Kantenwinkels ist es daher besonders wichtig, mit scharfen Werkzeugen zu arbeiten, um die Grate klein zu halten. Andererseits erkennt man daraus, dass der Einfluss des Verschleißzustandes des Werkzeuges bei zunehmenden Kantenwinkeln immer geringer wird und bei Winkeln über 150 o so gut wie keine Grate mehr entstehen [5]. Bild 2.14: Gratfußbreite in Abhängigkeit vom Kantenwinkel des Werkstücks. Quelle: Uni Stuttgart, Schäfer, F. [5] Die Tatsache, dass bei Kantenwinkeln von ungefähr 135 o fast keine Grate mehr entstehen, kann bei Werkstücken zur Vermeidung oder mindestens zur Reduzierung der Gratbildung genutzt werden, indem man Kanten mit großen Fasen oder Rundungen ausbildet, damit beim anschließenden spanenden Abtrag an der Austrittskante ein Winkel von ungefähr 135 o entsteht. (Bild 2.13). 43 <?page no="60"?> 2.3 Neuer Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung. Bevor mit der Suche nach einem kostengünstigen und effizienten Entgratverfahren begonnen wird, sollte als erster Schritt die Gratminimierung im Vordergrund stehen. Ein positives Ergebnis hierbei ermöglicht eine größere Auswahl anwendbarer Entgratverfahren oder ersetzt das Vorentgraten (Entfernen zu großer Grate). Häufig scheitern gerade die abtragenden Entgratverfahren, aber auch das Gleitschleifen, bei zu großen Graten an deren Einsatz. Aus dem vorhergehenden Kapitel wurde deutlich, dass bei spanenden Fertigungsverfahren die Gratbildung darauf beruht, dass der Werkstoff der Zerspanung ausweicht und über die Austrittskante gebogen (gebördelt) wird. Im Prinzip handelt es sich um einen Umformprozess. Aus dieser Erkenntniss lässt sich ein einfacher und damit praktikabler Lösungsansatz zur Gratminimierung entwickeln. Die Kernüberlegung ist, dass die Gratentstehung beim Zerspanen letztlich auf zwei Einflussgrößen reduziert werden kann. Diese sind: Die plastische Verformbarkeit. Der noch zu zerspanende Werkstoff ist in der Phase der Gratentstehung (also zum Zeitpunkt des Schneidenaustritts aus dem Werkstück) plastisch verformbar. Die Zerspankraftkomponenten. Es gibt eine Zerspan- oder Vorschubkraft. Gratbildung Verformungsfähigkeit des Werkstoffs Fließspannung Zerspankraftkomponenten F Bild 2.15: Einflussgrößen auf die Gratbildung Um Grate zu minimieren müssen darum die plastische Verformbarkeit des Werkstoffs und die Kraftkomponenten reduziert werden (Bild: 2.15.) Die plastische Verformbarkeit bzw. das Formänderungsvermögen bei der Gratbildung kann sehr einfach mit der Fließspannung k f beschrieben werden. Die Fließspannung (auch als Formänderungsfestigkeit bezeichnet) multipliziert mit einer Flä- 44 <?page no="61"?> che ergibt die Kraft, die sich der Verformung widersetzt. Sie steht für jeden Werkstoff in einem funktionalen Zusammenhang zum Umformgrad, zur Umformgeschwindigkeit und zur Temperatur. Für die Gratminimierung folgt daraus, dass die Prozesstemperatur bei der Zerspanung so niedrig wie möglich gehalten wird. Bild 2.16 zeigt die Abhängigkeit der Fließspannung von der Temperatur bei Kohlenstoffstahl. Ein Phänomen ist hier der Anstieg der Fließspannung in dem Temperaturbereich 200 bis 500 Grad. Dies ist auf Gitterveränderungen durch den Kohlenstoff zurückzuführen und wird als Blausprödigkeit bezeichnet. In diesem Bereich ist mit geringeren Graten zu rechnen. Normalerweise besteht eine beinahe lineare Abhängigkeit zwischen der Fließspannung und der Temperatur. Interessant ist auch die Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit. Bei höherer Umformgeschwindigkeit bleibt die Fließspannung auf einem höheren Niveau. Dies könnte für die Gratbildung ein positiver Effekt bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung HPC (High-performance-cutting) / HSC (High-speed-cutting) sein. Es wäre sinnvoll hier zu forschen. Bild 2.16 . Einfluss der Temperatur auf die Verformungsfähigkeit (Fließspannung). Quelle: RWTH Aachen Im Folgenden werden zunächst gemäß Bild 2.17 die Einflüsse auf die Verformungsfähigkeit (Fließspannung) des zu zerspanenden Werkstoffs beschrieben. 45 <?page no="62"?> 2.3.1 Einflüsse auf die Verformungsfähigkeit des Werkstoffs Gratbildung Verformungsfähigkeit des Werkstoffs Fließspannung Zerspankraftkomponenten Werkstoff (Legierungsbestandteile) Versprödung (Härten, Unterkühlen) Bearbeitungstemperatur (Kühlung/ Schmierung) Vorschub (Spanungstiefe) Schnittgeschwindigkeit Schnitttiefe Schneidengeometrie (Verschleiß) Schmierung Kantenwinkel Schneidenaustrittswinkel Bild: 2.17: Einflüsse auf die Gratbildung 2.3.1.1 Werkstoff (Legierungsbestandteile) Schon in der Konstruktionsphase ist es bei der Werkstoffauswahl sinnvoll, sich Gedanken nicht nur über die Zerspanbarkeit des gewählten Werkstoffs, sondern auch über die Gratbildung zu machen. Beides muss sich allerdings auch nicht gegenseitig ausschließen. Die Entscheidung für einen spröderen also weniger verformungsfähigen Werkstoff ist z.B. auch für das Zerspanen vorteilhaft. Grauguss und Aluminiumsiliziumlegierungen lassen sich gut zerspanen und hinterlassen wenig Grat. Bei diesen Werkstoffen kommt es aufgrund ihrer Sprödigkeit (höherer Fließspannung) bei der Verdrängung des nicht zerspanten Werkstoffs über die Werkstückkante nicht zu einer Umbiegung sondern zum Bruch. Natürlich haben Festigkeitsüberlegungen Priorität und stehen unter Umständen dem Einsatz dieser Werkstoffe entgegen. 2.3.1.2 Versprödung durch Härten oder Unterkühlen An verschiedenen Hochschulinstituten wurden Versuche mit dem Ziel durchgeführt, die Gratbildung durch Versprödung des Werkstückwerkstoffs zu minimieren. Ver sprödung bedeutet, dass die Fließspannung vergrößert wird. 46 <?page no="63"?> An der TU-Dortmund konnte bei der Bearbeitung von Aluminium (EN AW-6082) nachgewiesen werden, dass durch Kühlen der Schneidenaustrittsfläche oder auch des ganzen Werkstücks mit CO2-Schnee die Gratbildung deutlich reduziert wird. Der Effekt ist, dass die Fließspannung nicht weiter durch die in Prozesswärme umgewandelte Energie des Zerspanprozesses vermindert, sondern gegebenenfalls auch erhöht wird [9]. An der TU-Chemnitz wurden Bohrversuche an Werkstücken aus Stahl C45E durchgeführt. Die Versprödung des Werkstoffs und damit eine Gratminimierung erreichte man durch gezieltes Laserhärten der Bohreraustrittsfläche. Hierbei wurde punktförmig oder ringförmig gehärtet. Dabei wird die zu härtende Zone durch den Laserstrahl schockartig erhitzt, kühlt aber durch die Wärmeabfuhr ins umgebende Material so schnell ab, so dass ein zusätzliches Abschrecken nicht notwendig ist [10]. Die oben genannten Erkenntnisse lassen den Schluss zu, dass bei der immer häufiger angewendeten Hartbearbeitung mit geringeren Graten zu rechnen ist. 2.3.1.3 Bearbeitungstemperatur Bild 2.18 zeigt ein Modell der Formänderung nach Leopold (Methode der Visioplastizität). Durch Aufbringen einer Gitterstruktur am Werkstück kann die Verformung des Werkstoffs sehr anschaulich visualisiert werden. Diese Methode wird auch gerne für den Vergleich von FEM-Simulationen mit der Realität angewendet. Gut zu erkennen sind die Überdehnung des Werkstoffs, die letztlich zum Abscheren in der Scherebene führt und der Werkstofffluss. Bild 2.18: Modell der Formänderung nach Leopold (Methode der Visioplastizität) Durch die Umformarbeit (Scherarbeit) und die Reibung des Spans an der Spanfläche entstehen hohe Temperaturen, die die Fließspannung herabsetzen und damit die plastische Verformbarkeit des Werkstoffs vergrößern. In der Endphase, also beim Schneidenaustritt wird nicht mehr zerspant, da der Restwerkstoff wie beschrieben aufgrund der hohen Temperatur und der damit stark 47 <?page no="64"?> reduzierten Fließspannung der Zerspanung ausweicht und über die Kante gebogen wird. Bei der herkömmlichen Bild 2.19: Zerspanungstemperaturen nach Kronenberg und Vieregge Stahlbearbeitung können in diesem Bereich durchaus Temperaturen bis max. 1000 Grad erreicht werden. Nach Kronenberg und Vieregge werden ca. 75% der Wärmemenge mit dem Span abgeführt Bild 2.19. Neue Erkenntnisse aus der Hochgeschwindigkeitszerspanung HSC (High Speed Cutting) sprechen sogar von bis zu 95%. Das bedeutet, dass durch die größere Wärmeabfuhr über die Späne der Restwerkstoff kälter, die Fließspannung höher und somit die Gratbildung geringer bleibt. Durch die sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten bei HSC, die bei relativ niedrigen Vorschubkräften bis in die Regionen von 8000 m/ min vorstoßen können (z.B. bei der Aluminiumbearbeitung), überschreitet der Werkstoffabtrag die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Prozesswärme in das Werkstück hinein, das damit thermisch unbelasteter bleibt [19] . 2.3.1.4 Kühlung, Schmierung Das Kühlen und Schmieren soll die Prozesstemperatur so niedrig wie wirtschaftlich vertretbar halten. Die Kühlung kann wie unter 2.2.4.3 beschrieben oder direkt an der Werkzeugschneide vorgenommen werden. Sie dient zunächst dazu, die Standzeit der Werkzeugschneiden zu verlängern, hat aber als Nebeneffekt auch Einfluss auf die Gratbildung, die bei dieser Betrachtung im Vordergrund steht. Das Schmieren verringert die Reibung an der Span- und Freifläche und damit die Wärme (Temperatur), die durch die Reibung entsteht. Außerdem versuchen die Werkzeughersteller die Reibung durch gleitfähigere Beschichtungen der Schneidwerkzeuge zu vermindern. 48 <?page no="65"?> Am WZL der RWTH wurden umfangreiche Reihenversuche mit verschiedenen Werkstoffen, Fertigungsverfahren und Werkzeugen durchgeführt. Da das Bohren das am häufigsten eingesetzte Fertigungsverfahren ist und auch die meisten Probleme beim Entgraten verursacht, war es sinnvoll, 3 Untersuchungsergebnisse der RWTH für das Bohren hier einzufügen [15]. Quelle: WZL RWTH Aachen mm 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 trocken Stickstoff Emulsion Grathöhe Gratfußbreite Gratdicke Gratfußradius Bild 2.20: Gratminimierung durch Kühlschmierung beim Bohren Wie sich die Kühlung und Schmierung auf die Gratbildung z.B. beim Bohren auswirkt zeigt Bild 2.20. Rechts oben sind die Messgrößen am Grat zu sehen. Sie wurden seinerzeit von Professor Schäfer definiert und sind auch heute noch die Grundlage für wissenschaftliche Untersuchungen. Bei diesem Bearbeitungsbeispiel zeigt sich, dass das Kühlschmieren mit Emulsion zu den kleinsten Gratabmessungen führt. 2.3.2 Einflüsse auf die Zerspankraftkomponenten Je größer die Zerspankraftkomponenten sind, desto früher beginnt der Verformungsprozess des noch nicht zerspanten Werkstoffs und damit die Gratbildung. Bild 2.21 zeigt qualitativ die Abhängigkeit der Zerspankräfte von den Zerspanungsparametern. 49 <?page no="66"?> Kleinere Vorschübe und Schnitttiefen reduzieren die Zerspankraftkomponenten, ebenso höhere Schnittgeschwindigkeiten. Bild 2.21: Qualitative Abhängigkeit der Zerspankräfte von den Zerspanungsparametern. Versuche an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (FH) mit ultraschallunterstütztem Bohren ergaben eine um 30% niedrigere Vorschubkraft und eine fast vollständige Vermeidung der Gratbildung beim Bohreraustritt! [12,18] 2.3.2.1 Vorschub und Spanungsdicke Die Steigerung des Vorschubs und damit der Spanungsdicke erzeugt höhere Zerspankraftkomponenten (siehe Bild 2.21 und 2.22). Im Sinne der Gratminimierung ist es deshalb sinnvoll, den Vorschub vor dem Austritt der Werkzeugschneiden aus dem Werkstück zu reduzieren. Bild 2.22: Absolute Schnittkraft als Funktion der Spanungsdicke [20]. 50 <?page no="67"?> Bild 2.23 zeigt die Gratmessgrößen in Abhängigkeit vom Vorschub beim Bohren. Interessant ist der zunächst kontinuierliche Anstieg der Gratabmessungen bei steigendem Vorschub bis 0,15 mm/ U und der Einbruch und Wiederanstieg danach bis ca. 0,30 mm/ U. Quelle: WZL RWTH Aachen 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Grathöhe ho Gratfußbreite bf Gratdicke bg Gratfußradius rf Vorschub f [mm/ U] mm Bild 2.23: Gratmessgrößen in Abhängigkeit vom Vorschub beim Bohren Vermutlich wurden in diesem Vorschubbereich und bei diesen Versuchen Temperaturbereiche erreicht, bei denen es zu der bereits oben beschriebenen Blausprödigkeit und Erhöhung der Fließspannung gekommen ist. 2.3.2.2 Schnittgeschwindigkeit Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit führt generell zu geringeren Zerspankraftkomponenten. Eine zusätzliche Ursache kann bis zu einem gewissen Grad mit der Abnahme der Fließspannung (Formänderungsfestigkeit) des Werkstoffs bei höheren Temperaturen begründet werden. Bild 2.24 zeigt die Gratdimensionen beim Bohren in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit. Bis zu einer Schnittgeschwindigkeit von ca. 60 m/ min nehmen die Gratdimensionen kontinuierlich ab. Bei ca. 60 m/ min findet ein starker Anstieg der Grathöhe ho statt. Ursache hierfür ist die stärkere Wärmeentwicklung und damit die Verminderung der Fließspannung. 51 <?page no="68"?> Quelle: WZL RWTH Aachen 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 25 30 40 50 60 Grathöhe ho Gratfußbreite bf Gratdicke bg Gratfußradius rf Schnittgeschwindigkeit v c m/ min mm Bild 2.24: Gratmessgrößen in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit beim Bohren. 2.3.2.3 Schnitttiefe Die Zerspankraftkomponenten und damit die Gratdimensionen steigen über der Schnitttiefe (Bild: 2.21 ) proportional an. Für die Gratdimensionen an der Austrittsfläche beim Umfangfräsen gilt das jedoch nur, wenn die Schnitttiefe kleiner als der Eckenradius des Werkzeugs ist (siehe 2.2.2.4. Einfluss des Eckenradius auf die Gratbildung beim Umfangsstirnfräsen). 2.3.2.4 Schneidengeometrie Die Schneidengeometrie hat einen erheblichen Einfluss auf die Zerspankraftkomponenten. Je spitzwinkliger der Keilwinkel ist, desto geringer werden die Kraftkomponenten sein und umgekehrt. Negative Spanwinkel bewirken höhere Zerspankräfte. 52 <?page no="69"?> Ebenso führen stumpfe oder Aufbauschneiden zu größeren Kräften aber auch zu höheren Prozesstemperaturen durch Reibung, die wiederum die Fließspannung mindern. Die Folge sind größere Grate. 2.4 Einfluss des Kantenwinkels Der Einfluss des Kantenwinkels am Werkstück wurde von Professor Schäfer näher untersucht (Bild 2.13). Bild 2.25: Gestaltung von Kanten am Werkstück zur Reduzierung oder Vermeidung der Gratbildung Der Haupteffekt bei Kanten mit großen Winkeln oder Radien besteht darin, dass die Schnitttiefe a beim Zerspanen kontinuierlich abnimmt und gegen Null geht. D.h., bei null Schnitttiefe ist beim Austritt der Schneide aus dem Werkstück kein Werkstoff mehr vorhanden, der über die Kante gedrückt (gebördelt) werden kann und als Grat zurückbleibt. Bild 2.26 : Optimierte Schmiedekonturen zur Gratreduzierung. Quelle: Daimler Benz Ein geringerer Einfluss ist dadurch gegeben, dass der verdrängte Werkstoff bei stumpfen Kantenwinkeln wenig Raum findet, in den er verdrängt werden kann. 53 <?page no="70"?> Wie eine erfolgreiche Problemlösung aussieht zeigt Bild 2.26. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich um ein Schmiedeteil bei dem die Schraubenauflageflächen angespiegelt wurden. Durch stumpfe Winkel im Bereich der zu erwarteten Schneidenaus- und Eintritte konnte die Gratbildung soweit reduziert werden, dass das Entgraten entfallen konnte. 2.5 Lösen von Entgratproblemen 2.5.1 Erfassung des Istzustandes (Werkstück mit Grat) (Bild 2.3) [1] Die Messgrößen der Entgratqualität werden am besten im Querschnittsprofil definiert (Bild 2.27). Es sind dies: - Restgrathöhe h 1 - Kantenverrundung r k - Kantenfehlbreite b k Je nach Grund der Entgratung ist die eine oder andere der Größen von Bedeutung. Um Teile fügen zu können, darf keine Restgrathöhe h 1 da sein. Um Verletzungsgefahr zu beseitigen, muss eine minimale Kantenverrundung r k vorhanden sein. An einer Steuerkante eines Hydraulik-Ventils darf aus funktionellen Gründen die Kantenverrundung r k nicht zu groß sein, d. h., es darf von der Kante möglichst wenig fehlen (Kantenfehlbreite b k ) und auch keine Restgrathöhe h 1 vorliegen. Bild 2.27: Messgrößen im Querschnittsprofil vor und nach dem Entgraten. Nach Schäfer, F, Uni Stuttgart 54 <?page no="71"?> 2.5.2 Messung von Gratgrößen und Messgrößen der Entgratqualität [5] Die Gratgrößen, die im Querschnittsprofil definiert sind, können genau nur mit Hilfe eines metallografischen Schliffs, bei dem das Werkstück zerstört werden muss, gemessen werden. Das Schliffbild kann unter einem Profilprojektor in der entsprechenden Vergrößerung (z. B. 50: 1 oder 100: 1) direkt oder nach Anfertigung eines Fotos ausgemessen werden. Diese Methode ist aber nur in Einzelfällen oder für wissenschaftliche Untersuchungen nötig. Da die Gratgrößen entlang einer Kante stark variieren - die Gratfußbreite kann ohne weiteres zwischen z. B. 0,1 und 0,3 mm schwanken - ist es nicht sinnvoll, sie in einem Schliff an einer zufällig gewählten Stelle auf 0,01 mm genau auszumessen. Es genügen daher einfache messtechnische Methoden, z. B. das Ausmessen unter einem Werkstattmikroskop mit ca. 10facher Vergrößerung, um die Bandbreite der Werte von Messgrößen zu ermitteln. Bei der Bestimmung der Entgratqualität ist es in vielen Fällen nicht notwendig, alle Größen zu messen. Die Restgrathöhe h 0 kann mit Hilfe von Oberflächentastschnittgeräten erfasst werden. Muss die Restgrathöhe h 0 null sein, so genügt z. B. das Prüfen mit einem Messlineal. Häufig kann eine Restgrathöhe h 0 an Bohrungsrändern mit Hilfe eines Toleranzlehrdorns indirekt gemessen werden. Die Kantenverrundung r k kann mit Hilfe von Radiusschablonen oder optisch unter einem Mikroskop zerstörungsfrei gemessen werden. Die Kantenfehlbreite b k lässt sich mit Hilfe eines Messmikroskops, Profilprojektors oder Messlineals erfassen (weitere Messmethoden werden im Kapitel 11 beschrieben). Ein wesentlicher Vorteil bei der Anwendung von Messgrößen der Entgratqualität ist darin zu sehen, dass nur die vom Grund der Entgratung herrührenden Größen gemessen und überwacht werden und nicht sinnlos hohe Forderungen in Form eines idealen Kantenzustandes verlangt werden. Unter „entgratet“ versteht der Konstrukteur häufig einen idealen Radius von z. B. R = 0,1 mm, der in der Praxis meist nicht erreicht wird und vom Grund der Entgratung her auch meist nicht erreicht werden muss. Die Beachtung und Festlegung einzelner Messgrößen der Entgratqualität helfen auf der einen Seite in der Fertigung Kosten zu sparen, indem man sich auf die wesentlichen Merkmale beschränkt, und erlauben auf der anderen Seite, die Diskussion über notwendige Entgratqualitäten zwischen Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Kontrolle zu versachlichen. 2.5.3 Geforderte Entgratqualität [5] Bevor die Entgratqualität festgelegt wird, ist zu klären: Warum muss entgratet werden? Dabei ist die Aufstellung „Gründe für das Entgraten“ (Bild 2.28) von Vorteil. Bei der Festlegung der Entgratqualität sollte der Grundsatz gelten: So gut wie nötig und nicht so gut wie möglich! Ferner ist zu berücksichtigen, dass in der Praxis bei der Anwendung maschineller Entgratverfahren meist keine idealen Verrundungen und Fasen an den Kanten entstehen. Es ist deshalb praxisgerecht, die Entgratqualität jeder Kantenfläche zu erfassen und festzulegen (Bild: 2.29). 55 <?page no="72"?> Funktionelle Gründe erfordern in der Regel die größten Aufwendungen für das Entgraten. Zumal, wenn es um die Fertigung sicherheitsrelevanter Bauteile geht, kommen Verfahren zum Einsatz bzw. werden sogar vorgeschrieben, die eine absolute Gratfreiheit gewährleisten. Solche Bauteile sind z.B. Hydraulikkomponenten für die Flugzeugindustrie. Bild: 2.28: Gründe für das Entgraten. Quelle: Schäfer, F, Uni Stuttgart 2.5.4 Bezeichnung der Kantenzustände (Entgratqualität) DIN ISO 13715 Um die Kantenzustände in Zeichnungen und Arbeitsplänen einfach und anschaulich darstellen zu können, wurde diese internationale Norm erarbeitet. Bild 2.29: Bezeichnung der Kantenzustände (Auszug aus der DIN ISO 13715) Gründe für das E ntgraten funktionelle ergonomische ästhetische In der Fertigung am B auteil im Gerät Verletzungsgefahr Gebrauchsnutzen Geltungsnutzen ist gefährdet: - Positionieren - Spannen - Fügen bei: - Handhabung - Bearbeitung - Montage . - Korrosion nach Beschichten - Rißbildung bei Belastung . . - Verschleiß - Störung durch sich lösende Grate . . . bei: - Folgebearbeitung - Montage - Gebrauch - Wartung - Reparatur ergonomische Gestaltung von: - Griffflächen - Werkzeugen - Bedienungselementen - Werbung - Verkauf - Gebrauch 56 <?page no="73"?> Die Kantenzustände eines Werkstücks sind unter Anwendung des dargestellten graphischen Symbols in den Zeichnungen anzugeben. 2.5.5 Leitfaden zur Lösung von Entgratproblemen 1. Ermitteln des Ist-Zustands - Stückzahl/ Ausbringung - Anzahl der Werkstücktypen - Werkstoff - z.Zt. angewandte Entgratverfahren - Entgratumfang. Welche Kanten müssen entgratet werden? - Gratart (Bohr- Schleif- Fräsgrat …) - Gratfußdicke - Lage des Grates (innen, außen) 2. Welche Entgratqualität wird gefordert? - Gründe für das Entgraten Bild: 2.28 - Kantenqualitäten festlegen: DIN ISO 6784 - scharfkantig/ gratfrei - Kantenbruch/ Verrundung definiert/ undefiniert - es darf sich nichts lösen 3. Bestehen Möglichkeiten zur Reduzierung/ Verhinderung der Gratbildung? - durch konstruktive Änderungen (Kantenwinkel)? - durch Veränderung der Fertigungsfolge? - durch Optimierung der Zerspanungsparameter hinsichtlich Gratbildung (siehe Gratminimierung. Kapitel 2.3)? - durch andere Zerspanungswerkzeuge (z.B. mit Nachlaufschneiden beim Bohren)? 4. Gibt es Einschränkungen bei der Wahl des Entgratverfahrens? - Oberflächen dürfen nicht verändert werden - die Teile befinden sich im gehärteten Zustand 57 <?page no="74"?> - durch enge Toleranzen, Maßhaltigkeit? - wegen Dünnwandigkeit? - Gratart/ Gratdimension? - wegen Werkstückgeometrie, Abmessungen? - wegen des Werkstoffs? - durch nachfolgende Bearbeitungsverfahren? 5. Ermitteln der anwendbaren Entgratverfahren (Verfahrenssteckbriefe) - nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten 6. Beschaffung (Investition) oder Dienstleistung? 2.6 Ausblick: Computer-Simulation der Gratbildung [13] Die stete Steigerung der Rechengeschwindigkeit von Computern wird es in naher Zukunft ermöglichen, die Gratbildung beim Bohren und Fräsen dreidimensional zu simulieren. Die Rechenmodelle werden immer weiter verfeinert und erlauben bei begrenzten Anwendungen auch heute schon praxisnahe Simulationen, wie das Beispiel Mikrofräsen einer Nickel-Titanlegierung zeigt. Bild 2.30: Werkzeugmodelierung und Gratsimulation eines Fräsvorgangs auf Basis der Finite-Elemente-Methode FEM (Quelle: Springer VDI-Verlag, TU Dortmund) Die nachstehenden Bilder sind selbsterklärend und dienen nur der Information. Sie sollen hier nicht weiter kommentiert werden. 58 <?page no="75"?> Bild 2.31: Bildhafter Vergleich der realen und simulierten Gratbildung (Quelle: Springer VDI-Verlag 2012, TU Dortmund) Bild 2.32 59 <?page no="76"?> Bild 2.33 zeigt eine Gegenüberstellung der experimentell ermittelten Gratbildung mit den Simulationswerten. Als Vergleichsgröße wurde ein Gratwert g gewählt, der sich mit nachstehender Formel errechnet: Gratwert g Zur Berechnung des Gratwertes wurden die Gratabmessungen gewichtet. Gratwert g = 4·bf + 2·rf + ho + bg 8 60 <?page no="77"?> 3 Grundlagen der Gleitschleiftechnik Helmut Prüller 3.1 Einleitung Das Gleitschleifen ist vom Prinzip her ein recht altes Fertigungsverfahren. Es nahm seinen Ausgang in mit Sand oder Kies gefüllten Fässern, die nach Aufnahme der Werkstücke tagelang im Wasser gerollt wurden. Heute ist es ein mechanischchemisches Fertigungsverfahren zum - Entgraten und Kantenverrunden - Glätten und Polieren - Reinigen und Entfetten - Entzundern und Entrosten. Im Gegensatz zu den Verfahren, bei denen eine definierte Schneide gezielt am Werkstück einen Span abhebt, greifen beim Gleitschleifen viele in ihrer Form undefinierte Schneiden (die in den Schleifkörpern enthaltenen Schleifkörner) an der Werkstückoberfläche an. Das geschieht dadurch, dass in den Gleitschleifmaschinen zwischen Werkstücken und Schleifkörpern eine vielfache, undefinierte Relativbewegung erzeugt wird, die sich in Schleifarbeit umsetzt. Die Werkstücke befinden sich dabei zusammen mit den Schleifkörpern (Chips) und flüssigen, in Wasser gelösten chemischen Mitteln (Compounds) in einem Arbeitsbehälter. Die Relativbewegung, welche die Bearbeitung der Werkstücke verursacht, kann durch Rotation oder Vibration des Behälterinhalts, aber auch durch Bewegung der Werkstücke in einer ruhenden Schüttung von Schleifkörpern hervorgerufen werden. Dieses so einfach anmutende Verfahren hat sich im Laufe seiner Entwicklung zu einer ganzen Palette von Möglichkeiten zur Oberflächenbearbeitung entfaltet, die vom Putzen von Guß bis zum Hochglanzpolieren von Kontaktlinsen reicht. Diese Vielfalt ist durch Wahl des Maschinentyps und deren Einstellungen sowie durch unterschiedlichste verfahrenstechnische Vorgaben möglich und reproduzierbar zu steuern. In jedem Fall werden in die Maschine neben den zu bearbeitenden Werkstücken Schleifkörper, Wasser und Compounds gegeben. Neben den Fertigteilen verlässt die Maschine schadstoffbelastetes Wasser. Bild 3.1 zeigt die aufgeführten Elemente. 61 <?page no="78"?> Bild. 3.1: Die Elemente des Gleitschleifens (Werkbild Trowal) Werkstücke aus allen Metallen und Metalllegierungen können nach dem Gleitschleifverfahren bearbeitet werden. Auch für Formteile aus Gummi [1], Kunststoff oder keramischem Material ist diese Methode unter bestimmten Voraussetzungen einsetzbar. Je nach Größe, Form und Gewicht der Werkstücke können Einzelteile von wenigen Stück oder Mengen bis zu vielen tausend Stück gleichzeitig mit absoluter Gleichmäßigkeit des Schleifergebnisses bearbeitet werden. Die Behandlungszeiten variieren von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Die Verfahrensmittel - Wasser, Schleifkörper und ein flüssiges, pulveriges oder pastöses, tensidhaltiges Behandlungsmittel - werden in jedem Fall eingesetzt, wobei in bestimmten Fällen sogar die Werkstücke selbst die Funktion der Schleifkörper übernehmen. Aufgrund seiner außerordentlich großen Wirtschaftlichkeit hat sich das Gleitschleifen als Entgratverfahren einen sehr großen Anwendungsbereich erobert. Mehr als 50 % aller Entgratoperationen werden nach diesem Verfahren ausgeführt, ca. 30 % werden - immer noch - aus verschiedenen Gründen manuell erledigt (mit sinkender Tendenz), ca. 20 % werden nach anderen Verfahren bearbeitet. Das Gleitschleifen ist ein empirisches Verfahren. Exakte, wissenschaftliche Grundlagen für das Gleitschleifen als Verfahren sind nur ansatzweise vorhanden und für praktische Anwendungen kaum zu verwenden. Dies wird voraussichtlich auch in absehbarer Zeit noch so bleiben, da die ungeheure Vielzahl von unterschiedlichen Randbedingungen sich einer (selbst halbquantitativen) Erfassung entzieht. Zu den schwer zu beschreibenden Einflüssen gehören beispielsweise Art und Größe des Grates, Zugänglichkeit und Lage der Kanten und Grate am Werkstück, Materialeigenschaften der Werkstücke, Füllgrad des Arbeitsbehälters, geometrische Form und Größe der Schleifkörper, Gewicht des Werkstücks in Relation zum Gewicht der Schleifkörper, Umwälzverhalten und Geschwindigkeit der unterschiedlichen Werk- 62 <?page no="79"?> stücke und Schleifkörper in unterschiedlichen Maschinen. Weiterhin sind unterschiedliche Frequenzen und Amplituden der Behälterbewegung als Resultierende von unterschiedlich angreifenden Schwingungserregern von Einfluss, sowie die Wirkung der Wassermenge und der verschiedenen Chemikalien usw. Bild 3.2: Glocke (Werkbild Trowal) So ist das Ergebnis einer Gleitschleifoperation nicht errechenbar, sondern nur aus der Erfahrung oder einer Versuchsbearbeitung zu erhalten. In vielen Fällen wird auch die genaue Aufgabenstellung erst im Laufe der Versuchsbearbeitung definiert. Dies geschieht z.B., wenn durch Einsatz des Gleitschleifverfahrens plötzlich bessere Oberflächenqualitäten zugänglich werden. All dies bedingt für die Hersteller von Gleitschleif-Anlagen eine umfangreiche Demonstrationsabteilung, in welcher langjährig erfahrene Experten in unterschiedlichen Maschinenanlagen mit einer Fülle von verschiedenen Schleifkörpern und Behandlungsmitteln so genannte Bestimmungsversuche an von Kunden zur Verfügung gestellten Werkstücken durchführen. Derartige Anwendungs- oder Bestimmungsversuche sind unumgänglich 3.2 Gleitschleif-Anlagen Die Relativbewegung zwischen den schleifenden Medien (Schleifkörpern, Chips) und den zu bearbeitenden Werkstücken kann auf recht unterschiedliche Weise erreicht werden. Man unterscheidet heute im Wesentlichen drei Anlagenfamilien. 63 <?page no="80"?> 3.2.1 Anlagen mit rotierender Schüttung (Glocke, Trommel, Fliehkraftmaschine) Ursprünglich war die Bewegung auf relativ langsame Umwälzung durch Schwerkraft in sechs- oder achteckigen Trommeln oder in doppeltkonischen Glocken beschränkt. Eine achteckige Glocke ist in Bild 3.2 wiedergegeben. Die geringe Schleifleistung bedeutete Laufzeiten von etlichen Stunden. Dennoch haben diese Maschinen auch heute noch ihren Platz für bestimmte Polierarbeiten. Den Bewegungsablauf in einer Glocke zeigt schematisch Bild 3.3. Die Weiterentwicklung dieser Technik führt zu den Fliehkraftanlagen, bei denen die langsam rotierenden Trommeln auf ein schnell umlaufendes Karussell gebracht wurden. Diese Anordnung bewirkt, dass die Andruckkraft der Schleifkörper durch die entstehende Fliehkraft erheblich gesteigert ist und dadurch auch die Schleifleistung dieses Maschinentyps. Solche Fliehkraftanlagen nach dem Planetensystem werden nur noch für Kleinteile eingesetzt [2]. Die heute weit verbreiteten Fliehkraftmaschinen sind grundsätzlich anders aufgebaut. Ein stehender zylindrischer Behälter besitzt einen Boden, der um seine Achse drehbar ist. Versetzt man den Drehteller im Behälter mit dem Arbeitsgemisch (Schleifkörper und Werkstücke) in Rotation, so wird die Masse durch die entstehende Fliehkraft nach außen gedrückt, von wo sie an der Zylinderwand nach oben quillt und über die gebildete ringförmige Walze wieder nach unten auf die Mitte des Bodens sinkt. Dieser radialen Bewegung ist eine Kreisbewegung überlagert. So bilden sich Bereiche hoher Unterschiede in der Umwälzgeschwindigkeit aus. Dadurch, und durch hohe Anpresskräfte infolge von Fliehkräften, erzielt man eine hohe Schleifleistung, der jedoch ein beträchtlicher Schleifkörperverschleiß gegenüber steht. Die Bearbeitungszeiten liegen im Allgemeinen zwischen einigen Minuten und einer Stunde. Bild 3.3: Bewegungsablauf in der Glocke. Werkbild Trowal 64 <?page no="81"?> Das Arbeitsprinzip der Fliehkraftmaschine ist in Bild 3.4 in einem Schnitt durch eine solche Maschine zu sehen. Bild. 3.4: Schnitt durch eine Fliehkraftmaschine (Werkbild Trowal) Eine quantitative Beschreibung der Bewegung in einer Teller-Fliehkraftmaschine gibt Körber [3]. Eine anwendungsbezogene Betrachtung der Fliehkraftmaschine stammt von Hinz [4]. Einen Blick in eine laufende Fliehkraftmaschine vermittelt Bild 3.5. Bild 3.5: Bewegungsablauf in der Teller-Fliehkraftmaschine (Werkbild Trowal) 65 <?page no="82"?> Das Aussehen einer typischen Fliehkraftanlage gibt Bild 3.6 wieder. Hier handelt es sich um eine Zwei-Chargenanlage. In diesem Anlagentyp wird jeweils eine Teilecharge im Arbeitsbehälter bearbeitet, während zur gleichen Zeit die vorherige Charge aus dem Pufferbehälter über die Siebmaschine gefahren wird, wo die Werkstücke von den Schleifkörpern getrennt werden. Durch diese Verfahrensweise steigt die Kapazität der Maschine bis auf das Doppelte. 3.2.2 Anlagen mit vibrierender Schüttung (Vibratoren) Bei diesem Maschinentyp wird der Arbeitsbehälter in Vibration versetzt. Die Schüttung wälzt dadurch um. Schleifkörper und Werkstücke werden unterschiedlich beschleunigt und damit gegeneinander bewegt. Je nach Art und Material der Werkstücke und der zu entfernenden Grate liegen die Laufzeiten der Schleifoperation zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden. Bei dem Trogvibrator, wie in Bild 3.7 zu sehen, ist der Unwuchterreger waagerecht unter dem Arbeitsbehälter montiert. Pufferbehälter Arbeitsbehälter Siebmaschine Schleifkörper-Schütte Bild 3.6: Zwei-Chargen Fliehkraftanlage (Werkbild Trowal) Wenn eine Charge bearbeitet ist, müssen die Werkstücke von den Schleifkörpern getrennt werden. Dies geschieht bei Trogvibratoren auf einer separaten Siebmaschine, über die der gesamte Inhalt entleert werden muss. 66 <?page no="83"?> Bild 3.7: Trogvibrator (Werkbild Trowal) Der Rundvibrator vermeidet diesen Nachteil. Hier wurde der Arbeitsbehälter zur Kreisform gebogen und eine Siebzone integriert (Bild 3.8). Die Motorachse mit den Unwuchtgewichten steht senkrecht im Zentrum des ringförmigen Arbeitsbehälters. Durch Verdrehen der unteren Unwucht gegenüber der oberen taumelt der Arbeitsbehälter und bewirkt neben der radialen Kreisbewegung der Schüttung gleichzeitig eine Vorwärtsbewegung. Bild 3.8: Anordnung der Unwuchten in einem Vibrator (Werkbild Trowal) 67 <?page no="84"?> Auf diese Weise kann die gesamte Füllung durch Absenken einer Klappe über die Siebzone geführt werden, wobei die Schleifkörper durch die Maschen wieder in den Arbeitsbehälter fallen, die Werkstücke jedoch ausgetragen werden. Durch Änderung der Siebeinrichtung ist es auch möglich, kleine Werkstücke von großen Schleifkörpern zu trennen. Bei kurzen Laufzeiten (z. B. für Druckgußteile oder für Stahlteile mit kleinen Graten) können die Werkstücke kontinuierlich im Durchlauf bearbeitet werden. Für diese Aufgaben wurden Durchlaufanlagen entwickelt, bei denen Schleifkörper und Werkstücke gemeinsam durch einen langgestreckten Trog laufen. Nach Verlassen der Maschine werden die Werkstücke separiert und die Schleifkörper kontinuierlich wieder in das vordere Ende des Troges gefördert. Bild 3.10: Durchlaufanlage (Werkbild Trowal) Bild 3.9: Bewegungsablauf Rundvibrator (Quelle Trowal) 68 <?page no="85"?> Eine solche Durchlaufanlage zeigt Bild 3.10. Die Auslaufseite ist im Vordergrund. Das Rückförderband für die Schleifkörper ist im Hintergrund zu erkennen. Das Gleitschleifen in Vibrationsanlagen hat sich einen so großen Marktanteil erobert, dass man den Vibrator als das Arbeitspferd des Gleitschleifens bezeichnen kann. 3.2.3 Anlagen mit ruhender Schüttung (Schleppschleifmaschinen) Die erforderliche Relativbewegung zwischen Schleifkörpern und Werkstücken kann auch dadurch erzeugt werden, dass die Werkstücke durch eine ruhende Schüttung gezogen werden. Diese Methode ist bei den Schleppschleifmaschinen verwirklicht. Hier ruht die Schüttung in einem ringförmigen Behälter. Die an einem Drehteller aufgespannten Werkstücke werden durch die Schüttung gezogen. Infolge der hohen Bahngeschwindigkeit der Werkstücke erzeugen diese Maschinen einen besonders hohen Schleifdruck und somit hohen Abtrag an den Werkstücken, ohne dass sich die Bild 3.11: Prinzip des Schleppschleifens. Eine der Werkstückaufnahmen ist schematisch dargestellt. (Werkbild Trowal) 69 <?page no="86"?> Werkstücke beschädigen können. Damit der Abtrag an allen Flächen des Werkstückes gleichmäßig ist und nicht nur an der Anströmseite stattfindet, werden zum einen die Werkstückhalterungen während der Bearbeitung um ihre Achse gedreht, und zum anderen wird die Drehrichtung des Drehtellers nach der halben Bearbeitungszeit umgekehrt. Da das Investment für diesen Maschinentyp hoch ist, und durch das Aufspannen der Teile ein beträchtlicher Handlingsaufwand entsteht, werden diese Maschinen nur zur Bearbeitung wertvoller Werkstücke eingesetzt. Das Prinzip einer Schleppschleifanlage gibt Bild 3.11 wieder. (Eine Variante des Schleppschleifens, das der Hersteller (Fa. Rösler) als Surf-Finishen bezeichnet, wird im Kapitel 13 beschrieben.) 3.2.4 Vergleich der Maschinentypen Mit der unterschiedlichen Art der Erzeugung von Relativbewegungen ergeben sich - wie bereits erwähnt - recht unterschiedliche Charakteristika, die natürlich die Maschinenauswahl für eine bestimmte Gleitschleifaufgabe bestimmen. Am meisten fallen Unterschiede in Schleifleistung und Schleifkörperverschleiß auf. Trägt man den Schleifkörper-Abrieb auf der Abszisse und die Schleifleistung auf der Ordinate eines doppelt-logarithmischen Diagramms ein und markiert Bereiche für die einzelnen Maschinentypen, so erhält man ein Bild entsprechend Bild 3.12. Bild 3.12: Leistungsvergleich der Maschinentypen 70 <?page no="87"?> Man sieht, dass der Vibrator sowohl in seiner Leistung als auch im Schleifkörperverbrauch um etwa den Faktor zehn höher liegt als die Glocke. Derselbe Trend ergibt sich beim Vergleich der Teller-Fliehkraftmaschine mit dem Vibrator. Betrachtet man die Eintragung für die Schleppschleifmaschine, so findet man eine nochmal um den Faktor vier bis fünf höhere Schleifleistung; der Schleifkörperverbrauch ist jedoch niedriger als in der Fliehkraftmaschine. Dies liegt vor allem daran, dass die Schüttung ruht, und nur die Schleifkörper, die am Werkstück angreifen, auch verschleißen. Ein weiterer Punkt, der Beachtung verdient, ist die erreichbare Oberflächenglätte der Werkstücke in den verschiedenen Maschinentypen. Führt man mit der gleichen Schleifkörperqualität und Größe eine Bearbeitung eines Werkstückes in den verschiedenen Maschinentypen durch, so wird man mit zunehmender Schleifleistung der Maschine eine höhere Oberflächenrauigkeit der Teile finden. Der plausible Grund dafür ist, dass eine bestimmte im Schleifkörper vorhandene Schleifkornfraktion mit zunehmendem Anpressdruck entsprechend tiefere Schleifriefen hinterlässt. Einen der unten noch einmal aufgeführten Maschinentypen wird man daher für die jeweils angegebenen Bearbeitungsaufgaben aussuchen: - Glocke Wegen der besonders schonenden Bearbeitung werden hier vor allem sehr empfindliche Werkstücke bearbeitet. Weiterhin setzt man Glocken besonders für anspruchsvolle Hochglanzpolituren ein. - Vibrator Das Einsatzgebiet der Vibratoren umfasst eine riesige Bandbreite an Bearbeitungsaufgaben in wirtschaftlicher Weise und ist daher die normalerweise der ins Auge zu fassende Maschinentyp. Er macht sich zusätzlich durch seine einfachen Separier- und Verkettungsmöglichkeiten unentbehrlich. - Fliehkraftmaschine Der Einsatz dieses Typus ist durch die Abmessungen der Teile und deren Empfindlichkeit begrenzt. Die Form des Arbeitsbehälters und die hohe Schleifleistung machen diesen Maschinentyp besonders geeignet für Teile geringer Abmessungen, die starke Grate besitzen oder deren Kanten stark zu verrunden sind. - Schleppschleifmaschine Wegen des hohen Investments einer Schleppschleifanlage ist ihr Einsatz für Massenartikel wenig sinnvoll. Vielmehr wird man vor allem dann diesem Typ näher treten, wenn wertvollere Werkstücke absolut beschädigungsfrei bearbeitet werden müssen, oder Teile aus zähen, hochlegierten Werkstoffen in akzeptablen Zeiten zu bearbeiten sind. Da infolge der hohen Leistung auch bei Einsatz von Polierkörpern noch ein merklicher Metallabtrag erfolgt, lassen sich Polierarbeiten in Schleppschleifanlagen wirtschaftlich mit geringerem Aufwand für den Vorschliff durchführen. 71 <?page no="88"?> 3.3 Verfahrensmittel Wenn man die Vielzahl der Schleifkörper und die Vielzahl der Behandlungsmittel, die angeboten werden, sieht, fragt man sich unwillkürlich, ob dieses so einfach erscheinende Verfahren so viele verschiedene Mittel wirklich benötigt. Eine Antwort darauf kann ein tieferer Blick in die Verfahrenstechnik geben. Es wird deshalb die Wirkungsweise der Verfahrensmittel bei der Gleitschleifbearbeitung erläutert. 3.3.1 Aufgabe der Schleifkörper Die Aufgabe der Schleifkörper für den Gleitschleifprozess liegt auf der Hand. Sie sind das Werkzeug, das die Werkstückoberfläche abträgt. Damit wird auch klar, dass über die Art des im Schleifkörper eingebauten Schleifkornes sowohl Schleifleistung (sprich Materialabtrag pro Zeiteinheit) als auch die Oberflächenrauigkeit der bearbeiteten Werkstücke beeinflusst werden. Weiterhin ist es plausibel, dass ein großer Schleifkörper mit seinem hohen Gewicht mehr Schleifdruck erzeugt und so bei gleicher Zusammensetzung eine höhere Schleifleistung erbringt als ein kleinerer. Der Einfluß von Material der Bindung, Form und Größe der Schleifkörper auf deren Eigenschaften ist Bild 3.13 a bis c zu entnehmen. Bild 3.13 a - c (Werkbilder Trowal) 72 <?page no="89"?> Bild 3.13 b Bild 3.13 c: Parameter der Schleifkörpereigenschaften Der Elementarvorgang, die Schleifspur, die ein einzelnes Schleifkorn auf der Werkstückoberfläche hinterlässt, wurde von R. Machhein [5] untersucht. 73 <?page no="90"?> In Bild 3.14 a sind mehrere solcher Spuren auf einer Stahloberfläche in 1000facher Vergrößerung wiedergegeben und in Bild 3.14 b das Schleifbild eines Kornes auf einer Aluminiumoberfläche in 2000facher Vergrößerung. Bild. 3.14 a: Schleifspuren von Schleifkörnern auf Stahl Bild 3.14 b: Schleifspuren auf Aluminium Man sieht, dass die Schleifkörner keinen sauberen Span abheben, sondern vielmehr wie ein Pflug durch die Oberfläche ziehen. Dabei wird der Werkstoff nach beiden Seiten aufgeworfen. Das Material versprödet und bricht nach mehrmaliger Beanspru- 74 <?page no="91"?> chung aus. Für diesen Mechanismus haben sich daher die Begriffe "Mikrofurchen" und "Mikropflügen" durchgesetzt. Es ist auch plausibel, dass das Gleitschleif- Verfahren in seiner ursprünglichen Form ein Verfahren zur Entgratung und Kantenverrundung ist. Beim Aufliegen eines Schleifkörpers auf einer Werkstückfläche ist der Schleifdruck (Andruckkraft dividiert durch Berührungsfläche) recht gering und daher der Abtrag niedrig. Fährt ein Schleifkörper über eine Werkstückkante, so ist die Berührungsfläche bei gleicher Andruckkraft um Größenordnungen kleiner, so dass hier kräftiger abgetragen wird (wie bei Benutzung einer Feile). Bei einer normalen Gleitschleifoperation werden daher vorwiegend Grate abgetragen und Ecken verrundet. Die Flächen werden nur in geringem Maße eingeebnet. Ein großes Problem verursacht oftmals das Steckenbleiben von Schleifkörpern in Bohrungen, Nuten oder Löchern der Werkstücke. Da die Schleifkörper während ihrer Lebensdauer kleiner werden, findet sich schnell ein Exemplar, das sich allein oder im Verein mit anderen Stücken in einer passenden Stelle des Werkstückes festsetzt. Bild 3.15 zeigt Beispiele von festsitzenden Schleifkörpern. Bild 3.15: In Werkstücken verklemmte Schleifkörper (Werkbild Trowal) Bleiben Schleifkörper erst nach einer gewissen Laufzeit wegen ihrer Größenabnahme stecken, werden die Schleifkörper ausgesiebt, die eine empirisch gefundene kritische Mindestgröße unterschritten haben (Untergrößenklassierung). 75 <?page no="92"?> Ausführlicheres über die Wirkung der Schleifkörper ist bei Hinz [6] zu finden. Eine Übersicht über die gebräuchlichen Formen und Größen gibt Bild 3.16 wieder. Bild 3.16 Verschiedene Schleifkörperformen und Größen (Werkbild Trowal) 3.3.2 Aufgabe des Wassers Schon die ersten, dem Gleitschleifen ähnlichen Bearbeitungen von Werkstücken mit Schleifkörpern in einer Schüttung erfolgten nass. Dies sicher nicht nur, um Staubentwicklung zu vermeiden, sondern vielmehr, um die Intensität des Verfahrens zu erhöhen. Wenn Flüssigkeit die sich berührenden Flächen von Schleifkörpern und Werkstücken benetzt, wird einmal der Schleifdruck zusätzlich durch Kapillarkräfte erhöht, zum anderen wirkt das Wasser chemisch auf die "unedlen Metalle" (z.B. Eisen, Aluminium, Zink) und löst die Oberfläche an. Nachteilig ist bei der Nassbearbeitung, dass das Prozesswasser mit dem Abrieb einen Schlamm bildet, der Werkstücke und Schleifkörper verschmiert, und dass die Gefahr von Korrosion gegeben ist. 3.3.3 Aufgabe der Behandlungsmittel Die Behandlungsmittel, also der Zusätze zum Prozesswasser, haben aufgrund ihrer Zusammensetzung aus vielen Komponenten recht unterschiedliche Wirkungen gleichzeitig. Sie haben jedoch immer folgende Eigenschaften: - Waschen Die Hauptwirkung setzt da an, wo das Prozesswasser allein nachteilig wirkt, nämlich beim Austragen des gebildeten Abriebs. Jedes Behandlungsmittel enthält 76 <?page no="93"?> Tenside, die die abgetragenen feinen Partikel einhüllen und so in der wässrigen Phase in Schwebe halten, d.h. emulgieren. Dadurch lagert sich der Abrieb nicht auf Schleifkörpern und Werkstücken ab, er wird vielmehr mit dem Prozesswasser aus der Maschine ausgetragen (siehe Bild 3.17). Bild 3.17: Waschwirkung der Tenside (Werkbild Trowal) - Wenn also Wasser und Behandlungsmittel in ausreichender Menge vorhanden sind, bleibt die Schüttung sauber und die Schleifleistung hoch. Schmutzige Werkstücke führen oft zu Problemen in der Nachbehandlung (Galvanisieren, Lackieren). Die Eigenschaft, den Abrieb zu binden und auszutragen, bezeichnete man als Schmutztragevermögen eines Behandlungsmittels. - Korrosionsschutz Die wohl bekannteste Eigenschaft der Behandlungsmittel ist die Fähigkeit zu verhindern, dass Werkstücke in der Maschine oder unmittelbar nach Entnahme aus der Maschine anlaufen, Ausblühungen zeigen oder Rost bilden, insbesondere dann, wenn sie nass gelagert werden. Für die Praxis ist zu berücksichtigen, dass der beim Gleitschleifen aufgebrachte Korrosionsschutz nur kurzzeitig wirkt. Der aufgebrachte Rostschutz ist um so wirksamer, je sauberer die Werkstücke die Maschine verlassen. Soll der Schutz verstärkt werden, können die Werkstücke nach Verlassen der Maschine in eine 2 %ige Lösung eines Behandlungsmittels mit guten Rostschutzeigenschaften getaucht werden oder mit einer solchen abgespült werden. In letzterem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass alle Flächen eines Werkstückes auch wirklich von der versprühten Flüssigkeit erreicht werden. Ein Trocknen der Werkstücke ist für Stahlteile obligatorisch. - Schaumbildung Jeder Tensidzusatz (als Waschmittel) bewirkt zwei weitere Effekte. Er erzeugt Schaum und sorgt für Benetzung der Schleifkörper und Werkstücke durch das 77 <?page no="94"?> Wasser. Der Schaum muss in seiner Menge und Konsistenz der Gleitschleifaufgabe angepasst sein. So sind Schaumberge, die aus der Maschine quellen oder den Wasserauslauf zusetzen, sicher unerwünscht. Besonders wenn das Prozesswasser im Kreis gefahren wird, kann die Schaumbildung überhand nehmen. Bei der Bearbeitung empfindlicher Werkstücke, oder beim Kugelpolieren, ist allerdings eine regulierte Menge festen Schaumes notwendig, der die Teile gegeneinander abpuffert und sie so vor Markierungen schützt. - Abwasserverträglichkeit Die in modernen Compounds eingesetzten Tenside müssen biologisch abbaubar sein. Auch muss bei der Flockung des Abwassers die aus Abriebpartikeln und Tensid entstandene Emulsion gut zu spalten sein. Dadurch kann der Abrieb vollständig geflockt und somit abgeschieden werden. Andernfalls bleibt eine Resttrübe im behandelten Abwasser. Die Suche nach Rohstoffen, die neben guten anwendungstechnischen Eigenschaften auch die Anforderungen von der Umweltseite her erfüllen, macht zur Zeit einen großen Teil der Entwicklungstätigkeit aus. Die aufgezählten Anforderungen, die ein Behandlungsmittel erfüllen muss, gelten für Mittel, die für normale Gleitschleifarbeiten eingesetzt werden. Für spezielle Verfahrensweisen, z. B. zum Beizen oder Polieren, enthalten die entsprechenden Behandlungsmittel weitere Komponenten, durch die der veränderten Prozessführung Rechnung getragen wird. 3.4 Gleitschleiftechniken Mit zunehmender Verfeinerung und Spezialisierung der Gleitschleifprozesse wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, die die Palette der Anwendungen deutlich vergrößert haben. Und auch heute noch werden neue Techniken geschaffen, die das so einfach erscheinende Gleitschleifen zu einem vielfältigen Oberflächenbearbeitungsinstrument machen. Einige dieser Methoden sollen erläutert werden. 3.4.1 Reinigen Der Schritt vom Schleifen einer Metalloberfläche zum Reinigen liegt nahe. So lassen sich durch Einsatz von Behandlungsmitteln, die ein überdurchschnittlich gutes Schmutztragevermögen besitzen, oder gar Lösungsmittel für bestimmte Verunreinigungen enthalten, Werkstückoberflächen, auch wenn sie komplizierte Konturen haben, besser reinigen als im Tauchbad. 3.4.2 Entfetten Eine oft geforderte Reinigungsaufgabe ist das Entfetten von Werkstücken. Seit die Verwendung von Chlor-Kohlenwasserstoffen aus Umweltschutzgründen kaum noch praktiziert, wird, kommt weitgehend das Gleitschleifen zum Einsatz. Es liefert bei Einsatz geeigneter Behandlungsmittel in kurzer Zeit gute Ergebnisse. Vorteilhaft ist dabei auch, dass die Entfettung in der Maschine mit einer normalen Entgratungs- 78 <?page no="95"?> operation gekoppelt werden kann und so nur ein einziger Arbeitsgang durchzuführen ist. Nachteilig ist bei dieser Verfahrensweise eine aufwändigere Abwasserbehandlung. 3.4.3 Polieren Dass beim Gleitschleifen durch Verwendung schwächer schleifender Körper glattere Oberflächen erzielt werden, ist bekannt. Soll eine Oberfläche hochglanzpoliert werden, dürfen die Schleifkörper kaum Abtrag verursachen. Damit würde das Polieren entweder sehr glatte Einsatzoberflächen voraussetzen oder sehr lange Zeit beanspruchen. Als Ausweg wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem neben Polierkörpern schleifkornhaltige Paste oder Pulver eingesetzt wird, deren Schleifpartikel so geartet sind, dass sie zunächst schleifen, sich dabei jedoch zerreiben und nach einigen Stunden Laufzeit polierend wirken. Das Prinzip dieser Technik zeigt Bild 3.18. Je nach Ausgangsrauigkeit der Werkstückoberfläche wird so ein mehr oder weniger aggressives Korn in das Poliermittel eingebaut. So erhält man in einer Laufzeit zwischen fünf und zwanzig Stunden hochglanzpolierte Oberflächen. Setzt man Fliehkraftmaschinen ein, so kann ein mindestens ebenso gutes Ergebnis in ein bis fünf Stunden erzielt werden. Bild 3.18: Prinzip des Polierens mit Pasten oder Pulver (Werkbild Trowal) 3.4.4 Beizen Ein anderer Zweig in der Vielfalt der Bearbeitungsmöglichkeiten ist das Beizen. Werden stark verrostete oder verzunderte Teile normal behandelt, so bleiben Rost oder 79 <?page no="96"?> Zunder in Poren zurück, und das Werkstück behält seine dunkle Farbe. Setzt man als Behandlungsflüssigkeit eine inhibierte Säure ein, so gelangt man in kurzer Zeit zu hellen Oberflächen mit metallisch blankem Aussehen. Natürlich muss nach dem Beizvorgang mit einem Korrosionsinhibitor nachbehandelt werden, um ein sofortiges Anrosten zu verhindern. 3.4.5 Chemisches Glätten Während beim Beizen Oxidschichten abgetragen werden und die reine Metalloberfläche weitgehend geschont bleibt, wird beim chemisch beschleunigten Gleitschleifen das Metall angegriffen. Solange dieses an allen Teilen der Oberfläche geschieht, wird das Werkstück lediglich kleiner, die Oberflächenstruktur bleibt jedoch erhalten. Es wird daher ein Beizsystem eingesetzt, das die oberste Schicht der Metalloberfläche in eine chemische Verbindung umwandelt. Diese ist so beschaffen, dass sie das darunter liegende Metall vor dem weiteren Angriff des Beizers schützt. Durch die Wirkung der Schleifbzw. Polierkörper wird diese Schutzschicht an den höher gelegenen Teilen der Oberfläche immer wieder abgetragen und anschließend durch den Beizer wieder neu gebildet. In den Riefen, in welche die Schleifkörper nicht gelangen, bleibt die Schicht unberührt. Das bedeutet eine Einebnung und Glättung der Oberfläche. Die vorhandenen Riefen werden immer flacher und sind schließlich ganz verschwunden. Auf diese Weise können Oberflächen erzeugt werden, die glatter sind als die durch das Past-Polieren erreichbaren. Das Prinzip des chemisch beschleunigten Glättens zeigt Bild 3.19. Weitere Einzelheiten über dieses Verfahren bei Prüller [7]. Bild 3.19: Prinzip des chemisch beschleunigten Gleitschleifens (Werkbild Trowal) 80 <?page no="97"?> 3.5 Prozesswasserbehandlung Gleitschleifbearbeitungen erzeugen ein Abwasser, das neben Tensiden äußerst fein verteilte Schwebstoffe enthält, die vom Schleifkörpermaterial oder von den Werkstücken stammen; dazu oft Öl oder andere Stoffe, die mit den Werkstücken eingeschleppt werden. Bei bestimmten Bearbeitungen liegt außerdem der pH-Wert außerhalb des geforderten Wertes, und in wenigen Fällen enthalten die Abwässer Komplexbildner. Bild 3.20: Verlusttechnik und Kreislauffahrweise (Werkbild Trowal) Das aus den Maschinen abfließende Wasser ist deshalb zu reinigen, unabhängig davon, ob es in die Kanalisation eingeleitet oder im Kreis gefahren wird. Die Fahrweisen der Verlusttechnik und der Kreislauftechnik sind in Bild 3.20 einander gegenübergestellt. 3.5.1 Gesetzliche Grundlagen für die Einleitung Basis für alle Maßnahmen zur Behandlung des Abwassers, das eingeleitet werden soll, ist das Abwasserhaushaltsgesetz. Es sagt im Wesentlichen folgendes: Eine Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser in Oberflächengewässer darf nur erteilt werden, wenn die Schadstofffracht so gering gehalten wird, dass sie den jeweils in Betracht kommenden Anforderungen genügt. Diese Anforderungen sind: - Schadstoffwerte müssen so niedrig liegen, wie sie nach den anerkannten Regeln der Technik erreichbar sind (dies gilt nur, wenn keine weitergehenden Anforderungen vorliegen). 81 <?page no="98"?> - Grenzwerte, die in einer Verwaltungsvorschrift der Bundesregierung festgelegt sind, sind als weitergehende Anforderung zu sehen (für Gleitschleifabwasser gilt die 40. Schmutzwasservorschrift - VwV, Spalte 1.1.11). Die 40. VwV legt außerdem fest, dass vor Erteilung einer Einleitgenehmigung die Möglichkeiten, das Wasser wieder zu verwenden (Kreislauffahrweise), ausgeschöpft sein müssen. Diese Bedingungen gelten strenggenommen nur für Direkteinleiter, also für die Anlagenbetreiber, die das Abwasser nicht in die Kanalisation, sondern in einen Bach, einen Teich oder andere Vorfluter einleiten. Dennoch werden diese Werte von den Behörden auch für diejenigen übernommen, die das Wasser in die Kanalisation abgeben (Indirekteinleiter). Wird, aus welchem Grunde auch immer, eine Abwasserbehandlungsanlage geplant (oder betrieben), so ist für diese eine Genehmigung der unteren Wasserbehörde nötig. Die Genehmigung wird nicht nur vom Unterschreiten der entsprechenden Schadstoffgehalte, sondern auch von der Art und dem Aufbau der Anlage abhängig gemacht. 3.5.2 Schadstoffbelastung Eine für Gleitschleif-Abwasser typische Zusammensetzung ist aus der folgenden Tabelle Spalte „Auslauf der Maschine“ zu ersehen. Schadstoffbelastung von Gleitschleifabwasser Einheit Auslauf der nach Anforderung Maschine Absetzen lt. 40. VwV pH-Wert 7,5-10 7,5-10 6-9,5 CSB-Wert mg/ l 3000-6000 3000-6000 400 absetzb. Stoffe ml/ l 10-100 2-50 0,3 Kupfer mg/ l bis 70* bis 35* 0,5 Zink mg/ l bis 200* bis 40* 2 Aluminium mg/ l bis 200* bis 60* 3 Eisen mg/ l bis 100* bis 50* 3 Kohlenwasserstoffe mg/ l 5-100 bis 100 10 *) Diese Werte gelten nur, wenn die Werkstückmaterialien diese Elemente als Hauptbestandteil enthalten. Läuft das Gleitschleif-Abwasser über ein Absetzbecken, das eine Verweilzeit von ca. fünf Stunden zulässt, so ändern sich die Konzentrationen der das Abwasser belastenden Stoffe, wie in der Spalte „nach Absetzen“ zu sehen ist. Auch eine Vergrößerung der Absetzkraft durch Einsatz einer Zentrifuge würde nur den Gehalt an absetzbaren Stoffen erniedrigen, nicht aber den der gelösten Substanzen. Um klares einleitfähiges Wasser zu erzeugen, muss das Wasser durch Flockung gereinigt werden. 82 <?page no="99"?> 3.5.3 Reinigung zur Einleitung Die Flockung wird im Allgemeinen so durchgeführt, dass zunächst durch Zugabe einer Elektrolytlösung die Wirkung der Tenside gebrochen wird und emulgiertes Öl in Freiheit gesetzt wird. Da die Elektrolytlösung sauer reagiert, muss anschließend neutralisiert werden. Dadurch werden die gelösten Schwermetalle gefällt und es entstehen winzige Flocken. Bild 3.21: Blockfließbild und Flockungsanlagen (Werkbild Trowal) 83 <?page no="100"?> Danach lassen sich durch Zugabe eines Flockungshilfsmittels große Flocken erzeugen, die rasch sedimentieren und leicht filtrierbar sind. In den Fällen, wo manuell geflockt werden soll, wurden Flockungsmittel in Pulverform entwickelt, die alle nötigen Komponenten im festen Mischungsverhältnis enthalten. Durch ihren Gehalt an Adsorbtionsmitteln erzeugen sie allerdings mehr Schlamm als die flüssigen Mittel. Das Blockfließbild einer Flockungsanlage sowie eine kleine Anlage mit Hand-Flockung und eine vollautomatisch Anlage gibt Bild 3.21 wieder. Besondere Aufmerksamkeit verdient die Senkung des CSB-Wertes. Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) des Abwassers ist durch den Gehalt an Tensiden in den Gleitschleif-Behandlungsmitteln gegeben. Der CSB-Wert einer Substanz ist nun die Sauerstoffmenge, die diese dem Wasser entnehmen würde, (wenn genug gelöst wäre) um die betreffende Substanz vollständig abzubauen. Der CSB-Wert ist also ein Maß dafür, wie viel Sauerstoff die gelösten Substanzen dem Wasser maximal entziehen können. Eine Erniedrigung des CSB-Wertes auf die Mindestanforderung von 400 mg/ l ist auch nach Flockung nicht zu erreichen. Möglich sind etwa 1000 mg/ L, was nach Diskussion mit der zuständigen Behörde akzeptiert wird. Der nach Absetzen der Flocken entstehende Schlamm enthält zwischen 5 und 10 % an Feststoff. Er ist nicht stichfest und kann so nicht abgegeben werden. Im einfachsten Fall und bei Anfall kleiner Mengen kann dieser Dünnschlamm über Filtersäcke filtriert werden. Die verfahrenstechnisch sinnvollste Möglichkeit ist die Eindickung des Dünnschlammes in einer Filterpresse. Hier erhält man einen stichfesten Schlamm mit 40- 50 % Feststoffanteil. Der durch Filtration eingedickte Schlamm ist dann deponiefähig oder kann zur Verwertung an den Hersteller der Verfahrensmittel zurückgegeben werden. 3.5.4 Reinigung im Kreislauf Wird das Prozesswasser im Kreis gefahren, so sind lediglich die Gehalte an Feststoffen, ÖL und eventuell mit den Werkstücken eingeschleppten Stoffe zu erniedrigen. Feststoffe werden am wirtschaftlichsten durch eine Zentrifuge abgetrennt. Vor allem bei höherem Ölanteil im Wasser wird die Abscheidung durch Zugabe von Flockungshilfsmittel unterstützt. Das Herzstück einer Zentrifugenanlage ist die sich schnell drehende Trommel. Diese sorgt für Fliehkräfte (zur Abscheidung), die das 200-fache der Erdbeschleunigung ausmachen. Das zu reinigende Wasser fließt unten in die Trommel, läuft am oberen Rand ab, oder wird dort durch ein „Schälrohr“ entnommen. Das Schnittbild durch eine Zentrifuge in Bild 3.22 lässt das Prinzip erkennen. 84 <?page no="101"?> Bild 3.22: Schnittbild durch eine Zentrifuge (Werkbild Trowal) Das Funktionsprinzip eines Kreislaufsystems, also der Gleitschleifmaschine (oder Maschinen) mit der Zentrifuge zeigt Bild 3.23 als Blockfließbild. Gleichzeitig ist in Bild 3.23 eine kleine Korbzentrifuge zu sehen, bei der der Korb nach jeder Füllung mit Schlamm entnommen und manuell entleert werden muss sowie eine vollautomatische Schälzentrifuge, bei der die Trommel nach jeder Füllung automatisch ausgeschabt wird. Tabelle 3.1 Flockung Zentrifuge Vorteile einleitfähiges Wasser geringes Investment sehr betriebssicher Compound-Einsparung funktioniert bei allen Bearbeitungen weniger Schlammanfall weniger Platzbedarf Nachteile hohes Investment mehr Pflege bei Öleintrag kein vollständiges Recycling möglich geringere Sauberkeit der Teile nicht bei allen Verfahren möglich 85 <?page no="102"?> Bild 3.23: Blockfließbild eines Zentrifugenkreislaufs und zwei Anlagentypen (Werkbild Trowal) Im Prinzip lassen sich auch Kreisläufe aufbauen, bei denen das Wasser in einer Flockungsanlage gereinigt wird. In diesem Fall kann wegen Aufsalzung bestenfalls ein Recyclinggrad von 80% erreicht werden. Vor und Nachteile eines Zentrifugenkreislaufs im Vergleich zum Flockungsverfahren sind in der Tabelle 3.1 aufgeführt: Die Kreislauffahrweise mit einer Zentrifuge ist nicht möglich, wenn mehrere verschiedene oder saure Compounds eingesetzt werden müssen, oder wenn stark verölteTeile ohne Schleifkörper entfettet werden sollen. 86 <?page no="103"?> 3.6. Geräuschemission und Schallschutz Aufgrund der verschiedenen mechanischen Bewegungsabläufe in Gleitschleif- Anlagen, nämlich der - Umwälzung der Schleifkörper/ Werkstücke- Antriebs- und Übertragungssysteme, Federungssysteme, die zwangsläufig mit Geräuschentwicklung und -ausbreitung verbunden sind, muss mit einem - teilweise hohen - Geräuschpegel gerechnet werden. Zweifelsohne ist der Arbeitsbehälter mit der umwälzenden Schleifkörper- und Werkstückmasse die intensivste Geräuschquelle. Da oftmals der Arbeitsbehälter rasch und einfach zugänglich sein muss (Sichtkontrolle, Herausnehmen von Werkstückmustern etc.), werden besondere Anforderungen an die Einkapselung dieser - nicht vermeidbaren - Geräuschquelle gestellt. Bild 3.24: Schallpegel von Gleitschleifmaschinen Geräuschentwicklung eines Vibrators (nach ISO) 87 <?page no="104"?> Erschwerend kommt weiterhin hinzu, dass die Frequenzbandbreite sehr groß ist und insbesondere bei Frequenzen unter 1000 Hz stark ansteigt. Die Geräuschentwicklung einer Maschine kann bei unterschiedlicher Füllung recht verschieden ausfallen. Kleine kunststoffgebundene Schleifkörper mit kleinen Werkstücken emittieren einen Geräuschpegel, der bis 12 dB(A) unter dem liegt, der bei Verwendung von großen keramischen Schleifkörpern mit großen, hohlen Werkstücken entsteht. Das Diagramm in Bild 3.24 macht eine Aussage über den Bereich der Geräuschabstrahlung und gleichzeitig über die Möglichkeiten der Geräuschdämmung und -dämpfung. Für Rundvibratoren hat sich in der Praxis ein klappbarer Schalldämmdeckel in fast allen Anwendungsfällen als ausreichend erwiesen. Varianten hierzu wie aufschraubbare bzw. höhen- und seitenverstellbare Deckel sind natürlich möglich. Ausschnitte in den Deckeln für Zu- und Abfördergeräte mindern den Effekt der Schalldämmung. Nur in Ausnahmefällen, z. B. bei Forderungen, die Geräuschemission unter 78 dB(A) zu halten, sind Einkapselungen in Form von Kabinen erforderlich. Derartige Kabinen haben den Nachteil, dass sie erheblich mehr kosten, erheblich mehr Platz einnehmen und die Zugänglichkeit auch hinsichtlich Zu- und Abförderanlagen erschweren. Für größere Troganlagen und insbesondere Durchlaufanlagen sind dagegen in fast allen Fällen Schallschutzkabinen erforderlich, da dort - konstruktiv bedingt - die Geräuschabstrahlung höher liegt als bei Rundvibratoren. Geräuschdämmung bzw. -dämpfung durch einfache, leichte handelsübliche Dämpfungsmaterialien ist normalerweise nicht sinnvoll, da derartige Materialien nur die hohen Frequenzen im Bereich über 5000 Hz dämpfen und meistens nicht an den richtigen Stellen angebracht werden können. Trotz der oben geschilderten Einkapselungsmaßnahmen ist in Einzelfällen nicht auszuschließen, dass schwingungsfähige Teile, z. B. Fensterscheiben von in der Nähe stehenden Meisterbuden oder Außenfenster, große Abdeckbleche von Lüftungskanälen sowie schwingungsempfindliche Messgeräte oder Feinbearbeitungsmaschinen im Umkreis von zwei bis ca. zwanzig Metern (in Ausnahmefällen sogar darüber hinaus) von den langwelligen Schwingungen im Bereich von wenigen hundert Hz angeregt werden, da sie besonders gut als Körperschall übertragen werden. Es empfiehlt sich deshalb, hier bereits bei der Planung einer Gleitschleifanlage das Umfeld zu berücksichtigen, um rechtzeitig die richtigen Schritte für den Schallschutz einzuleiten. 3.7 Grenzen des Gleitschleifverfahrens Die Grenzen des Einsatzes des Gleitschleifverfahrens zu anderen Entgratverfahren wie Strahlen, Bürsten, Hand- oder Roboter-Entgraten mittels Fräsern, Schleifrädern oder Bändern, chemischen und elektrochemischen Verfahren, Explosions-Entgraten (Thermische-Entgratmethode) sind fließend und nicht exakt definierbar (siehe auch Kapitel 1, Verfahrenssteckbriefe). Eine grobe Gegenüberstellung des Gleitschleifens zum Strahlverfahren für verschiedene Bearbeitungsaufgaben ist in der folgenden Tabelle 3.2 zu sehen: 88 <?page no="105"?> Tabelle 3.2 Bearbeitungsziel Gleitschleifen Strahlen Entgraten fast alle Grate nur Feinstgrate Kantenverrunden ja nein Glätten, Polieren ja nein Reinigen, Entzundern langsam sehr schnell Aufrauen bedingt sehr schnell Verfestigen nein ja Entölen, Entfetten ja nein Wenn das Gleitschleif-Verfahren einsetzbar ist - und das müssen Bestimmungsversuche ergeben -, dann ist es in der weit überwiegenden Zahl aller Anwendungsfälle das wirtschaftlichste Verfahren. Sehr große Werkstücke wie Bleche von mehr als 1 m Breite und mehreren Metern Länge, schwerere Gussstücke wie Motorblöcke und Teile über 30 kg Gewicht, Werkstücke, die eine starke Innenentgratung erfordern, Werkstücke deren extrem raue Oberfläche eingeebnet werden soll, oder Werkstücke, deren über 1 mm dicke Grate entfernt werden müssen, lassen sich bislang noch nicht nach dem Gleitschleifverfahren wirtschaftlich bearbeiten. Es mag überraschen, dass man feingeschliffene oder feinstbearbeitete Werkstücke in Gleitschleif-Anlagen weiter verfeinern kann und dazu noch beschädigungsfrei. Die Palette dieser Werkstücke ist recht groß. Sie reicht von Werkstücken mit gehonten Bohrungen und/ oder geläppten Flächen, wie z.B. Einspritzpumpengehäusen, Schaltschieberplatten von automatischen Automobilgetrieben, Rollen von Wälzlagern, Implantaten (Knochenschienen) über feinstgestanzte Platinen bis zu vielen Teilen in der Textilindustrie und der Medizin. Darüber hinaus lässt sich natürlich durch entsprechende Polierverfahren, für die Standard-Maschinen (! ) eingesetzt werden können, eine Oberflächenverbesserung bis zum Hochglanz erreichen. Ein Sonderfall einer Gleitschleifbearbeitung ist das Lackzwischenschleifen von Holzwerkstücken, welches mit Spezialschleifkörpern durchgeführt wird. 3.8 Zusammenfassung Das Gleitschleifen ist ein enorm vielfältig einsetzbares und sehr ökonomisches Verfahren. Es ersetzt nicht nur Handarbeit, sondern rationalisiert die Schleifarbeit, macht sie automatisierbar und das Ergebnis gleichmäßiger. Es befreit den arbeitenden 89 <?page no="106"?> Menschen von schwerer Arbeit in ergonomisch ungünstiger Haltung und setzt ihn nicht mehr dem gesundheitsschädlichen Einatmen von Schleifstäuben aus. Gleitschleif-Maschinen lassen sich zentral oder dezentral aufstellen, in Fertigungsstraßen integrieren und gegebenenfalls vollständig automatisieren. Der zwangsläufig bei großen Werkstücken und großen Schleifkörpern entstehende Lärmpegel lässt sich durch geeignete Schallschutzmaßnahmen auf das erforderliche Maß reduzieren. Das bei einem Gleitschleif-Prozess entstehende Abwasser lässt sich durch entsprechende Abwasseraufbereitungsanlagen auf das gesetzlich vorgeschriebene Maß reinigen bzw. bis zu einem gewissen Grade im Recycling-Verfahren wieder verwenden. 90 <?page no="107"?> 4 Elektrochemisches und chemisches Badentgraten von Metalloberflächen Siegfried Pießlinger-Schweiger 4.1 Einleitung Die nachfolgend beschriebenen Verfahren zum Entgraten von Metalloberflächen werden zur Fein- und Feinstentgratung sowie zur dekorativen und funktionellen Verbesserung der Oberflächenqualität eingesetzt. Der wirtschaftliche Vorteil entsteht vielfach aus der Erzielung einer Kombination von gewünschten Effekten, wie Entgratung, Verbesserung der Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit in einem einzigen Arbeitsgang. Elektrochemisches und chemisches Badentgraten unterscheidet sich vom elektrochemischen Formentgraten, das dem Bereich des ECM zugeordnet ist, durch die verwendeten Elektrolyte, die Arbeitsparameter, die Anlagentechnik und letztendlich die Einsatzbereiche. Im Unterschied zu anderen Entgratverfahren werden nicht nur die Kanten, sondern die gesamte Oberfläche der Werkstücke bearbeitet. Die Verfahren eignen sich deshalb auch zur Entfernung von Graten, Partikeln und Überlappungen von Flächen, wie sie etwa durch Schleifen oder Strahlen entstehen. Das elektrochemische Badentgraten wird bei der Anwendung mit funktionellem oder dekorativem Ziel auch als Elektropolieren bezeichnet. 4.2 Verfahren Elektropolieren ist nach DIN 8590 den elektrochemisch abtragenden Fertigungsverfahren zugeordnet (Bild 4.1). Es stellt im Prinzip die Umkehrung des Galvanisierens dar: Das zu bearbeitende Werkstück wird elektrisch kontaktiert, in ein Elektrolytbad getaucht und anodisch im Gleichstromkreis geschaltet (Bild 4.2). Unter der Wirkung von Gleichstrom und Elektrolyt wird von der Werkstückoberfläche unter einebnenden Bedingungen Werkstoff aufgelöst. Beim Galvanisieren hingegen wird bei umgekehrter Polung Metall auf die Werkstückoberfläche abgeschieden. Das beim Elektropolieren abgetragene Metall geht als Metallsalz in den Elektrolyten in Lösung. Die Bearbeitung erfolgt ohne jede mechanische, thermische oder chemische Belastung des Werkstücks im gesamten der Wirkung von Strom und Elektrolyt ausgesetzten Oberflächenbereich. Chemische Badentgratverfahren arbeiten nach demselben Prinzip wie Elektropolieren mit dem Unterschied, dass die Energie für den Werkstoffabtrag nicht 91 <?page no="108"?> Bild 4.1: Einordnung und Unterteilung der Fertigungsverfahren „Abtragen“ nach DIN 8590 durch Gleichstrom, sondern durch chemische Reaktionen im Elektrolyt geliefert wird (innere Stromquelle). Bearbeitet werden alle vom Elektrolyt benetzten Bereiche, wodurch mit chemischen Badentgratverfahren auch Bereiche bearbeitet werden können, die für elektrochemische Verfahren, bedingt durch die Notwendigkeit Elektroden einzubringen, nicht erreichbar sind. Bild 4.2: Schematische Darstellung des Elektropolierens 4.2.1 Wirkungsweise Elektropolieren wirkt sowohl im makroskopischen als auch im mikroskopischen Bereich: Im makroskopischen Bereich führt die erhöhte Stromdichte an Ecken und Kanten des Werkstücks infolge der Konzentration des elektrischen Feldes nach dem Faraday- Gesetz zu erhöhtem Materialabtrag. Die Abtragsrate liegt im Bereich der Kanten ge- 92 <?page no="109"?> genüber den Flächen etwa 4-5fach höher. Der erhöhte Abtrag in diesen Bereichen bewirkt eine Fein- und Feinstentgratung durch die bevorzugte Auflösung der Grate. Die Wirkung der chemischen Badentgratverfahren ist ähnlich dem Elektropolieren, wobei das Verhältnis von Entgratung zu Flächenabtrag meist noch günstiger ist. Die Bearbeitung erfolgt an allen benetzten und gegebenenfalls mit Strom beaufschlagten Stellen, wodurch auch kompliziert geformte Teile ohne großen Aufwand zu bearbeiten sind. Die Wirksamkeit als Entgratverfahren wird sehr stark durch Größe und Form der Grate bestimmt. Günstig zu entfernen sind Grate mit großer Oberfläche im Verhältnis zum Volumen sowie Grate, die nur mit einem dünnen Gratfuß mit dem Werkstück verbunden sind. Typisch hierfür sind Schleifgrate (Bild 4.3). Die Größe der Grate, die sich wirtschaftlich und im Hinblick auf die Einhaltung von Toleranzen entfernen lassen, liegt in der Regel unter 0,5 mm. Massive Grate und Grate mit dickem Gratfuß lassen sich in der Regel nicht innerhalb vernünftiger Bearbeitungszeiten vollständig entfernen. Sehr lange Bearbeitungszeiten sind zumeist wegen der damit verbundenen Maßänderungen sowie des Verbrauchs an Elektrolyten nicht zulässig oder wirtschaftlich nicht vertretbar. Oftmals ist es auch nicht erforderlich, die Grate vollständig zu entfernen, sondern nur die Bereiche, die abbrechen und zu Störungen führen können. Ein mit dem Untergrund fest verbundener verrundeter Gratwulst kann mitunter toleriert werden. Sind die Grate zu groß, um allein durch elektrochemisches oder chemisches Badentgraten wirtschaftlich entfernt zu werden, hilft oft die Kombination mit einer mechanischen Vorentgratung, beispielsweise durch Schleifen, Strahlen oder Gleitschleifen (Bild 4.10). Die Verfahren bieten den Vorteil, dass auch Grate in schlecht zugänglichen Bereichen, wie innerhalb von Bohrungen und Durchbrüchen, zuverlässig zu beseitigen sind. Es werden nicht nur Grate an Ecken und Kanten erfasst, sondern auch Schup- Elektrochemisches Entgraten a) mit Erfolg bei feinen Graten b) ohne Erfolg bei groben Graten c) bei geschliffenem Sphäroguss Bild 4.3: Gratformen, die sich zur Entgratung durch Elektropolieren eignen bzw. die nicht vollständig zu beseitigen sind 93 <?page no="110"?> pen und Partikel innerhalb von Oberflächen. Diese Möglichkeit zur Oberflächenentgratung bzw. der Beseitigung von Partikeln und losen Teilchen von Oberflächen, stellt einen wichtigen Anwendungsbereich dar. Erhöhte Reibung, Verunreinigung von Produkten und Betriebsstörungen durch lose Partikel können dadurch vermieden werden. Bild 4.4: Profildiagramm einer mit Korn 400 geschliffenen (oben) und einer mit Korn 120 geschliffenen und elektropolierten Oberfläche (unten) mit gleichen Rauigkeitswerten Der verstärkte Angriff auf Kanten erfolgt auch innerhalb von Flächen, d. h. Risse, die aufgrund ihrer Feinheit oder durch verzogenen Werkstoff schlecht zu erkennen sind, werden nach Beseitigung der überdeckenden Werkstoffschicht freigelegt und durch Verrundung der Risskanten geöffnet. Der Riss wird deutlich sichtbar und mit Sicherheit nachweisbar (Bild 4.6). Im mikroskopischen Bereich erfolgt durch die Bearbeitung eine Einebnung und Glättung der Oberfläche. Dieser Effekt beruht auf einer temporären Deckschichtbildung auf der Metalloberfläche während des Bearbeitungsprozesses. Während des Elektropolierens bildet der Elektrolyt, der in der Regel aus hochkonzentrierten Säuregemischen mit geringem Wasseranteil besteht, für die Dauer des Stromflusses an der Grenzfläche zum Metall, eine mehrere Zehntel Millimeter dicke Viskoseschicht aus. Diese Schicht, auch „Polierfilm“ genannt, entsteht durch die Konzentration von Salzen infolge der Metallauflösung und Verarmung an Wasser durch Elektrolyse und Hydratisierung. Sie ist für die Dauer des Stromflusses beständig und setzt der Diffusion der Metallionen von der Oberfläche in den freien Elektrolytraum einen erhöhten mechanischen Widerstand entgegen. Rauigkeitsspitzen, deren Überdeckung geringer ist, werden durch erhöhten Stromfluss in diesem Bereich bevorzugt abgetragen. Die Folge ist die Einebnung von Strukturen, deren Größe unterhalb der Dicke des Polierfilms liegt. Strukturen, deren Größe deutlich über der Dicke des Polierfilms liegt, werden an der Oberfläche geglättet und verrundet, aber nicht beseitigt. Das Ergebnis ist eine im Mikrobereich glatte und geschlossene Oberfläche, die im Makrobereich durch eine gewisse Restwelligkeit 94 <?page no="111"?> Bild 4.5: Entwicklung der Rautiefe beim Elektropolieren eines Kupfertiefdruckzylinders 95 <?page no="112"?> gekennzeichnet ist, deren Größe vom Ausgangszustand der Oberfläche abhängt (Bild 4.4). Bild 4.6: Rissprüfung durch Elektropolieren Die Einebnung der Oberfläche strebt bei unterschiedlicher Ausgangsrauigkeit über eine längere Polierzeit einem Grenzwert zu, der im Wesentlichen bedingt wird durch die Feinkörnigkeit des Gefüges (Bild 4.5). Bei chemischen Badpolierverfahren wird die Deckschicht aus Metallverbindungen gebildet, die in Vertiefungen beständiger gegen Auflösungen sind als an Rauigkeitsspitzen. Dies führt zu einer Potentialdifferenz zwischen vertieften Bereichen und Rauigkeitsspitzen, wodurch letztere bevorzugt aufgelöst werden. Dadurch, dass die Effekte im Makrobereich und im Mikrobereich auf unterschiedlichen Mechanismen beruhen, sind diese in relativ weiten Bereichen unabhängig voneinander veränderbar. Die Entgratwirkung ist demgemäß weitgehend unabhängig von der Polierwirkung des Verfahrens. Da die Mikroeinebnung Strukturen, die größer sind als die Dicke des Polierfilms, nicht erfasst, können derartige Strukturen auch nicht eingeebnet werden. Wenn eine Einebnung größerer Rauigkeiten gewünscht wird, muss die Oberfläche beispielsweise durch Schleifen soweit geglättet werden, dass die verbleibenden Rauigkeiten eine Größe aufweisen, die eingeebnet werden kann. Als Beispiel hierfür ist die Bearbeitung von Schrauben zu nennen, bei denen durch das Elektropolieren das Gewinde entgratet und geglättet, jedoch als Gewinde in der Makrostruktur auch nach beliebig langer Polierzeit und hohen Abträgen erhalten bleibt. 96 <?page no="113"?> Die Auflösung des Werkstoffes beim elektrochemischen oder chemischen Badentgraten, erfolgt ohne mechanische, chemische oder thermische Beeinflussung auf das Material. Der belastungsfreie Abtrag ermöglicht die Beseitigung von Oberflächenschichten, die durch die vorangegangene mechanische Fertigung bzw. thermische oder chemische Einflüsse in ihrer Zusammensetzung und ihrem Betriebsverhalten gegenüber dem unbelasteten Grundwerkstoff nachteilig verändert sind (Bild 4.7). Dabei werden die Eigenschaften der Oberflächen hinsichtlich einer Reihe funktioneller Eigenschaften optimiert. Diese Verbesserung des Betriebsverhaltens wird gleichzeitig mit der Entgratung erzielt, wie auch umgekehrt während des Elektropolierens zur Verbesserung funktioneller Eigenschaften gleichzeitig eine Fein- und Feinstentgratung der Oberfläche erfolgt. Die Kombination von Entgratung mit der Verbesserung von Betriebseigenschaften in einem Arbeitsgang kann sehr wirtschaftlich zur Einsparung an sonst erforderlicher weiterer Arbeitsgänge führen. 4.2.2 Werkstoffe, Parameter und Anlagen 4.2.2.1 Werkstoffe Durch elektrochemisches und chemisches Badentgraten werden in industriellem Umfang folgende Werkstoffe bearbeitet: - Stahl - Edelstahl - Nickel und Nickellegierungen - Kupfer und Kupferlegierungen - Aluminium einschließlich Aluminiumdruckguß - Titan und Titanlegierungen - Molybdän - Chrom-Kobalt-Legierungen Chemische Badentgratverfahren werden bevorzugt eingesetzt zur Bearbeitung von C-Stahl und Kupferlegierungen. Die neben der Entgratung erzielbare Oberflächenqualität wird weitgehend bestimmt durch die Homogenität und Feinheit des Gefüges. Mehrphasige Legierungen, deren einzelne Komponenten sich in ihrem Auflösungsverhalten stark unterscheiden, sind zwar in der Regel zu entgraten, ergeben aber keine guten Polierergebnisse. Typische Legierungsbestandteile, die sich nachteilig auf die Oberflächenqualität auswirken, sind Blei und Silizium. Der Bleigehalt sollte zur Erzielung einer guten Oberflächenqualität unter 1% liegen. Die Bearbeitung von Aluminium-Silizium-Legierungen mit einem Siliziumgehalt bis ca. 18% erfordert den Einsatz spezieller Elektropolierverfahren. Die dabei erzielten Oberflächen sind bedingt durch das zweiphasige Gefüge nicht hochglänzend, sondern leicht satinell und etwas dunkler gegenüber Oberflächen aus reinem Aluminium. 4.2.2.2 Parameter Elektropolierverfahren nutzen als Elektrolyte in der Regel Gemische aus konzentrierten Mineralsäuren wie Phosphorsäure mit Zumischungen von 97 <?page no="114"?> Bild: 4.7: Einfluss der Oberflächenbearbeitung auf die Tiefe der mechanisch veränderten Schicht nach J. Wulff, The Metallurgy of Surface Finish, Cambridge/ Mass. 98 <?page no="115"?> Schwefelsäure und Chromsäure bzw. von Alkoholen. Der Abtrag wird im Wesentlichen bestimmt durch die aufgebrachte Stromdichte, die Bearbeitungszeit und den spezifischen Wirkungsgrad des Elektrolyten. In der Praxis ist davon auszugehen, dass je nach Elektrolyt bezogen auf eine Strommenge von 10A/ dm² ein Abtrag zwischen 0,5 und 0,8 μm erfolgt. Die Abtragsraten sind über weite Bereiche der Stromdichten sowie Temperatur und Metallkonzentration im Elektrolyten konstant, so dass über die Kontrolle von Stromdichte und Zeit eine reproduzierbare Bearbeitung mit hoher Genauigkeit möglich ist. An Bauteilen, die enge Toleranzen aufweisen, aber längere Bearbeitungszeiten zur Entgratung erfordern, ist es angebracht, mit entsprechendem Aufmaß zu fertigen, so dass die Dimensionen nach der Bearbeitung im Toleranzbereich liegen. Die zum Elektropolieren eingesetzten Stromdichten liegen zwischen 3 und 50 A/ dm², die Temperaturen werkstoffabhängig zwischen Raumtemperatur und ca. 80° C. Die Bearbeitungszeiten bewegen sich im Bereich von etwa 30 sek. bis ca. 30 min. Chemische Badverfahren beruhen im Wesentlichen auf wässrigen Lösungen, die als Grundkomponenten eine Säure und ein Oxidationsmittel enthalten. Die Säure bewirkt den Abtrag, während das Oxidationsmittel einerseits die Energie liefert und andererseits wesentlich zum Poliereffekt beiträgt. Die Abtragsraten sind ebenso wie beim Elektropolieren im μm-Bereich kontrollier- und reproduzierbar, weshalb auch mit diesen Verfahren Präzisionsteile mit Passungen und engen Toleranzen bearbeitet werden können. Die Abtragsraten werden bei chemischen Badverfahren bestimmt durch Chemikalien-Konzentration im Bad, Metallgehalt des Elektrolyten, Temperatur und Badbewegung. Alle diese Parameter sind in einem relativ breiten Fenster in ihrer Wirkung weitgehend konstant, so dass eine stabile Verfahrensführung möglich ist, wobei der Abtrag im Wesentlichen über die Tauchzeit gesteuert wird. Die Bearbeitungszeiten der chemischen Badentgratverfahren liegen ebenso wie beim Elektropolieren im Bereich von ca. 1-30 min. Ein bewegtes Bad kann gegenüber einem ruhenden Bad die Abtragsraten um ein Mehrfaches erhöhen. Die Badführung der elektrochemischen bzw. chemischen Badentgratverfahren erfolgt in der Regel in der Form, dass die durch den Eintrag von metallgebundenen und damit verbrauchten Chemikalien durch frische Chemikalien ersetzt werden. In den meisten Fällen genügt es dazu, die durch die nassen Teile nach der Bearbeitung ausgeschleppten Elektrolytmengen durch frischen Elektrolyt zu ersetzen. Lange Bearbeitungszeiten können durch das ungünstige Verhältnis zwischen Metallabtrag und Ausschleppung dazu führen, dass der Metallgehalt im Bad eine obere Grenze erreicht, die im Interesse einer stabilen Prozessführung nicht überschritten werden sollte. In diesem Fall ist ein Teilaustausch des Elektrolyten vorzunehmen, um die Metallkonzentration abzusenken. 4.2.2.3 Anlagen Elektropolieranlagen sind aufgebaut wie galvanische Einrichtungen. Sie bestehen im Regelfall aus einem Elektropolierbad, das mit Heizung und Kühlung zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur sowie mit Stromarmaturen versehen ist. Dazu kommt ein Gleichrichter zur Stromversorgung. Die Badvolumen liegen je nach Größe und Menge der zu bearbeitenden Teile im Bereich von wenigen Litern bis zu mehreren 99 <?page no="116"?> Kubikmetern. Die Gleichstromspannung liegt in der Regel zwischen 5 und 20 V, so dass sie für Menschen ungefährlich ist. Die Anlagen zum chemischen Polieren sind ähnlich aufgebaut wie Elektropolierverfahren, jedoch ohne die Stromversorgung. Da chemische Polierverfahren in der Regel exotherm wirken und in Temperaturbereichen zwischen Raumtemperatur und 30°C arbeiten, sind die Bäder mit einer wirkungsvollen Kühlung ausgestattet. Dazu kommt eine effiziente Elektrolytumwälzung in Verbindung mit einem Filter zur Abscheidung von Partikeln. Die chemische Überwachung der Bäder beim elektrochemischen und chemischen Badentgraten erfolgt durch einfache Titration bzw. durch Säure und Metallbestimmung im Labor, die im Normalfall als Service über den Lieferanten angeboten wird. 4.3 Teilespektrum Um Werkstücke erfolgreich elektrochemisch oder chemisch Badentgraten zu können, sind einige Voraussetzungen zu erfüllen. Die Größe der Teile ist jedoch in der Praxis wenigen Beschränkungen unterworfen. Kleinteile werden als Schüttgut in Trommeln elektropoliert, größere Teile an Gestellen oder als Einzelteile bearbeitet. Drähte und Bänder können in speziellen Anlagen kontinuierlich im Durchzug bearbeitet werden. Rohre werden im Inneren bearbeitet, in dem der Elektrolyt durchgepumpt und beim Elektropolieren eine Kathode im Rohr angebracht wird. Hohlteile und Bohrungen erfordern beim Elektropolieren die Verwendung geeigneter Hilfskathoden, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten. Die zu bearbeitenden Teile müssen metallisch sauber, d. h. entfettet und ohne Reste von Farbe oder Klebstoff, in die Bäder gebracht werden. Zu elektropolierende Teile müssen elektrisch kontaktiert werden können, um den zur Bearbeitung erforderlichen Strom einzuleiten. Dafür sind entsprechende Kontaktstellen und Leitungsquerschnitte erforderlich, was beim chemischen Badentgraten entfällt. Die Teile müssen spülfähig sein, um sie nach der Bearbeitung von den Chemikalien rückstandsfrei reinigen zu können. Enge Spalten, Falze und Umbördelungen sind zu vermeiden. 4.4 Anwendungsbeispiele - Entgraten von Bohrungen und Schlitzen in Düsen, Sieben, Filtern, Lochblechen etc. Anwendungsbeispiele hierfür finden sich im Bereich von Anlagen für Papier-, Zellstoff-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie Komponenten von Hydraulik- und Pneumatiksystemen (Bild 4.10). - Entgraten von Dreh-, Fräs-, Stanz-, und Biegeteilen mit komplizierten Strukturen, Einstichen, Hinterschneidungen und Gewinden (Bild 4.12). Entgraten und Glätten von Kanten und flächendynamisch belasteter Teile zur Erhöhung der Dauerfestigkeit. Durch die Bearbeitung werden Anrisse und zu Anrissen neigende Grate an den Kanten beseitigt, Mikrorisse abgetragen und scharfkantige Risskerben verrundet sowie Zugspannungen aus der Oberfläche entfernt. Im Ergebnis wird eine deutliche Erhöhung der Dauerfestigkeit erzielt, speziell nach dem Elektropolieren durch gezielte Verdichtung der Oberfläche an den kritischen Bereichen flächendynamisch belasteter Teile. Durch die Bearbeitung werden Anrisse und zu Anrissen neigende Grate an den Kanten beseitigt, Mikrorisse abgetragen und scharfkantige Risskerben verrundet sowie Zugspannungen aus der 100 <?page no="117"?> Oberfläche entfernt. In der Regel wird eine deutliche Erhöhung der Dauerfestigkeit erzielt, die noch verbessert werden kann, indem man die Oberfläche in den kritischen Bereichen nach der Bearbeitung mechanisch verdichtet, beispielsweise durch Strahlen, und dadurch kontrolliert Zugspannungen in die Oberfläche einbringt. Anwendungsbereiche sind Federn, Schaltelemente, Turbinenschaufeln, Ventilplättchen und Hochdruckkraftstoffsysteme. - Oberflächenentgraten von mechanisch bearbeitetem Stahlguss (Bild 4.8) Gratflitter, die bei der mechanischen Bearbeitung über Graphiteinschlüsse verzogen werden (Blechmantel), können sich im Betrieb lösen und zu Störungen führen. Diese Grate können durch elektrochemisches oder chemisches Entgraten zuverlässig aus dem Oberflächenbereich entfernt und damit Störungen vermieden werden. Anwendungen finden sich vor allem im Motoren- und Maschinenbau. Bild 4.8: Entgraten von Kugel- Graphit-Stahlguss 101 <?page no="118"?> Bild 4.9: Wabendichtungen aus Hastelloy vor und nach dem Entgraten durch Elektropolieren - Entgratung weicher, dünner oder biegeempfindlicher Teile Ein anschauliches Beispiel sind Wabendichtungen in Flugzeugtriebwerken (Bild 4.9). Während der Fertigung werden die Strukturen mit Harz gefüllt und auf Maß geschliffen. Nach dem Ausschmelzen der Harzfüllung werden die 0,1 mm dicken Blechstrukturen durch Elektropolieren entgratet. Weitere Anwendungen sind gestanzte oder lasergeschnittene Folien sowie aus dünnem Draht gefertigte Teile. 102 <?page no="119"?> Bild 4.10: Filterblech. Ausgangszustand, Geschliffen, Elektropoliert - Entgraten und Glätten zur Verschleißminderung Durch Elektropolieren des härteren Verschleißpartners lässt sich der Verschleiß am weicheren Werkstoff deutlich vermindern. So verschleißen Dichtungen wesentlich geringer, wenn die gleitende Metalloberfläche elektropoliert ist. An Tiefpumpen für die Ölförderung konnte durch Elektropolieren die Standzeit der Dichtungen um Ausgangszustand Geschliffen zur Grobentgratung 10 Min. Elektropoliert 103 <?page no="120"?> das 4 bis 5fache erhöht und durch geringere Leckraten die Leistung von 60 % der theoretischen Leistung auf über 90 % erhöht werden. Bild 4.11: Nadelspitze poliert und chemisch badentgratet - Partikelfreie Oberflächen Systeme, die in ihrer Funktion durch Partikel aus den Oberflächen gestört werden, können durch Elektropolieren zuverlässig partikelfrei gemacht werden (Tabelle 1). Einsatzbereiche dafür sind hydraulische und pneumatische Steuerungen, Einspritzsysteme für KFZ-Motoren sowie Gasversorgungssysteme und Reinräume für die Halbleiterfertigung und -verarbeitung. 104 <?page no="121"?> - Glättung und Schärfung von Schneidkanten und Spitzen Kanten mit einem Kantenwinkel unter ca. 30° werden durch Elektropolieren geschärft und die Schneidkante gleichzeitig an den Flanken geglättet. Damit wird ein glatter Schnitt bei geringerem Energieaufwand und längerer Standzeit der Werkzeuge erzielt. Anwendungsgebiete sind Schneidwerkzeuge wie Fräser, Feilen, Sägen, Messer aber auch Nadeln und Injektionskanülen, deren Spitze durch Elektropolieren entgratet und geschärft wird, was einen glatteren Einstich mit geringerem Schmerz zur Folge hat (Bild 4.11). Tabelle 1: Abgabe von Partikeln abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit von Edelstahl Oberflächenqualität Partikel/ Flächeneinheit mechanisch poliert 20.000 chemisch gebeizt 15.000-16.000 elektropoliert 500-1000 - Rissprüfung Elektropolieren wird eingesetzt zur Rissprüfung an dynamisch hochbelasteten Teilen wie z. B. Schaufeln in Flugzeugtriebwerken. Bei Werkstücken mit hoher Zerspanungsleistung ist es mitunter wirtschaftlich, nach einzelnen Bearbeitungsschritten jeweils eine Rissprüfung durchzuführen, um schadhafte Teile rechtzeitig aus der Fertigung nehmen zu können (Bild 4.6). Bild 4.12: 3-achsig gebohrtes Drehteil vor und nach der chemischen Badentgratung 105 <?page no="122"?> - Glättung und Entgratung von Oberflächen zur Reinhaltung Komponenten von Textilmaschinen sowie Maschinenteile zur Bearbeitung fasriger Werkstoffe müssen,ohne dass die z. T. komplexen Strukturen verändert werden, an der Oberfläche glatt und gratfrei sein, damit die Oberflächen nicht während des Betriebes durch hängengebliebene Fasern blockiert und in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. 4.5 Kosten und Umwelt Die Kosten für elektrochemische und chemische Bearbeitungsverfahren hängen weitgehend von der Behandlungszeit und den damit verbrauchten Chemikalien ab. Als weiterer Kostenfaktor kommt bei elektrochemischen Verfahren der Aufwand für die Kontaktierung der Teile und die Fertigung der Kontaktvorrichtungen dazu. Dieser Vorrichtungsbau ist in der Amortisation abhängig von der zu bearbeitenden Stückzahl. Als grober Richtwert für die Kosten ist der Bereich zwischen 0,05 bis 0,50 €/ dm² zu nennen, je nach Bearbeitungszeit und Verfahren. Die tatsächlichen Kosten können aufgrund der komplexen Zusammensetzung der Kostenstruktur exakt nur anhand der konkreten Aufgabenstellung festgestellt werden. Elektrochemische und chemische Entgratverfahren arbeiten mit Säuren, die während des Prozesses durch die aufgelösten Metallionen angereichert werden. Beim Spülen der Werkstücke nach der Bearbeitung gelangen die Säurereste und die Metallsalze verdünnt ins Spülwasser. Die Spülwässer sind daher gemäß den behördlichen Vorschriften zu behandeln und zu entsorgen. Dies geschieht in der Regel durch Neutralisieren und Ausfällen der Metalle als Hydroxide, die anschließend durch Sedimentation vom neutralisierten Wasser abgetrennt werden. Für diese Zwecke werden leistungsfähige und betriebssichere Einrichtungen in allen Größenordnungen angeboten. 106 <?page no="123"?> 5 Elektrochemisches Formentgraten (ECM) Alfred P.Thilow 5.1 Einleitung Unter dem Begriff „Entgraten“ versteht man oftmals auch Bearbeitungsoperationen, bei denen es primär um das Verrunden von Kanten aus funktionellen Gründen geht. Sei es, um die Dauerfestigkeit eines Bauteils zu erhöhen oder um strömungsgünstigere Kanten zu erzeugen. Hier bietet das elektrochemische Formentgraten durch die gezielte Wirkung erhebliche Vorteile. Die Tatsache, dass die Entgratwirkung unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs ist, ermöglicht auch das Verrunden bzw. Entgraten von gehärteten Werkstücken. Sehr vorteilhaft und wirtschaftlich kann es sein, wenn gleichzeitig in einem Arbeitsgang einfache Konturen gratfrei hergestellt werden können. 5.2 Verfahren Unter dem Oberbegriff: „Elektrochemische Metallbearbeitung“ steht eine ganze Reihe von Fertigungsverfahren (VDI-Richtlinie 3401), deren Abtragsprinzip das anodische Auflösen des metallischen Werkstoffs durch elektrolytische Reaktionen ist. Nach DIN 8590 (siehe Seite 76) ist das elektrochemische Formentgraten den „Abtragenden Verfahren“ und hier der Untergruppe „Elektrochemisches Abtragen“ zugeordnet. Im Unterschied zum Bad-Entgratverfahren, mit dem es gelegentlich verwechselt wird, kommt es beim elektrochemischen Formentgraten zu keinem ungewollten Flächenabtrag, da es gezielt wirkt. Wie beim elektrochemischen Badentgraten ist das zu bearbeitende Werkstück stets als „Anode“, also positiv, gepolt. Der Stromkreis zwischen Anode und Kathode, dem Werkzeug, wird durch eine den elektrischen Strom leitende Flüssigkeit (die Elektrolytlösung) geschlossen (Bild 5.1). Außer elektrisch gut leitend sollte diese Elektrolytlösung umweltfreundlich und physiologisch unbedenklich sein. Aus diesem Grund haben sich in Wasser gelöste neutral reagierende Salze, wie z.B. Kochsalz (NaCl) und Natriumnitrat (NaNO 3 ), in der Praxis bewährt. Nur in wenigen Sonderfällen werden auch Säuren oder andere Mischelektrolyte eingesetzt. Durch Ladungsaustauschvorgänge geht der Werkstoff der Anode in Form von Ionen in Lösung und verbindet sich in einer Sekundärreaktion mit den Hydroxyl-Ionen des Wassers zu einer in der neutralen Elektrolytlösung unlösbaren Verbindung, dem Metallhydroxid, das als Schlamm ausfällt. Die Hydroxide sind gewissermaßen die „Späne“, die bei der elektrochemischen Metallbearbeitung entstehen; sie müssen dem Kreislauf durch Reinigungsanlagen entzogen werden. 107 <?page no="124"?> Bild 5.1: Verfahrensprinzip „Elektrolyse“ Der Auflösungsprozess wird quantitativ durch das „Faradaysche Gesetz“ beschrieben. V = v sp · I · t Danach ist das Volumen (V) des in Lösung gegangenen Werkstoffs proportional dem Produkt aus elektrischem Strom (I) und der Zeit (t), in der dieser Strom fließt (v sp ist eine Werkstoffkonstante). Für die elektrischen Vorgänge im Bearbeitungsspalt ist das „Ohmsche Gesetz“ anwendbar. Bearbeitungsspannung (V) Strom (A) = _________________________________________ Widerstand ( ) Hierbei ist der Bearbeitungsspalt als ohmscher Widerstand anzusehen. Er verändert seine Größe mit der Spaltweite (Abstand zwischen Anode und Kathode) und der Elektrolytkonzentration (Leitfähigkeit) und beeinflusst so den elektrischen Strom der über den Arbeitsspalt (Wirkspalt) fließt und damit die Entgratwirkung. Aus diesen Gesetzmäßigkeiten lassen sich bereits die wichtigsten Vorteile der elektrochemischen Fertigungsverfahren ableiten: - Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs (Härte, Festigkeit) haben keinen Einfluss auf die Bearbeitbarkeit. 108 <?page no="125"?> - Das Werkzeug (Kathode) unterliegt verfahrensbedingt keinem Verschleiß. - Die Verfahren arbeiten berührungslos. Dadurch ist es möglich, auch dünnwandige und empfindliche Teile zu bearbeiten bzw. zu entgraten. - Es kommt zu keiner Wärmebeanspruchung der Werkstücke und damit zu keinen Gefügeveränderungen im Werkstoff. Die Elektrolyttemperaturen betragen im allgemeinen etwa 30°C. Es entstehen keine Sekundärgrate (durch das Verfahren verursachte Grate). Elektrochemisch bearbeiten lassen sich nahezu alle metallischen Werkstoffe, die in der konventionellen Fertigung eine Rolle spielen. Das „Elektrochemische Formentgraten“ für das o.g. Vorteile sinngemäß gelten, ist ein gezielt wirkendes Entgratverfahren, mit dem Kanten nicht nur entgratet, sondern auch verrundet werden können. Dabei sind Verrundungsradien bis zu einem Millimeter möglich. Gezielt wirkend heißt, dass an anderen Werkstückpartien kein Abtrag stattfindet. Ebenso ist ein Entgraten an schwer zugänglichen Stellen, z.B. in Bohrungskreuzungen, leicht durchführbar. Die Entgratzeiten sind sehr kurz, da hohe Stromdichten auftreten. In der Regel betragen diese 10 bis maximal 30 Sekunden, wobei sich unter optimalen Bedingungen in 30 s bereits ein Verrundungsradius von etwa 0,5 mm bilden kann. Das Entgratprinzip ist vereinfacht in Bild 5.2 dargestellt. Die zu entgratende Werkstückkontur (in der Abbildung eine U-förmige Kante) bildet mit der im Abstand etwa 0,5 bis 2 mm angestellten Werkzeugelektrode den sogenannten Wirk- oder Arbeitsspalt, durch den die Elektrolytlösung schnell strömt. Man erreicht dies durch gezieltes Umpumpen derselben. Alle Elektrodenpartien, die nicht wirksam sein sollen, sind durch eine Kunststoffschicht isoliert. Hieraus resultiert die gezielte Wirkung des Verfahrens. Bild 5.2: Entgratschema 109 <?page no="126"?> Am häufigsten werden die in Wasser gelösten Salze NaCl (Kochsalz) und NaNO 3 (Natriumnitrat) in Konzentrationen von 10 bis 20% (Masse %) als Elektrolytlösung verwendet. Kochsalzelektrolyte haben unter anderem wegen ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Streuwirkung; sie kommen darum hauptsächlich für grobe Bearbeitungsaufgaben in Frage. Das Natriumnitrat ist dagegen wegen seiner passivierenden Eigenschaften (der Abtrag ist ab einem bestimmten Elektrodenabstand fast Null) bei Eisenwerkstoffen für das Entgraten fertig bearbeiteter Teile besonders gut geeignet. Außerdem ist Natriumnitrat insgesamt weniger korrosiv. Nachdem an das Werkstück und die Werkzeugelektrode eine Gleichspannung (10 bis 30 Volt) angelegt ist, fließt ein elektrischer Strom über den Arbeitsspalt und bewirkt den bereits geschilderten Ladungsaustausch bzw. Auflösungsprozess. Für das „Elektrochemische Formentgraten“ ergibt sich daraus, dass die Intensität der Entgratwirkung über die Bearbeitungsspannung (Strom) und die Zeit gesteuert werden kann. 5.3 Entgratvorrichtungen Die Entgratvorrichtungen erfüllen mehrere Funktionen. In ihnen werden die Werkstücke lagerichtig aufgenommen und so fixiert, dass die Werkzeugelektroden (Kathoden) in die Bearbeitungsposition gelangen können. Durch ein Verteilersystem strömt der Elektrolyt zu den Bearbeitungsstellen. Er wird dabei möglichst so geführt, dass abgelöste Gratteilchen von der Werkzeugelektrode fortgespült werden und den Entgratprozess (durch Kurzschluss) nicht stören können. Der Anodenstrom wird mit verschleißfesten, überfederten Kontakten auf das Werkstück übertragen. Die Elektrolyt- und Stromanschlüsse (+ und -) sind so angeordnet, dass ein möglicher Vorrichtungswechsel nur kurze Zeit in Anspruch nimmt. Bei häufigem Vorrichtungswechsel kommen Schnellwechselsysteme (z.B. Stecker und Schlauchkupplungen) zum Einsatz. In Bild 5.3 ist eine Entgratvorrichtung für eine Hohlschraube schematisch dargestellt. Zu entgraten ist die innen liegende Kreuzung der Querbohrung mit der Hauptbohrung. Die Werkzeugelektrode ist in diesem Beispiel als Ringelektrode ausgebildet und überdeckt mit der Ringfläche den gesamten Kreuzungsbereich, in dem der Grat auftreten kann. Durch diese einfache Werkzeugform kann das Positionieren der Hohlschraube entfallen. Die Entgratvorrichtungen bestehen in der Regel aus zwei Baugruppen. Im Unterteil, welches sich auf der Grundplatte aufbaut, sind meist die Stromanschlüsse und Stromzuführungen für die Werkzeugelektrode, die Werkstückaufnahme und die Elektrolytkanäle und Elektrolytanschlüsse untergebracht. Die Pfeile deuten den Fluss der Elektrolytlösung an. Das Oberteil mit Spritzschutz trägt die überfederten Anodenkontakte, mit denen der Stromkreis werkstückseitig geschlossen wird. An die Entgratvorrichtungen werden sehr hohe Anforderungen gestellt, da von ihrer Konstruktion und Beschaffenheit (Werkstoffauswahl) die Entgratqualität und Produktionssicherheit maßgeblich beeinflusst wird. Diesen Anforderungen gerecht zu werden, erfordert ein spezielles „know how“, da herkömmliche, im Werkzeugbau verwendete Materialien und Konstruktionsprinzipien nicht anwendbar sind. Für den Erstanwender ist es deshalb ratsam, die Erstausrüstung der Entgratvorrichtungen bei 110 <?page no="127"?> dem Anlagenhersteller mit der Entgratanlage als komplette Problemlösung zu beschaffen. Bild 5.3: Schematischer Aufbau einer EC-Formentgratvorrichtung Bild 5.4: 2fach Entgratvorrichtung für Zylinderköpfe eines 2-Takt-Ottomotors Entgraten bzw. Verrunden der Steuerkanalkanten Stromanschluss für den Kontakt (Pluspol) Pluskontakt, dient zur Übertragung des Anoden- Stroms zum Werkstück Werkstück Werkzeugelektrode, ist in Form und Gestaltung dem zu bearbeitenden Werkstück angepasst Grundplatte Kontaktfeder Vorrichtungsoberteil mit Spritzschutz Werkstückaufnahme Elektrolytanschluss Stromanschluss für die Werkzeugelektrode (Minuspol) 111 <?page no="128"?> Durch Schulung des Betreuungspersonals kann dann sehr schnell das anwendungsspezifische Wissen für den Vorrichtungseigenbau vermittelt werden. Die in den Vorrichtungen eingesetzten Werkstoffe müssen in erster Linie korrosionsbeständig sein. Für das Positionieren und Fixieren der Werkstücke kommen deshalb nichtrostende Stähle, Titan oder bei Kleinteilen auch verschleißfeste, nicht quellende Kunststoffe und Keramik zum Einsatz. Ebenfalls aus Kunststoff gefertigt sind die elektrisch isolierenden Vorrichtungskörper. Die Werkzeugelektroden hingegen sollen den elektrischen Strom gut leiten. Sie können, da sie verfahrensbedingt nicht abgetragen werden, aus normalem, gut zerspanbarem Messing hergestellt werden. Um eine hohe Ausbringung zu erreichen, kann die Entgratvorrichtung mehrere Werkstück-Aufnahmestellen haben. Die sehr kurzen Entgratzeiten werden durch eine Mehrfachbearbeitung nicht beeinflusst. Bild 5.5: 2fach Entgratvorrichtung für Pumpengehäusedecke mit Ladebrücke Entgraten bzw. Verrunden von Bohrungskreuzungen Die Bilder 5.4 und 5.5 zeigen Entgratvorrichtungen unterschiedlicher Komplexität. Sie können, wie das Beispiel in Bild 5.5 zeigt, sehr aufwändig gestaltet sein, wenn der 112 <?page no="129"?> Entgratumfang (Anzahl der Entgratstellen) sehr groß ist und Werkzeugelektroden zugestellt werden müssen. Eine Besonderheit bei der in Bild 5.5 gezeigten Vorrichtung ist die vertikal bewegliche Ladebrücke, auf der die Gehäuse positioniert abgelegt werden. Dieses Konzept wurde gewählt, weil sehr dünne und empfindliche Elektroden in das Gehäuse eingefahren werden müssen. Um diese Elektroden vor mechanischen Beschädigungen beim Beschicken zu schützen, wurden sie stationär im Vorrichtungsunterteil angeordnet. Durch das Absenken der Ladebrücke beim Schließen der Vorrichtung gelangen sie in die Arbeitsposition. Die Vorrichtung in Bild 5.4 ist dagegen vergleichsweise einfach aufgebaut. Die Zylinderköpfe werden lediglich über einen Elektrodenstamm gestülpt, in dem sich mehrere Werkzeugelektroden befinden. 5.4 Anlagentechnik Im Unterschied zu Galvanikanlagen stehen elektrochemische Entgratanlagen mitten in der spanenden Fertigung und sind teilweise sogar Bestandteil einer vollautomatischen Fertigungslinie. Bild 5.6: Aufstellplan einer EC-Bearbeitungsanlage aus den Baugruppen: 1. 2-Stationen-Entgratmaschine 2. Generator und Anlagensteuerung 3. Elektrolytaggregat 4. Filterpresse (alternativ: Zentrifuge, Sackfilter) 5. Kühlung (Quelle: Extrude Hone) Eine sachgemäße Installation gewährleistet, dass umliegende Fertigungseinrichtungen, etwa durch Wasserdampf, nicht in Mitleidenschaft gezogen werden können. 113 <?page no="130"?> Neben einem aus Bausteinen zusammengestellten Standardanlagenprogramm sind auch werkstückspezifische Sonderanlagen teil- oder vollautomatisiert lieferbar. Elektrochemische Entgratanlagen setzen sich zumeist aus vier Baugruppen zusammen (Bild 5.6): Entgratmaschine Die Entgratmaschine hat, je nach geforderter Ausbringung, eine oder zwei Bearbeitungsstationen. Sie ist meist in Portalbauweise komplett aus nichtrostendem Stahlblech und Profilen geschweißt. Die Maschinenwanne bildet mit hinterem und seitlichem Spritzschutz den Arbeitsraum, in dem die Entgratvorrichtungen für das Beschicken gut zugänglich aufgebaut werden. In dem Portal über der Maschinenwanne befinden sich die Anstelleinheiten. Alle Maschinen- und Anlagenteile, die mit Elektrolyt in Berührung kommen können, sind aus korrosionsbeständigen Materialien gefertigt. Im Sichtbereich der Bedienungsperson befindet sich meistens ein Display, auf dem alle wichtigen Anlagenfunktionen angezeigt werden. Durch den Einsatz von Industrie-PC’s ist auch die Visualisierung des EC-Pozesses möglich. So genannte "Elektrodenüber-wachungsbausteine", mit denen der Entgratstrom (Elektrodenstrom) und damit die Entgratqualität automatisch überwacht werden kann, sind heute weitgehend Standard. Da der Abtrag und somit die Entgratintensität proportional dem elektrischen Strom ist, der über den Wirkspalt fließt, kann durch Vorgabe des maximalen und auf Wunsch auch minimalen Stromes eine automatische Qualitätsüberwachung vorgenommen werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Entgratstelle nicht einsehbar ist, wie z.B. in Bohrungskreuzungen. Bild 5.7: Bedienungsseite einer 1-Station-Kompaktanlage. (Werkbild: Extrude Hone) An der Maschinenrückseite oder im Arbeitsraum sind Verteiler für Elektrolyt und Strom so angebracht, dass ein möglicher Vorrichtungswechsel nur kurze Zeit in Anspruch nimmt. 114 <?page no="131"?> Die Entgratmaschinen sind im Rahmen der installierten Anlagenleistung universell einsetzbar und können in relativ kurzer Zeit umgerüstet werden. Ebenso ist es möglich, verschiedene Werkstücke gleichzeitig in einer Aufspannung zu entgraten oder bei 2-Stationenanlagen die Stationen mit verschiedenen Typen zu belegen. Die 2- Stationenanlage (Bild 5.8) bietet durch die alternierende Arbeitsweise den Vorteil, dass während der Hauptzeit der einen Station die zweite beschickt werden kann. Die dadurch erzielten sehr kurzen Taktzeiten betragen rund 30 Sekunden. Auch Kleinserienteile können wirtschaftlich entgratet werden. Hierfür eignen sich so genannte Kompaktanlagen (Bild 5.7) mit einer Bearbeitungsstation und integriertem Elektrolytbehälter. Bild 5.8: Bedienungsseite einer 2-Stationenanlage (Werkbild: Extrude Hone) Stromquelle (Generator) Auch bei den Stromquellen hat sich eine Standardisierung durchgesetzt. Besondere Vorteile bietet die thyristorgeregelte und wassergekühlte Stromquelle, die in sich nach dem Baukastenprinzip aufgebaut ist. Sie ist schmutzdicht gekapselt und benötigt wegen der kleineren Abmessungen wenig Platz. Ferner können Bearbeitungsspannung und Strom feinfühlig und stufenlos eingestellt werden. Abhängig von der Entgrataufgabe und dem Einsatzgebiet sind Generatoren mit Stromquellen von 200 bis 4000 Ampere lieferbar. Umgerechnet auf die zu entgratende Kantenlänge ergibt das 400 bis 8000 mm bei einer Stromdichte von etwa 0,5 A pro Millimeter 115 <?page no="132"?> Kantenlänge. Die Stromquelle liefert Kleinspannungen von etwa 5 bis max. 30 Volt; in Ausnahmefällen auch darüber. In dem Generatorschrank sind außer der Stromquelle die Anlagensteuerung, bei den Kompaktanlagen auch alle Bedienungs- und Prozessüberwachungselemente untergebracht. Elektrolytaggregat Aus dem Elektrolytaggregat werden die Entgratvorrichtungen mit Elektrolytlösung versorgt. Das Aggregat enthält alle für den Entgratprozess notwendigen Einrichtungen wie z.B.: Pumpen, Heizung, Kühlung, pH-Regeleinrichtung für die Elektrolytaufbereitung und die dazugehörigen Armaturen. Die Behältergrößen sind auf die Abtragsleistung abgestimmt. Üblich sind Behälterinhalte mit 400 bis 4000 Liter. Die Elektrolytlösung wird im Kreislauf geführt und muss nicht verworfen werden. Ergänzt werden lediglich die Verluste, die durch Verschleppung entstehen. Elektrolytreinigung Die bei dem Abtragsprozess anfallenden Metallhydroxide verschmutzen den Elektrolyt und verschlechtern den Wirkungsgrad der Anlage. Bei Produktionsanlagen empfiehlt es sich deshalb, den Elektrolyt kontinuierlich zu reinigen, damit eine gleichbleibende Entgratqualität gewährleistet ist. Häufig eingesetzte Einrichtungen zur Elektrolytreinigung sind modifizierte Filterpressen, die durch spezielle Pumpen beschickt werden. Bei sehr großen Abtragsvolumen sind Zentrifugen vorteilhaft, in denen die Hydroxide durch die Fliehkraft vom Elektrolyt getrennt werden. Zur Erreichung eines optimalen Wirkungsgrades werden sie im Nebenschluss betrieben und mit einer separaten Beschickerpumpe versorgt. Durch die Zentrifugalkraft bildet sich in dem als Schlammraum ausgebildeten Trommelmantel eine Schlammschicht aus, die in entsprechenden Intervallen voll- oder halbautomatisch abgeschält wird. Der Entgratprozess muss dabei nicht unterbrochen werden. Da der abgeschälte Zentrifugenschlamm lediglich einen Feststoffgehalt von ca. fünf Prozent hat, kann es deshalb bei größeren Anlagen (größere Stromquelle) wirtschaftlich sein, diesen Schlamm in einer nachgeschalteten Filterpresse noch weiter zu entwässern. Ein großer Teil des sonst verlorenen Elektrolyts kann dadurch zurückgewonnen werden. Auch ist es möglich, die Elektrolytversorgung mehrerer Entgratanlagen zusammenzufassen. Für die Voreindickung der Hydroxide werden dann anstelle der Zentrifugen Absetzbecken verwendet und der Elektrolyt durch Sedimentation gereinigt. Für das Entsorgen des Elektrolytschlamms können verschiedene Lösungen angeboten werden, die von dem anfallenden Schlammvolumen und den darin enthaltenen Schadstoffen abhängen. In jedem Fall ist bei Natriumnitrat-Elektrolyten eine Nitritbildung und somit eine Entgiftung zu beachten. Sofern die Schlämme innerbetrieblich nicht aufbereitet werden können, müssen sie einer Entsorgungsfirma zugeführt werden. Bei Anlagen mittlerer Leistung (ca. 600 A Entgratstrom) ist das monatlich ca. 1 Kubikmeter Zentrifugenschlamm oder ca. 200 Liter Filterkuchen. 116 <?page no="133"?> 5.5 Vor- und Nachbehandlung der Werkstücke beim elektrochemischen Formentgraten Beim Einsatz des elektrochemischen Formentgratens ist darauf zu achten, dass die Werkstücke späne- und fettfrei zugestellt werden. Späne können die Vorrichtungen verschmutzen und auch, wie zu große Grate, zu Störungen durch Kurzschlüsse führen. Sofern es zerspanungstechnisch nicht möglich ist, die Grathöhe h o zu reduzieren, muss der Grat beiseitegedrückt oder im ungünstigsten Fall entfernt werden. Zu fettige Teile unterbinden den Stromfluss und damit den gewünschten Abtrag, weil das Fett isolierend wirkt. Nach dem Entgraten sind die Werkstücke durch Spülen in Klarwasser von den Elektrolytresten zu reinigen (siehe Umwelt). Wenn dem elektrochemischen Entgraten nicht unmittelbar eine spanende Bearbeitung (mit Emulsion) folgt, müssen die Teile konserviert werden. Im Hinblick auf eine störungsfreie und kostensparende Produktion sind die o.g. Hinweise unbedingt zu berücksichtigen. 5.6 Anwendungsbeispiele (Bilder 5.9 - 5.17) An einer Auswahl verschiedener Werkstücke werden - stellvertretend für andere Teile - die Anwendungsmöglichkeiten und Ergebnisse gezeigt. Bild 5.9: Zylinderkopf (aufgeschnitten) Verrunden der Steuer- und Überströmkanalkanten. Dadurch kann beim anschließenden Verchromen der Zylinderlauffläche eine Knospenbildung unterdrückt werden. Bearbeitungszeit ca. 10 - 15 s, Werkstoff: AlSi 117 <?page no="134"?> Bild 5.10: Bremszylinder (aufgeschnitten) aus AlSi. Entgraten und Kantenverrunden im Innenbereich. Links unentgratet. Bearbeitungszeit: 15 s 4fach-Vorrichtung. (Werkbild: Extrude Hone) Bild 5.11: Sperrmuffe aus Schmiedestahl. Entgraten und Verrunden der Aussparungen im gehärteten Zustand. Bearbeitungszeit: ca. 30 s Bild 5.12: Verrunden der Dachspitzen einer Schaltverzahnung. Gleichzeitig werden die Kanten im Bereich der Dachspitze entgratet. Bearbeitungszeit: ca. 20 s 118 <?page no="135"?> Genauso gezielt wie Kanten entgratet oder verrundet werden können, ist es auch möglich, mit entsprechend ausgebildeten stationären Werkzeugelektroden Flächen abzutragen. Dieser Arbeitsgang wird als „Elektrochemisches Konturbearbeiten“ bezeichnet und kann häufig in einem Arbeitsgang mit dem Entgraten durchgeführt werden. Die Bilder 5.12 und 5.13 zeigen hierzu Beispiele. Bild 5.13: Gangrad. Entgraten der Lauf- und Kurzverzahnung sowie Konturbearbeiten (Öltaschen) in einer Aufspannung. Bearbeitungszeit: ca. 30 s Bild 5.14: Hubzapfenabschnitt. Verrunden der Bohrungseintritte (z.B. Kurbelwellen) vor dem Schleifen. Durchmesser ca. 50 mm. Verrundungsradius ca. 2 mm bei 120 s Bearbeitungszeit 119 <?page no="136"?> Werkbild: Extrude Hone Bild 5.15: Einspritzdüse aus Stahl (aufgeschnitten). Elektrochemisches Einarbeiten der Kammer. Durch das Auskesseln von Ø 6,9 auf Ø 11,8 mm werden die drei Bohrungen, die zuvor als Sackbohrungen eingebracht wurden, gratfrei und strömungsgünstig miteinander verbunden. Bearbeitungszeit: 220 s Bild 5.16: Lenkgehäuse (aufgeschnitten) aus AlSi. Gleichzeitiges Einbringen aller innen liegenden Formnuten (Werkbild: Extrude Hone) 120 <?page no="137"?> Bild 5.17: EC-Anwendungsspektrum (Werkbild: Extrude Hone) 5.7 Umwelt Die für das Entgraten verwendeten wässrigen Salzlösungen NaCl und NaNO 3 sind im Gebrauch unproblematisch. Sie dürfen jedoch wegen ihrer Salze und anderer Schadstoffe, die durch chemische Umwandlung unter Stromeinfluss entstehen, nicht oder nur in sehr stark limitierten Mengen in das Abwasser gelangen. Bei Natriumnitrat-Elektrolyten ( NaNO 3 ) bildet sich z.B. in geringen Mengen Nitrit, welches zu entgiften ist. Um die zu entsorgenden Mengen möglichst gering zu halten, sind die Entgratanlagen so auszustatten, dass der Elektrolyt im Kreislauf geführt werden kann. Dies setzt voraus, dass die Anlagenbaugruppen (Stromquelle, Elektrolytaggregat und Reinigungseinrichtung für den Elektrolyt) in ihrer Leistung aufeinander abgestimmt sind. Ist dies der Fall, dann sind lediglich die Mengen zu behandeln, die als Schlämme oder Filterkuchen anfallen oder die mit den Werkstücken verschleppt werden. Hierfür gibt es kompakte Aufbereitungsanlagen unterschiedlicher Leistung. 121 <?page no="138"?> 6 Thermische Entgratmethode (TEM) Alfred P.Thilow 6.1 Einleitung „Thermische Entgratmethode“ (TEM) ist die handelsübliche Bezeichnung für ein Verfahren, das wissenschaftlich korrekt als „Thermisch-chemisches Entgratverfahren“ bezeichnet wird. Es ist darum nach DIN 8590 den abtragenden Verfahren und hier der Untergruppe „Chemisches Abtragen“ zugeordnet. Die „Thermische Entgratmethode“ zählt zu den ungezielt wirkenden Entgratverfahren. Auf den Grat bezogen hat sie jedoch verfahrensbedingt eine sehr gezielte Wirkung, denn jeder Grat wird sicher entfernt; ob innen liegend (in einer Bohrungskreuzung), oder verdeckt hinter einer Werkstückschulter. An der Werkstückoberfläche findet kein Abtrag statt. Die Einsatzgebiete der „Thermischen Entgratmethode“ sind überall dort zu finden, wo - Grate an unzugänglichen Stellen entfernt werden müssen, die durch andere Verfahren nicht erreichbar sind (z.B. in Bohrungskreuzungen). - eine absolute Gratfreiheit aus funktionellen Gründen verlangt wird (absolute Gratfreiheit bedeutet hier, dass sich keine Gratpartikel mehr lösen). Aufgrund der zu verlässigen Arbeitsweise und der daraus resultierenden Entgratqualität ist es für Produkte, bei denen diese Forderungen auch sicherheitstechnisch begründet sind, als Verfahren vorgeschrieben. - wegen großer Typenvielfalt und geringer Stückzahlen ein universelles Entgratverfahren gefordert wird. Häufig anstelle von lohnintensiven Handentgratplätzen. Entgraten lassen sich nahezu alle oxidierenden Werkstoffe. Definierte Kantenverrundungen sind nicht möglich. Da es sich um einen thermischen Prozess handelt, ist das Verfahren für gehärtete Teile nicht geeignet. 6.2 Verfahren In einer mit einem Sauerstoff-Brenngasgemisch gefüllten Entgratkammer werden die am Werkstück haftenden Grate verbrannt Der Verbrennungsvorgang dauert nur wenige Millisekunden, so dass die Werkstücke nur unwesentlich erwärmt werden (ca. 100-190°C, je nach Wärmekapazität des Werkstückes). Durch den schockartigen Temperaturanstieg, der je nach Gasgemisch und Gasmenge bis zu 3000°C betragen kann, überhitzen alle Werkstückpartien, die ein großes Oberflächen/ Volumen-Verhältnis aufweisen. Dieses sind in der Regel die Grate. We- 122 <?page no="139"?> gen ihrer großen Oberfläche absorbieren sie viel mehr Strahlungswärme als über die relativ kleinen Querschnitte abgeführt werden kann. Es kommt daher zu einem Wärmestau (Glühen) im Grat, der das Anzünden und anschließende Verbrennen mit freiem Sauerstoff ermöglicht. Der thermische Entgratprozess kann in zwei Phasen untergliedert werden: 1. Anzündphase - Erhitzen (thermisch) Die für das Anzünden des Grates notwendige Wärme entsteht ausschließlich durch das Verbrennen des Brenngases mit Sauerstoff. Je massiver die zu entfernenden Grate sind, desto mehr Brenngas/ Sauerstoffgemisch muss in die Entgratkammer eingefüllt werden. Hierbei sind durch den maximal zulässigen Kammerfülldruck anlagenabhängig Grenzen gesetzt. 2. Entgratphase - Verbrennen (chemisch) Diese tritt ein, wenn die bei der Verbrennung entstehende Wärme für das Anzünden des Grates (Glühen) ausreicht. Das Verbrennen (Entgraten) des Grates unterhält sich selbst, solange ausreichend Sauerstoff vorhanden ist und keine Abkühlung durch zu große Querschnitte stattfindet. Als Brenngase eignen sich: Wasserstoff, Methan oder Erdgas, wenn der Stickstoffanteil im Erdgas 5% nicht übersteigt. Der Verbrennungsvorgang, z.B. mit Methan (CH 4 ), verläuft entsprechend der nachstehenden chemischen Reaktion: CH 4 + 3 O 2 + Zündenergie = 2H 2 + CO 2 + O 2 + Hm (Hm = molare Reaktionsenthalpie = Wärme) Nach dem Zünden dieses Gasgemisches verbrennt zunächst das Methan mit dem Sauerstoff, wobei durch chemische Reaktion hauptsächlich Wasser (H 2 O) sowie Kohlendioxid (CO 2 ) entsteht. Entscheidend bei dieser Reaktion aber ist die freigesetzte Wärme, die das Anzünden und Verbrennen des Grates mit dem Sauerstoffüberschuss erst ermöglicht. 6.3 Entgratqualität Die zu realisierende Entgratqualität ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Nicht jeder Werkstoff verbrennt (oxidiert) gleich gut. Ebenso beeinflussen die Werkstückgeometrien und die Grat- und die Kantenausbildung (stumpf bis spitzwinklig) den Verbrennungsvorgang und damit die Entgratwirkung (Bild 6.1). So kann es bei großvolumigen Werkstücken zu Einschränkungen kommen, wenn das Restvolumen in der Entgratkammer zu klein ist, um die für das Entgraten nötige Energie (Gasvolumen) aufzunehmen. Das Gleiche gilt allerdings auch bei Überbefüllung der Entgratkammer mit Werkstücken. 123 <?page no="140"?> Bild 6.1: Stahlritzel. Deutlich ist die Gratbildung und die Entgratwirkung an der spitzwinkligen Zahnkante zu erkennen. An der stumpfwinkligen Kante ist die Gratbildung hingegen sehr gering. Wegen der größeren Wärmekapazität bleibt diese Kante während der Verbrennung „kälter“. Ein geringfügiges Abbrennen (Verrunden) der stumpfwinkligen Kante findet nur dort statt, wo sich Grate befinden. Dünnwandige Teile begrenzen ebenfalls dann den Entgrateffekt, wenn keine deutliche Unterscheidung zwischen dünnster Wandung und dickstem Grat vorhanden ist und die Entgratenergie wegen der dünnen Wandungen begrenzt werden muss. Gratfreiheit Um ein optimales Entgratergebnis erzielen zu können müssen darum bestimmte Parameter, wie Gasvolumen und Mischungsverhältnis, den Aufgabenstellungen angepasst werden. Sofern eine deutliche Unterscheidung zwischen Grat und Werkstückpartie vorhanden ist (d.h., die Voraussetzungen für das Anzünden günstig sind), kann bei oxidierenden Werkstoffen in jedem Fall eine Entgratqualität, definiert als „scharfkantig-gratfrei“, garantiert werden, wobei unter gratfrei auch verbleibende Aufwürfe zu verstehen sind. Die Gratfreiheit ist besonders für Werkstücke wichtig, deren Funktion durch sich lösende Grate gefährdet ist. Kantenrunden Im Hinblick auf ein Kantenrunden werden die besten Ergebnisse bei Eisenwerkstoffen wie Stahl und Gusseisen erzielt, da die Reaktion mit Sauerstoff hier am stärksten ist. An massiven Stahlteilen mit großer Wärmekapazität lassen sich Kanten unter optimalen Bedingungen sogar bis zu einem Radius von max. 0,5 mm verrunden. 124 <?page no="141"?> Der Werkstoff „Aluminium“ weist dagegen zwei für das Kantenrunden nachteilige Eigenschaften auf: 1. die sehr gute Wärmeleitfähigkeit; dadurch wird für das Anzünden des Aluminiumgrates, gemessen an dem relativ niedrigen Schmelzpunkt, eine hohe Zündenergie benötigt. Ebenso erkaltet und erlischt der angezündete Grat bei stärker werdenden Querschnitten durch die gute Wärmeleitfähigkeit sehr schnell, so dass Aufwürfe, die durch drückende bzw. verschlissene Werkzeuge entstanden sind, stehen bleiben. Die Möglichkeit, die Entgratenergie (Gasladung) in diesem Fall zu erhöhen, wie es bei anderen Werkstoffen praktiziert wird, scheidet für das Aluminium wegen seiner Oxidhaut aus. 2. die Oxidhaut. Die auf dem Aluminium vorhandene Oxidhaut (die nur weniger als 1 m dick ist) hat etwa einen dreifach so hohen Schmelzpunkt wie der Grundwerkstoff darunter und wirkt wie ein Schutzschild gegen das Verbrennen. Bei der für größere Gratquerschnitte notwendigen Verbrennungstemperatur ist es deshalb möglich, dass der Werkstoff unter dieser Oxidhaut bereits schmilzt, ohne zu verbrennen. Dies hat ein Aufplatzen der Oxidhaut und Verspritzen des geschmolzenen Werkstoffs zur Folge und muss in jedem Fall verhindert werden. Im Hinblick auf ein brauchbares Entgratergebnis muss darum die Verbrennungsenergie so weit reduziert werden, dass das Werkstück unbeschädigt bleibt. Die Entgratqualität bei Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist somit auch als „scharfkantig-gratfrei“ zu definieren. Für Armaturenteile der Pneumatik und Hydraulik im weitesten Sinne sowie für Bauteile, in die elektronische Komponenten montiert sind, ist diese Entgratqualität gewünscht und in der Regel ausreichend. Das Entgraten von Werkstücken aus Kunststoff ist eingeschränkt nur bei Thermoplasten möglich. Hier gibt es eine Vielzahl von Werkstücken aus der Medizin- und Labortechnik die spanend hergestellt werden (Bild 6.6). Duroplaste sind sehr wärmebeständig und neigen zum Verkokeln. Abschließend sei auf die Bilder 6.2 - 6.11 hingewiesen. Sie zeigen sehr deutlich die Wirkungsweise der thermischen Entgratmethode an verschiedenen Werkstücken, gefertigt aus unterschiedlichen Werkstoffen. Bild 6.2: Ventilbüchse aus Stahl, ca. 40 mm Durchmesser 125 <?page no="142"?> Bild 6.3: Detailaufnahme. Mitnehmer aus Stahl. Vor und nach dem Entgraten Bild 6.4: Stahlhalter. Geforderte Entgratqualität: scharfkantig-gratfrei Bild 6.5: Laufbüchse (Stahl). Durchmesser ca. 50 mm 126 <?page no="143"?> Bild 6.6: Kunststoffteil Entgraten aller Konturen. Quelle: ATL Bild 6.7: Computerteil aus Zinkdruckguss. Entfernen der Flittergrate vorher nachher 127 <?page no="144"?> Bild 6.8: Schlosskern aus Zinkdruckguss. Schüttgut. Entfernen der Druckgussflitter. Durchmesser ca. 15 mm Bild 6.9: Fitting aus Messingguss. Bohrgrate Bild 6.10: Gehäuse aus Aluminium. Entfernen der Druckgussflitter. Die massiven Aufwürfe konnten nicht entfernt werden (siehe Seite 116) 128 <?page no="145"?> Bild 6.11: TEM-Anwendungsspektrum Das Einstellen der optimalen Verfahrensparameter ist sehr einfach. Dies wird im anschließenden Abschnitt deutlich gemacht. 6.4 Anlagentechnik In einem presseähnlichen stabilen Maschinengestell (Bild 6.12)) ist die als Glocke ausgebildete zylindrische Entgratkammer (1) eingebaut. Sie wird hydraulisch (3) oder hydraulisch-mechanisch mit einem Schließteller (5) (Kammerunterteil) von unten gasdicht verschlossen. Ein Rundschalttisch (6), auf dem je nach Anlagenmodell fünf oder sechs dieser Schließteller lagern, ist an das Maschinengestell (2) angeflanscht und bildet mit diesem die eigentliche Entgratmaschine. Einfache Anlagen haben einen Schiebetisch, mit dem der Schließteller unter die Entgratkammer geschoben wird. 129 <?page no="146"?> In zwei Gaszylindern (12) wird indirekt über den Fülldruck das Gasvolumen und das Mischungsverhältnis eingestellt. Nachdem die Dosierzylinder aufgeladen sind, schieben sie die Gase hydraulisch betätigt über einen Mischblock (8) in die geschlossene Entgratkammer ein und verdichten sie zu dem so genannten Kammerfülldruck. Alternativ zu den Gaszylindern wird das Gas bei neueren Anlagen über Stromregelventile direkt in die Kammer eingefüllt. Der Mischblock oder das Mischventil ist unmittelbar mit der Entgratkammer verbunden. In ihm werden die beiden Gase (Brenngas und Sauerstoff) zu einem zündfähigen Gemisch vermischt und nach dem Füllvorgang mit einem elektrischen Funken oder einer Glühstrecke gezündet. Nach dem Verbrennungsvorgang (Entgraten), wird die Entgratkammer geöffnet und der Schließteller mit den entgrateten Werkstücken auf dem Rundschalttisch abgelegt. Danach kann der nächste Takt eingeleitet werden. Bild 6.12: Anlagenschema 1 Entgratkammer 8. Mischblock (Mischen und Zünden 2. Maschinengestell des Gases). 3. Hydraulisches Schließsystem 9. Zündeinrichtung 4. Rundtischantrieb 10. Gasventile 5. Schließteller 11. Hydraulik 6. Rundschalttisch 12. Gasdosiersystem 7. Absaugung 13. Schallschutzkabine 130 <?page no="147"?> Eine kleine „Thermische Entgratanlage“ zeigt Bild 6.13. Die Bedienungsseite ist vor dem Rundschalttisch. Dieser ist frei zugänglich und lässt auch eine vollautomatische Verkettung mit anderen Maschinen zu. Bild 6.13: Bedienungsseite einer thermischen Entgratanlage, Typ TEM-P80 (Werkbild: Extrude Hone) Die Anlagen arbeiten, je nach Anlagenmodell, im 20-, 30bzw. 60- Sekundentakt und können in drei Betriebsarten gefahren werden: - Einstellbetrieb Jede Funktion wird einzeln ausgelöst. - Halbautomatisch Bis auf das Takten des Rundschalttisches werden alle Funktionen automatisch durchgeführt. - Vollautomatisch Die Anlage taktet vollautomatisch. Sie muss nur noch beschickt werden. 131 <?page no="148"?> Die zurzeit vorhandenen Anlagenmodelle unterscheiden sich hauptsächlich durch das Maschinengestell (C- oder Portalbauweise). Für jede Modellbaureihe gibt es außerdem unterschiedliche Kammerabmessungen. Diese resultieren aus der Forderung nach einer möglichst großen Entgratkammer für den jeweiligen Einsatzzweck. Dem entgegen steht die maximal zulässige Druck- und Reaktionskraft in der Entgratkammer, die von dem Maschinengestell noch aufgenommen werden kann. Die momentan verfügbaren maximalen Standard-Kammergrößen sind: - Kammerdurchmesser 400 mm, max. Höhe 300 mm. (Sondergrößen auf Anfrage, max. Ø 400 mm, Kammerhöhe max. 1200 mm) Bild 6.14 Moderne TEM-Anlage mit 400 mm Kammerdurchmesser. Quelle: ATL Welche Kammerabmessung für den jeweiligen Einsatz am zweckmäßigsten ist, ergibt sich aus den Werkstückabmessungen, sowie der für das Entgraten notwendigen Energie (Gasvolumen) und aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Die thermischen Entgratanlagen sind bereits vom Hersteller mit allen sicherheitstechnischen Einrichtungen ausgestattet und können ohne weitere Maßnahmen direkt in die Fertigung integriert werden. Das Aufstellen erfordert kein Fundament, wie es z.B. für Pressen notwendig ist. Einzige Voraussetzung ist eine ausreichende Bodenbelastbarkeit. An das Bedienungspersonal werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Da es in den meisten Fällen jedoch als neues Verfahren eingeführt wird, ist es zwingend notwendig und zweckmäßig, die mit der Wartung beauftragten Mitarbeiter beim Hersteller schulen zu lassen. Durch die bereits standardmäßig in den Anlagen integrierten Rundschalt- oder Schiebetische ist das Automatisieren und Beschicken mit Robotern oder Ladeportalen einfach realisierbar. 132 <?page no="149"?> 6.5 Werkstückhandhabung Um ein gleichmäßiges Entgratergebnis zu erzielen, werden die Werkstücke in der Regel in vergleichsweise einfachen Haltevorrichtungen locker aufgesteckt (Bild 6.15). Dieses ist besonders bei Außenentgratungen vorteilhaft, da das heiße Gas so alle Werkstückpartien gleichmäßig beaufschlagen kann. Außerdem verhindern die Haltevorrichtungen, dass die zu entgratenden Werkstücke eine Beschleunigung infolge der Gasturbulenzen (durch Druckwellen) erfahren und beschädigt werden. Die Aufnahmevorrichtungen sind sehr einfach. Sie bestehen häufig aus mit Bolzen bestückten oder mit Bohrungen versehenen Platten, auf denen oder in denen die Werkstücke leicht gehalten werden. Hierbei sind die Werkstücke so anzuordnen, dass sie sich nicht gegenseitig abschirmen. Teile, besonders Kleinteile mit innen liegenden Graten, können auch als Schüttgut behandelt werden, sofern dies zulässig ist. Das Gleiche gilt für kompliziert geformte Druckgussteile (Bild 6.16). Bild 6.15: Werkstückhaltevorrichtung Bild 6.16: Schüttgut in Warenkörben Quelle: ATL Voraussetzung für die Behandlung als Schüttgut ist, dass zwischen den Werkstücken noch ausreichend freier Raum für das Gas vorhanden ist, bzw. das örtlich vorhandene Gasvolumen für das Verbrennen der Grate ausreicht. 6.6 Vor- und Nachbehandlung Als Voraussetzung für eine gleich bleibende Entgratqualität sind die Werkstücke vor dem Entgraten von losen Spänen und Fetten zu reinigen. Jede Verunreinigung der Werkstücke bindet beim Verbrennen unnötigerweise Energie, die für das eigentliche 133 <?page no="150"?> Entgraten verloren geht und hinterlässt außerdem auf den Oberflächen zusätzliche Verbrennungsrückstände. Das thermische Entgraten ist und kann kein Ersatz für eine Waschtechnik sein. Es bietet aber dem Anwender eine zusätzliche Sicherheit. Für den Fall, dass ein Partikel (Span) am oder im Werkstück nach dem Waschen haften bleibt, wird dieses Teilchen mit verbrannt. Je nach anschließender Weiterverarbeitung ist eine Nachbehandlung der Werkstücke notwendig. Dies geschieht häufig durch Tauchen in ein stark verdünntes Säuregemisch aus Phosphor- und Schwefelsäure oder unterstützt durch Ultraschall in Reinigungsbädern mit Komplexbildnern. Hierbei werden die als Niederschlag auf der Oberfläche haftenden Verbrennungsrückstände des Grates entfernt. Die Werkstückoberfläche selbst wird durch das thermische Entgraten nicht verändert. Entfallen kann die Nachbehandlung bei Werkstücken, die nach dem Entgraten in einer Gasatmosphäre einsatzgehärtet oder galvanisch behandelt werden. 6.7 Gasversorgung Für die Gasversorgung können je nach Bedarf Flaschenbündel oder Flüssiggastanks aufgestellt werden. Hierfür bieten namhafte Gaslieferanten ein umfassendes Angebot, das sowohl die Installation als auch den Service und die Lieferung dieser Einrichtung beinhaltet. Als sehr vorteilhaft für den Anwender hat sich das Mieten der Gasbehälter erwiesen. Die Miete wird auf den Gasverbrauch umgelegt. Bei Verwendung von Erdgas, das die wirtschaftlichste Versorgung darstellt, ist ein Erdgasverdichter (Bild 6.17) vorzusehen. Mit diesem wird der für das Dosieren des Gases notwendige Druck von ca. 12 bar erzeugt. Bild 6.17: Erdgasverdichter. Trockenlaufkompressor 134 <?page no="151"?> Zu beachten ist der Stickstoffanteil im Erdgas, der 5 % möglichst nicht überschreiten soll. Das Erdgas enthält als Hauptbestandteil Methan. Je nach Herkunft kann es aber außer Methan noch andere Kohlenwasserstoffe (z.B. Äthan C 2 H 6, Propan C 3 H 8, usw.) mit wesentlich höheren Heizwerten enthalten. Da die Stadtwerke nicht die Zusammensetzung, sondern den Heizwert des Erdgases garantieren müssen, sind sie bei Vorhandensein der oben genannten Kohlenwasserstoffe gezwungen, den Heizwert durch Zugabe von Stickstoff zu regulieren und damit konstant zu halten. Höhere Stickstoffanteile können die Entgratwirkung beeinträchtigen. Bei der Verbrennung von Stickstoff entsteht außerdem Salpetersäure, die einen erhöhten Verschleiß der Entgratkammer durch Säureangriff verursacht. Letztendlich entscheiden jedoch wirtschaftliche Gesichtspunkte darüber, ob das Erdgas mit erhöhtem Stickstoff eingesetzt wird. Da Erdgas um den Faktor 10bis 20-mal billiger als technisch reines Methan ist, kann ein erhöhter Verschleiß unter Umständen noch wirtschaftlich vertretbar sein. In jedem Fall ist die Zusammensetzung des Erdgases bei den Stadtwerken zu erfragen und dem Hersteller der thermischen Entgratanlagen mitzuteilen. 135 <?page no="152"?> 7 Sonderverfahren der Entgrattechnik Klaus Przyklenk 7.1 Einleitung Als Sonderverfahren der Entgrattechnik sollen hier alle diejenigen Verfahren verstanden sein, die in der Regel aus wirtschaftlichen oder technischen Gesichtspunkten oder auch einfach wegen Unkenntnis nicht mit in eine Verfahrensauswahl einbezogen werden. In etlichen Fällen dienen diese Verfahren als Notbehelf, weil sich keine andere Lösung fand. Damit wird jedoch diesen Verfahren unrecht getan, weil sie oft ganz erstaunliche Möglichkeiten bieten, gerade im Zusammenhang mit den gestiegenen Anforderungen an Werkstoffe und Fertigungsqualität. Es sind folgende Verfahren zu erwähnen: - Druckfließläppen - Magnetabrasives Feinschleifen (MAF) - Hochdruckwasserstrahlen (HWS) und - Feinschleifen mit Ultraschall (US). Diese Verfahren werden zum Entgraten zum Teil nur in Forschungsinstituten praktiziert (MAF, US). Häufiger im industriellen Einsatz sind das Druckfließläppen und das Hochdruckwasserstrahl-Entgraten (in Reinigungsanlagen). Im Folgenden werden die Funktionsprinzipien und Verfahrensgrenzen der einzelnen Verfahren erläutert, soweit bekannt. 7.2 Druckfließläppen 7.2.1 Einleitung Das Druckfließläppen, auch als Strömungsschleifen bekannt, ist ein Verfahren der Oberflächenbearbeitung, bei dem Schleifkörper, die in eine Paste hoher Viskosität eingebettet sind, unter Druck mit einer vorgegebenen Frequenz in wechselnder Bearbeitungsrichtung ausgewählte Werkstückkonturen beaufschlagen. Das Druckfließläppen ist sowohl zum Bearbeiten von Außenals auch Innenflächen geeignet. Es wurde 1966 bis 1968 in den USA entwickelt und zur Fertigungsreife gebracht. Die verschiedenen Anlagentypen der zwei ursprünglichen amerikanischen Hersteller unterschieden sich nur geringfügig. Unterschiedlich waren die Arbeitsraumabmessungen, die Pastenvolumina von 1,5 bis 100 kg und vor allem die Druckbereiche bezüglich des Maximaldrucks von 34,5 und 110 bar. Heute werden Anlagen von einer US-amerikanischen und einer deutschen Firma gebaut und vertrieben. 136 <?page no="153"?> 7.2.2 Verfahren Bild 7.1 zeigt schematisch die wesentlichen Bestandteile einer Druckfließläppmaschine. Die Hauptelemente der Maschine sind die zwei axial fluchtenden Pastenzylinder. Diese sind hydraulisch betätigt und fördern die Paste durch eine Vorrichtung (in die das Werkstück eingespannt ist) in den anderen Pastenzylinder und zurück. Der einmalige Transport der Paste vom unteren in den oberen Zylinder und zurück wird im Folgenden als Zyklus bezeichnet. In der Praxis fallen ca. 1 bis 100 Zyklen je Charge an. Entsprechend der konkreten Aufgabe werden der Durchmesser der Pastenzylinder und das jeweilige Pastenvolumen festgelegt. Die Durchmesser liegen zwischen 60 und 500 mm. Zwischen den Zylindern befindet sich der eigentliche Arbeitsraum in dem die Vorrichtung und die Werkstücke aufgenommen werden. Um Vorrichtungen unterschiedlicher Dicke spannen zu können, ist die Öffnungsweite zwischen den Zylindern hydraulisch verstellbar. Bild 7.1: Prinzipdarstellung einer Druckfließläppanlage Eine Abwandlung hiervon ist die sogenannte Multiflow-Maschine, die über oben und unten je zwei Pastenzylinder verfügt. Damit können unabhängig voneinander zwei Teile gleichzeitig bearbeitet werden oder es ist bei einem Werkstück eine komplexe Arbeitsreihenfolge möglich. Im einfachsten Fall wird entweder das Werkstück direkt, sofern es über planparallele Oberflächen verfügt, oder in der Regel mit einer Vorrichtung in der Maschine gespannt. Auf jeden Fall muss zunächst die Maschine geöffnet werden. Das Werkstück oder die vorher mit einem oder mehreren Werkstücken bestückte Vorrichtung wird 137 <?page no="154"?> von Hand eingelegt und die Maschine ist nach dem Schließen startbereit. Diese Vorgehensweise kann natürlich nur bei Einzelstückbearbeitung oder Kleinserien wirtschaftlich sein. Für größere Serien stehen aber auch maschinelle Ausführungen zur Verfügung, die einen wirtschaftlichen Betrieb erlauben. Bei dem patentierten One-Way-Flow Prozess wird das Werkstück lediglich von einer Seite mit dem Medium durchdrungen und fließt dann frei über einen Trichter zu dem Bearbeitungszylinder zurück. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Serienproduktion, da insbesondere die Handhabungs- und Reinigungsaufgaben einfacher zu lösen sind. Das Bild 7.2 zeigt schematisch und im Foto den Pastenfluss. Bild 7.2: One-Way-Flow Prozess (Werkbilder Extrude Hone) In Bild 7.3 ist eine Maschine dargestellt, die mit einem Rundschalttisch ausgestattet ist. Bild 7.4 zeigt eine Sonderanlage mit Vorrichtungsbefülleinrichtung, Reinigungs- und Teileentnahmestation. Aus dem Werkstück ausströmende Paste Werkstück 138 <?page no="155"?> Bild 7.3: Anlage mit Rundschalttisch Bild 7.4: Sonderanlage mit manuellem Vorrichtungstransport, Vorrichtungsladestation, automatischer Reinigung und Teileentnahmestation. Werkbild Extrude Hone 139 <?page no="156"?> 7.2.3 Das Schleifmedium Paste Die Paste (Bild 7.6) besteht aus einem viskosen silikonhaltigen Polymer mit ca. 50 % Gewichtsanteilen Schleifmittel und wird normalerweise fertig gemischt beschafft. Alle üblichen Schleifmittel mit Körnungen von 16 bis 1200 kommen zum Einsatz, wobei sinnvollerweise ein Grundanteil an feinem Korn (z.B. 800) zugegeben wird, um die Klebrigkeit der Paste zu mindern. Als Schleifmittel kommen alle üblichen zum Bild 7.6: Schleifpaste Werkbild Extrude Hone Bild 7.5: Bedienungsseite einer Standardmaschine neuester Bauart 140 <?page no="157"?> Einsatz. Hier sind Aluminiumoxyd, Borcarbid zu nennen; aber auch Diamantpulver wird verwendet. Über die Viskosität der Paste kann auch gesteuert werden, ob eher ein Abtrag im Kantenbereich (Entgraten) oder eher ein Feinbearbeiten der Oberfläche gewünscht ist. Nach der Bearbeitung muss verbleibende Paste vom Werkstück entfernt und wieder dem Prozess zugeführt werden. Hierfür gibt es Ausblasaggregate, Waschmaschinen und andere Lösungen. Nichtsdestoweniger können je nach Werkstückform und Pastenkonfiguration Probleme entstehen. Besonders verbleibendes Silikon kann z.B. bei folgenden Rissprüfungen Schwierigkeiten verursachen. 7.2.4 Vorrichtungen Die Vorrichtungen dienen zum Spannen der Werkstücke und zum Steuern des Pastenflusses bzw. zum Schutz von Werkstückpartien durch Abdecken. Da die fließende Paste dem Weg des geringsten Widerstands folgt, ist es oft notwendig, Schikanen vorzusehen, durch die die Paste gezwungen wird, z.B. eine zu bearbeitende Kante zu umströmen. Die Vorrichtungen werden aus Aluminium, Polyamid, Polyurethan, Kunstharz, Stahl oder aus mehreren Werkstoffen gefertigt. Bild 7.7: 24fach Vorrichtung für Einspritzdüsen (Werkbild Extrude Hone) 141 <?page no="158"?> Kompliziert geformte große Bauteile können auch außerhalb der Maschine bearbeitet werden, indem die Paste über Rohr- oder Schlauchleitungen an die Bearbeitungsstelle geführt wird. Bild 7.8: Bearbeitungsvorrichtung für verschiedene Ventilbüchsen Die Bilder 7.3, 7.7 und 7.8 zeigen Beispiele von typischen Vorrichtungen. Bei Bild 7.3 handelt es sich um eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Bearbeiten der Innenräume von acht Zweitakt-Aluminium-Zylindern. Die Anlage ist mit einem Drehtisch ausgestattet, um gleichzeitig bearbeiten und be- und entladen zu können. In Bild 7.7 ist eine 24fach Vorrichtung für Einspritzdüsen abgebildet. Die Taktzeit beträgt ca. 4 Minuten. Bild 7.8 zeigt eine sehr einfach aufgebaute Vorrichtung für das Entgraten bzw. Verrunden der Bohrungsübergänge in Hydraulikventilbüchsen. Sie besteht aus einer Grundplatte, in die verschiedene Typen von Ventilbüchsen aufgenommen werden können. Komplettiert wird die Vorrichtung durch den Metallzylinder rechts oben im Bild, der auf die Grundplatte gesetzt wird und mit dem Abschlussdeckel eine Kammer bildet. Die Paste wird durch die Grundplatte in die Ventilbüchsen gepresst und strömt aus den Querbohrungen in den Metallzylinder und von dort durch den Deckel in den oberen Pastenzylinder der Maschine. Durch wechselnde Strömungsrichtung werden die Bohrungsübergänge außen und innen verrundet und die durchströmten Zonen geglättet. Die variablen Parameter des Verfahrens sind der Druck im Pastenzylinder, die Bearbeitungszeit analog zur Zahl der Bearbeitungszyklen, die Abrasivität der Paste und deren Viskosität in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur. Diese bewegt sich aufgrund der Reibungsverhältnisse üblicherweise zwischen 20 und 50 Grad Celsius. Werkbild Micro Technica 142 <?page no="159"?> Bild 7.9: Bearbeitungsergebnisse an einem hydraulischen Bauteil 7.2.5 Anwendungsbeispiele Das Druckfließläppen findet bislang hauptsächlich in folgenden Fertigungsbereichen Anwendung: - Düsen und Bauteile für Kraftstofftransport und -verwirbelung - Kreuzende Bohrungen in Pneumatik- oder Hydraulikbauteilen (Bild 7.9) - Endbearbeitung von Turbinen und Turbinenschaufeln (Bild 7.10) - Bauteile zum Transport nicht reißfester Werkstoffe wie Fäden oder Papier - Zahnflanken und Flächen von mit Gleitreibung beanspruchten Bauteilen - Zieh-, Schmiede- und andere Umformwerkzeuge - Polieren extrem dünner, langer Bohrungen, die mit anderen Verfahren nicht oder nur schwierig erreichbar sind - Entfernen der wiedererstarrten spröden Schicht (recast layer) nach dem (Bild 7.11) Funkenerosiven Bearbeiten, vorzugsweise in Innenbereichen, siehe Bild 7.12. 143 <?page no="160"?> Bild 7.10: Oberflächenkontur des Laufrades einer Turbine. Oben nach dem Fräsen, unten das gleiche Bauteil nach dem Druckfließläppen (Werkbilder Extrude Hone) 144 <?page no="161"?> Parameter: d B = 1 mm; l B = 2mm; Basispaste 240 Nmm; 20% SiC 800; n Z = 40; p P = 30 bar; HS 31 Bild 7.11: Glätten von funkenerosiv erzeugten Bohrungen Druckfließläppen kann heute, obwohl es nach wie vor zu den selten eingesetzten Entgratverfahren gehört, durchaus als eingeführte, erprobte Technik betrachtet werden. Interessierte Anwender können auf umfassende Erfahrung zurückgreifen. Ergänzend sei angeführt, dass zur Zeit in Indien ein Forschungsprojekt läuft, bei dem ein magnetisches Feld in der Vorrichtung den Schleifdruck verstärkt. Es kommt entsprechend ein magnetisches Schleifmittel zum Einsatz. Bei nicht ferro-magnetischen Werkstoffen wie Aluminium oder Messing konnte eine Verdoppelung des Abtrags bei ähnlichen Rauigkeitswerten erzielt werden. Am gleichen Institut wird ein Simulationsprogramm für das Verfahren entwickelt. Eine Abwandlung des Druckfließläppens verwendet als Schleifmittelträger anstelle der Paste Flüssigkeiten geringerer Viskosität, wie z.B. Öl. Dadurch können sehr kleine Bohrungen, z.B. von Einspritzdüsen, geglättet und feinentgratet werden. 145 <?page no="162"?> Ausgangszustand Bild 7.12: Entfernen des recast layer in einer funkenerosiv entstandenen Bohrung sowie Verrunden des Einlaufs der Bohrung 146 <?page no="163"?> 7.3 Magnetabrasives Feinschleifen Das magnetabrasive Feinschleifen (MAF) ist ein Verfahren zum Polieren und Entgraten von Werkstücken aus Werkstoffen aller Art. Das erste bekannte Patent wurde in den USA 1958 vorgestellt. Mit Verfahren zum magnetabrasiven Feinschleifen sind hauptsächlich rotationssymmetrische Werkstücke, ebene Platten, aber auch Werkstücke komplizierter Form im Schüttgut bearbeitbar. Bislang hat von den verschiedenen Varianten das gezielte Bearbeiten rotationssymmetrischer Werkstücke die größte Bedeutung. Eine Anordnung zur gezielten Bearbeitung besteht aus mehreren Elektro- oder Dauermagneten, zwischen deren Pole das zu bearbeitende Werkstück und ein magnetisches Schleifmittel eingebracht wird (Bild 7.13). Das Magnetfeld hat die Aufgabe, das ferromagnetische Schleifmittel im Arbeitsraum zu halten und an die Oberfläche des Werkstücks zu drücken. Durch den Abrieb des Werkstücks oder des Magneten entsteht eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Schleifmittel, die den eigentlichen Bearbeitungseffekt hervorruft. Die Werkstückgröße ist durch die Magnetfeldstärke begrenzt. Das Magnetfeld darf nicht abreißen. Dauermagnete sind sehr preiswert, weisen jedoch nur eine begrenzte Stärke auf und sind nicht einstellbar. Durch Umpolen des elektromagnetischen Feldes kann das Werkstück gegebenenfalls entmagnetisiert werden und das Schleifmittel fällt ab. Auch dies ist mit Dauermagneten nicht möglich. Bild 7.13: Magnetabrasives Feinschleifen eines zylindrischen Werkstücks Die speziellen magnetischen Schleifmittel sollen gute ferromagnetische und abrasive Eigenschaften besitzen. Zum einen können harte ferromagnetische Werkstoffe eingesetzt werden wie z.B. Hartgussgranulat oder Gussschrot, zum anderen aber im Eisen gesinterte Schleifmittel wie Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid. Solche gesinterten Schleifmittel sind in der BRD erhältlich. 147 <?page no="164"?> Bild 7.14: Einfluss der Polform auf das Bearbeitungsergebnis 148 <?page no="165"?> Wesentlich ist auch die Form des Schleifmittels für dessen Abrasivität. Längliche Schleifmittel richten sich im Magnetfeld aus und erlauben dadurch den Zugriff einer größeren Anzahl an Schneiden und den Einsatz der spitzeren Kanten. Neben Stärke des Magnetfeldes und Charakteristik des Schleifmittels spielt auch die Form der Magnetpole eine große Rolle. Bild 7.14. Zeigt einen Auszug aus einer japanischen Untersuchung. Für den Abstand vom Pol zum Werkstück gilt, dass dieser ungefähr dreibis achtmal so groß sein soll wie die Korngröße des Schleifmittels. Bild 7.15: Versuchsanlage des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart Nachdem in Bulgarien, der ehemaligen DDR, der UdSSR und in den USA erste Schritte zur Entwicklung dieses Verfahrens unternommen wurden, fanden weitergehende Untersuchungen in Japan und in der BRD im Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart (IPA) statt. Anscheinend wird jedoch zur Zeit nur in China an einer Methode mit flüssiger Schleifmittelsuspension gearbeitet sowie in Indien an einer Nutzung des Magnetfeldes zur Verstärkung des Druckfließläppens (siehe oben). 149 <?page no="166"?> Gegenwärtig bieten, soweit bekannt, zwei Firmen Maschinen für die Anwendung des magnetabrasiven Feinschleifens an. Dies ist einmal die japanische Firma Toyo Pritic in Tokyo und zum anderen die Firma KMM in Berlin. Die Firma Toyo ist jedoch in Deutschland nicht aktiv. Die Firma KMM liefert ca. seit dem Jahr 2000 Maschinen zum Entgraten und Feinschleifen hauptsächlich von Werkzeugen wie z.B. Sägeblättern, Fräsern, Gewindeschneidern, Bohrern und Schneidwerkzeugen. Die Maschinen sind preis-günstig, werkstatttauglich und arbeiten mit Permanentmagneten. Bild 7.16 zeigt einen Blick auf eine Rotations-Bearbeitungseinheit für Gewindebohrer. Die Streifen auf den Magneten zeigen das Schleifmittel. Der Verschleiß der Magnete ist gering. Bild 7.16: Blick in eine Bearbeitungseinrichtung zum Entgraten von Gewindeschneidern Bild 7.17: Lebensdauerkurven von Werkzeugen mit und ohne MAF-Behandlung (Quelle: KMM Oberflächenbearbeitung) Werkbild KMM, Berlin 150 <?page no="167"?> Die speziellen benötigten Schleifmittel können bei KMM bezogen werden. Eine Bearbeitung sowohl von magnetischen als auch von nichtmagnetischen Werkstücken ist möglich. Im Verhältnis zu konventionell hergestellten Werkzeugen wiesen mit magnetabrasivem Feinschleifen bearbeitete Werkstücke eine zweibis dreimal so hohe Lebensdauer auf (Bild 7.17). Zeitweilig wurden in Deutschland bulgarische Maschinen und Schleifmittel für dieses Verfahren angeboten. Von einem aktiven Vertrieb in Deutschland ist jedoch nichts bekannt, desgleichen nicht von erfolgreichen Anwendungen in der BRD. Bild 7.15 zeigt das Schema der Versuchsanlage im IPA in Stuttgart. Mit numerischer Pol-Verstellung können auch unregelmäßig geformte rotationszylindrische Teile bearbeitet werden, die nicht zylindrisch sind. In einer weiteren Untersuchung am IPA wurde auch die Eignung des magnetabrasiven Feinschleifens für das Entgraten kreuzender Bohrungen festgestellt. Allerdings ist bei der in Bild 7.18 dargestellten Methode der Abtrag nur gering. Es ist jedoch anzumerken, dass das Verfahren keineswegs zur Reife gebracht wurde. Der kleinste bearbeitbare Durchmesser der Bohrung ist auf ca. 6 bis 8 mm begrenzt. Die Anlagentechnik ist sehr einfach und patentrechtlich geschützt. Bild 7.18: Entgraten kreuzender Bohrungen nach einem Patent des Fraunhofer- Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart 151 <?page no="168"?> Wie oben beschrieben, ist die wichtigste industrielle Anwendung das ungezielte Bearbeiten im Schüttgut. Dort werden die Werkstücke zusammen mit einem ferromagnetischen Schleifmittel in einen nichtferromagnetischen und elektrisch nichtleitenden Behälter eingebracht und einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Das Wechselfeld verwirbelt das Schleifmittel, wodurch die Bearbeitung ausgelöst wird. Dem Schleifmittel kann Flüssigkeit beigefügt werden, um Staub zu binden oder den Bearbeitungseffekt zu verstärken. Die Siemens AG hatte bereits früh ein Patent auf dieses Verfahren, über eine Nutzung ist jedoch nichts bekannt und wie oben ausgeführt, sind entsprechende Anlagen nur in Japan erhältlich. Wie sich die Abtragsraten im Vergleich zum Trommelgleitschleifen oder elektrochemischen Badentgraten verhalten, ist ebenfalls nicht bekannt. Ein möglicherweise wichtiger Aspekt des Einsatzes des magnetabrasiven Feinschleifens ist dessen Eignung zum Schleifen von Werkstoffen, die mit anderen Verfahren eventuell schwieriger zu bearbeiten sind wie z.B. Gummi, Glas oder Keramik. Überlegungen zum Einsatz dieses Verfahrens steht jedoch für viele Aufgaben ein ausgeprägter Kenntnismangel über Abtragsraten, Bearbeitungskosten usw. entgegen. 7.4 Hochdruckwasserstrahlen Steter Tropfen höhlt den Stein, das ist bekannt. Jedoch ist dieser Prozess für eine industrielle Nutzung zu langwierig. Wie man das preiswerte Werkzeug Wasser trotzdem nutzen könnte, darüber hat man sich in den letzten hundert Jahren häufig den Kopf zerbrochen. Der gangbare Weg war eigentlich schnell gefunden, wenn auch nicht einfach umsetzbar, der Druck musste erhöht werden. Ein Wasserstrahl, der mit hoher Energie auf ein Werkstück aufprallt, kann natürlich keine definierte Fase oder Kantenrundung erzeugen. Er verfügt aber über zwei Abtragsmethoden: - Abbrechen des Grates an der dünnsten zur Verfügung stehenden Stelle am Grat oder - erosives Abtragen. Während das Abbrechen des Grates nahezu blitzartig vonstatten geht, sofern der Grat abbrechbar ist, benötigt das erosive Abtragen mehr Zeit und der Bearbeitungserfolg ist undefiniert. Der normalerweise gewünschte und sinnvolle Abtragseffekt ist also das Abbrechen. Das Erfüllen des Wunsches nach Abbrechen des Grates bedingt zum einen, dass der Grat quer zu seiner Oberfläche beaufschlagt wird, dass er nicht so duktil ist, dass er nur umgebogen wird und dass mögliche stabile Restgrate nicht stören. Häufig ist die Anforderung an das Entgratergebnis, dass nach dem Entgraten nichts mehr abbrechen darf. Die Entgratwirkung kann durch Beimengung von Abrasivstoffen gesteigert werden. Aufgrund der hohen Verschmutzung der Anlagen, des gesteigerten Düsenverschleißes und der schwierigen Reinigung des Wassers für Umlaufbetrieb wird man in der Regel aber versuchen, diesen Weg zu vermeiden. Wenn heute von Hochdruckwasserstrahlen die Rede ist, können zwei unterschiedliche Wege begangen werden, die eine unterschiedliche Maschinen-technik erfordern aber auch für unterschiedliche Aufgaben tauglich sind: 152 <?page no="169"?> - sehr hoher Druck mit geringer Durchflussmenge, im folgenden Jet Cutting genannt und - hoher Druck bei großer Durchflussmenge, im folgendem Hochdruckwasserstrahlen genannt. Die meisten Anlagen, die bisher mit Hochdruckwasser arbeiten gehören zur Kategorie des Hochdruckwasserstrahlens und nicht zum Jet Cutting. In der Regel findet ein Druck bis zu 1000 bar Verwendung und das Wasser ist nicht mit abrasiven Stoffen angereichert. Die Pumpentechnik wurde ursprünglich für Reinigungszwecke entwickelt. Es handelt sich dabei hauptsächlich um Plungerpumpen. Bevor jedoch auf diese Technik und deren Anwendung eingegangen wird, soll das Jet Cutting näher beleuchtet werden. Bei Werkstoffen, wie z.B. Aluminium, kommt es sehr schnell zu erosiv erzeugten Abtragsmarken, die in der Regel unerwünscht und unzulässig sind. Der für das Jet Cutting erforderliche Druck von bis zu 4000 bar wird überwiegend mit zweistufigen Pumpsystemen mit Druckübersetzerpumpen erzeugt. Infolge der kleinen Querschnitte der Pumpen auf der Hochdruckseite ergeben sich die charakteristischen niedrigen Durchflussmengen. Typisch sind z.B. Werte von 4 l/ min bei 4000 bar und Düsendurchmesser von 0,1 bis 0,5 mm. Die Entgratleistungen bei Metall sind jedoch gering und es muss sehr genau gezielt werden. Entgratproblem: Entgratet durch Hochdruckwasserstrahlen: Parameter: Pumpendruck : p = 700 bar Grat durch Gewindeschneiden in Räumnuten Düse : 2 x d = 1,7 mm Werkstoff: Stahl X 12 Cr Mo S 17 Arbeitsabstand : a = 2,8 mm Werkstückdrehzahl: n = 12 min -1 (2 Umdrehungen) Bild 7.19: Entfernen eines feinwerktechnischen Gewindeschneidgrates Hoffnungen auf Strahlverstärkung durch oszillierendes Strahlen oder Strahlunterbrechung oder auch Beimengung von nichtabrasiven Medien zur Verstärkung des Aufpralls des Strahls führten nicht zur Verbesserung. Auch die Hoffnung, z.B. Gussgrate mit abrasiven Zuschlägen abschneiden zu können, erfüllten sich nicht aufgrund niedriger Bearbeitungsgeschwindigkeiten. 153 <?page no="170"?> Ein Sonderfall ist das so genannte Besäumen von glasfaserverstärkten Kunststoffen. Das Abtrennen von Überständen nach dem Laminieren mit Hochdruckwasserstrahlen ist bewährt und weit verbreitet. Ein Nebeneffekt des Schneidens mit Jet Cutting ist das gratfreie Schneiden spezieller schwierig zu trennender Werkstoffe. Hierzu gehören Wellpappe, Schaumstoffe und andere weiche Materialien, die zum Verquetschen neigen. In der Folge wird nur noch auf das oben definierte Hochdruckwasserstrahlen eingegangen. Die zugehörige Pumpentechnik mit hohen Drücken ist bewährt und wurde tausendfach, vor allem für Reinigungszwecke eingesetzt. Von der sehr großen Zahl marktüblicher Pumpen kommen nur solche zum Entgraten in Frage, die eine Durchflussmenge von mindestens 20 l/ min mit mindestens 200 bar fördern können. Diese Werte reichen jedoch nicht für metallische Grate, aber z.B. können Duroplast-Teile so kostengünstig entgratet werden. Es kommen Drei- oder Fünfkolbenpumpen, sog. Plungerpumpen zum Einsatz. Die Pumpen werden üblicherweise mit Elektromotoren angetrieben, ein Antrieb mit Dieselmotor ist ebenfalls möglich. Bild 7.20: Düsenbauarten für Reinigungsanlagen; Nr. 1 - vorwärtsstrahlende Düsen, Nr. 2 - rückwärtsstrahlende Düsen, Nr. 3 und 4 - vorwärts- und rückwärtsstrahlende Düse, Nr. 5 und 6 - selbsttätig rotierende Düse, vorwärtsstrahlend, (alle WOMA- Apparatebau), Nr. 7 und 8 - Sonderdüsen mit seitlichem fächerförmigen Strahlaustritt in Vierschlitzbauweise bzw. Zweischlitzbauweise Eine typische Entgratanlage, auch für metallische Werkstücke benötigt 600 bis 1000 bar bei einem Düsendurchmesser von 1 bis 4 mm. Bei z.B. 700 bar und 125 l/ min Fördermenge beträgt die elektrische Anschlussleistung ca. 110 kW. 154 <?page no="171"?> Die Düsen für das Entgraten können nahezu beliebig geformt werden, um der jeweiligen Entgrataufgabe optimal gerecht zu werden (Bild 7.20). Es gibt Düsen mit geradlinigem Austritt nach vorne, aber auch schräg nach hinten und/ oder nach vorne. Handelsübliche Rohrreinigungsdüsen zeichnen sich durch Austrittsöffnungen in z.T. mehreren unterschiedlichen Strahlrichtungen aus. Die Anforderung der Düsenöffnungen ist aufgrund des jeweiligen konkreten Verwendungszwecks zu erklären. In der Regel weisen die Düsen eine zentrale Bohrung zum Lösen von Verschmutzungen in Rohrmitte auf. Schräg nach vorne außen weisende Strahlen dienen der Reinigung der Rohrinnenwand, während schräg nach hinten weisende Strahlen diesen Effekt unterstützen und den Transport von Düse und Zuleitung im Rohr erleichtern (Bild 720, Nr. 3 und 4). Die Verwendung solcher Düsen zum Entgraten basiert auf der Überlegung, mit den radialen Strahlen Kanten zu beaufschlagen und mit der zentralen Bohrung Sacklöcher zu reinigen. Die Bilder 7.20, Nr. 7 und 8 zeigen zwei Sonderdüsen mit 2 bzw. 4 rechteckigen Austrittsöffnungen. Die Zweifach-Flachstrahldüse dient dem Entgraten von rechtwinklig zur Rotationsachse liegenden Querbohrungen oder innenliegenden Kanten bei Werkstückdrehung, während die Vierfach-Flachstrahldüse zum Überstreichen von Querbohrungen ohne Werkstückdrehung geeignet ist. Eine weitere Möglichkeit zur gezielten Strahlbildung ist die Verwendung von Ringstrahldüsen. Sehr beliebt sind rotierende Düsen, die durch den Wasserstrahl selbst angetrieben werden, da diese nicht so genau zielen müssen und den Grat gepulst beaufschlagen. a) entgratete Querbohrung b) Ausscnitt aus a Pumpendruck: 400 bar Entgratzeit: 1 Sekunde Abrasivmittel: Glasbruch Werkstoff: AlSi 12 Bild 7.21: Entgraten kreuzender Bohrungen mit Strahlmittelzuschlägen Die ersten in mehreren amerikanischen und englischen Quellen bekanntgewordenen Bearbeitungsbeispiele zum Hochdruckwasserstrahl-Entgraten in der industriellen Fertigung waren Schaltschiebergehäuse für Automatikgetriebe aus Aluminium- Druckguss. Nach dem Einebnen der Dichtflächen konnten die beim Fräsen entstandenen feinen Grate mit einer Flachstrahldüse schnell und kostengünstig entfernt werden. Das Entgraten dieser Teile mit Hochdruckwasserstrahl ist auch heute noch Stand der Technik. 155 <?page no="172"?> Bearbeitungsbeispiele, die im Rahmen eines Forschungsprojekts des IPA erarbeitet wurden, waren z.B. ein flaches Leichtmetallwerkstück, in welches mehrere feinwerktechnisch kleine Gewinde M2 in Durchgangs- und Sackbohrungen eingebracht waren. Die Gewinde waren spanlos geformt, wodurch sich am Kerndurchmesser der Gewindegänge feine Grate ergaben (Bild 7.23). Es mussten alle Grate entfernt werden, ohne die Oberflächenbeschaffenheit der Gewindeflanken zu beeinträchtigen. Die Werkstücke wurden so eingespannt, dass die Bohrungsachse mit der Strahlmitte identisch war. Ein anderes Beispiel für das Entfernen von Graten an feinwerktechnischen Teilen zeigt Bild 7.19. Dort werden in Räumnuten Gewindeschneidgrate aufgeworfen und entfernt. Bei der Gestaltung des Entgratprozesses ist es wichtig zu berücksichtigen, dass das Wasser an der Entgratstelle auch auftreffen und fließen kann. Der Grat wird z.B. bei kreuzenden Bohrungen oft nicht vom eintretenden Wasser abgerissen, sondern vom rückströmenden Wasser. Flittergrate an Oberflächen werden auch einfach mit Flachstrahldüsen entfernt. Bild 7.22: Entgraten von Steuerkanten eines Hydraulikventils aus GGG durch Hochdruckwasserstrahlen (links vorher und rechts nachher). Bohrungsdurchmesser ca. 10 mm. (Werkbilder: Piller Entgrattechnik) In den letzten ca. 15 Jahren befassten sich zunehmend Maschinenbauer damit, Handhabungseinrichtungen für Düse und Werkstück zu entwickeln. Hierbei handelte es sich zunächst um sehr einfache Einrichtungen mit handgeführten Düsenlanzen und kleinen Schaulöchern. Bei den nötigen hohen Drücken funktionierte das schnell nicht mehr und nicht zuletzt aufgrund des starken Interesses der Automobilindustrie an diesem Verfahren, steht heute eine breite Palette von Maschinen zur Verfügung, die allen Automatisierungswünschen gerecht werden können. 156 <?page no="173"?> a) Flittergrat am Gewindeeinlauf b) zwei Flittergrate zwischen den Gewindegängen Werkstoff: Aluminium Al Mg Si 1 c) Flittergrat und festsitzender Span d) umgebogener Grat am Gewindeauslauf Gewindedurchmesser : 2 mm Gewindelänge : 5 mm Bild 7.23: Flittergrate in einem geformten Gewinde, die ohne Probleme mit Hochdruckwasserstrahlen entfernt werden können 157 <?page no="174"?> Bild 7.24: Hochdruckreinigungs- und Entgratsystem für Klein- und Mittelbetriebe (Werkbild MARKERT) Bild 7.25: Automatisches Düsenwechselsystem mit 6 Aufnahmeplätzen Die einfache werkstatttaugliche Maschine ist schon längst Stand der Technik mit Wasseraufbereitung und allem Zubehör. Vollgekapselte Standardmaschinen mit mehreren NC-Achsen stehen zur Verfügung (Bild 7.24 und 7.26), aber auch solche mit Rundtakttisch, zum mehrstufigen Bearbeiten und Abblasen (Bild 7.27). Der Son- Werkbild MARKERT 158 <?page no="175"?> dermaschinenbau bietet aber auch maßgeschneiderte Lösungen mit Industrieroboter, Trockenkammer und anderen Sonderwünschen. Bild 7.26: Hochdruckreinigungs- und Entgratsystem für aufwändige Reinigungs- und Entgratoperationen Bild 7.27: Arbeitsraum mit eingeschwenktem Werkstückträger Werkbild Piller Entgrattechnik 159 <?page no="176"?> Bild 7.24 zeigt eine Hochdruckreinigungs- und Entgratmaschine, die für wiederkehrende Einzelteile und Kleinserien konzipiert wurde. Sie ist deshalb auch für Klein- und Mittelbetriebe wie auch für den Musterbau wirtschaftlich einsetzbar. Eine Besonderheit ist das automatische Düsenwechselsystem (Bild 7.25), die das ermöglicht. Ähnlich einem Bearbeitungszentrum können verschiedene Düsen in einem Magazin im Arbeitsraum deponiert werden. Die im Bild ebenfalls zu sehende vertikal verfahrbare Hochdruckpinole ist auf einem Kreuzschlitten montiert und kann somit jede Position im Arbeitsraum anfahren. Optional ist auch eine Z-Achse möglich. Durch Zurüstteile kann die Anlage auch zur vollautomatischen Produktionsanlage für den Mehrschichtbetrieb, auch mit automatischen Beladesystemen erweitert werden [1]. Eine Dimension größer ist die in Bild 7.26 dargestellte Anlage, auf der auch komplizierteste Werkstücke entgratet werden können. Einen Einblick in den Arbeitsraum gibt das Bild 7.27. An der rechten Seite ist ein an der Z-Achse befestigter Düsenträger zu sehen, der sich gerade in der Endlage befindet. Der Werkstückträger, auf dem die Teile gespannt und positioniert werden, ist auf einem NC-gesteuerten Bearbeitungsdrehtisch befestigt, der auch mit bis zu 400 U/ min rotieren kann. Dadurch ist ein flächiges Abwaschen oder Abschleudern von Flüssigkeit möglich. Die Werkstücke werden auf dem Werkstückträger pneumatisch gespannt. Dafür ist eine 4-Wege Drehdurchführung im Bearbeitungstisch installiert. Bild 7.28: Z-Achse mit Düsenträgerplatte und zurückgefahrener Düsenlanze Interessant ist auch die Möglichkeit, ein bis zwei zusätzliche Z-Achsen an die Y- Achse zu koppeln. Das Bild 7.28 zeigt eine auf einer Z-Achse montierte Düsenträgerplatte mit vier starren und drei auf einem rotierenden Träger befestigten Düsen. Werkbild Piller Entgrattechnik 160 <?page no="177"?> Links davon ist eine der zusätzlichen Z-Achsen zu sehen, die sich in der Endlage befindet und eine lange Lanzendüse trägt. Könnte diese Lanzendüse nicht so weit zurückgefahren werden, würde es bei sperrigen Werkstücken beim Verfahren der Z- Achse zu Kollisionen kommen. Rechts vom Düsenträger ist die Abdeckung für einen dritten Achsenplatz zu erkennen. Die Belegung mit einer dritten Z-Achse kann interessant sein, wenn noch Zusatzoperationen, wie z.B. ein Vorentgraten bei starker Gratbildung notwendig wird. Bei den Anlagen zum Hochdruckwasserstrahl-Entgraten müssen bezüglich der Werkstückhandhabung wegen der hohen Gesamtdruckkräfte der Strahlen besondere Anforderungen gestellt werden. Z.B. müssen die Werkstücke fest eingespannt und positioniert werden. Bild 7.29: Spindel mit Düseneinheit im Arbeitsraum eines Mehrspindeldrehautomaten Seit einigen Jahren wird auch die Idee verfolgt, den Grat direkt am Ort des Geschehens zu bekämpfen. In Japan wurde bereits vor ca. 12 Jahren von der Firma Sugino das Hochdruckwasserstrahlen mit Kühlschmieremulsionen in eine Rundtakt- Zerspanungsmaschine integriert. In Deutschland bietet eine Firma Lösungen an, bei denen mit Schneidöl in Drehautomaten entgratet wird. Gerade bei Massenteilen aus Drehautomaten ist es zu teuer, die Teile später erneut zu vereinzeln, zu orientieren und zu spannen, um sie dann entgraten zu können. Hier führte diese wirtschaftliche Arbeitsweise bereits zu hohem Interesse und etlichen industriellen Anwendungen. Werkbild Piller Entgrattechnik 161 <?page no="178"?> Ausgangsgrat: Entgratet durch Entgratet durch Hochdruck- Entgratet durch elektro- Nass-Strahlspanen: wasserstrahlen mit chemisches Badentgraten: Schleifmittel: Bohrgrat Strahlmittel: Korund (70) Strahlmittel: Glasbruch (100) Elektrolyt: Poligrat E240 Werkstoff: Stahl Druck: 4,2 bar Druck: 350 bar Temperatur: 53°C Düse: d = 8,0 mm Abstand: 150 mm Dichte: 1,72 g/ cm 3 Abstand: 100 mm Strahlzeit: 5 s Stromdichte: 40 A/ dm 2 Vorschubgeschwindigkeit: Zeit: 10 min 0,5 m/ min (4fach gestrahlt) Bild 7.30: Verfahrensvergleich des Hochdruckwasserstrahlens mit dem Nass-Strahlspanen und dem elektrochemischen Badentgraten 162 <?page no="179"?> Seit 1982 wird die Zugabe abrasiver Medien beim Hochdruckwasserstrahlen für das Entgraten ausprobiert und auch praktiziert. Durch die hohe Geschwindigkeit des Wasserstrahlens wird das Strahlmittel stark beschleunigt und dessen Abtragswirkung verstärkt. Das Oberflächenbild ähnelt sehr demjenigen des üblichen Strahlens. Allerdings ist die Oberfläche rauer und die Abtragsgeschwindigkeit um ein Vielfaches höher. In Bild 7.30 ist das abrasiv unterstützte Hochdruckwasserstrahlen anderen Verfahren gegenüber gestellt. Die vergleichsweise raue Oberfläche war im vorliegenden Fall erwünscht, um eine bessere Verzahnung bei der nachfolgenden Beschichtung zu erreichen. Deutlich sind die Kerben aufgrund des Aufschlags der Körner zu sehen. Auch gehärteter Stahl kann so bearbeitet werden. Das Hochdruckwasserstrahlen hat in der Variante bis zu ca. 1000 bar mittlerweile einen festen Platz in der Entgratwelt erobert und ist aus der industriellen Praxis nicht mehr wegzudenken. Voraussetzung für den Erfolg ist jedoch ein intensives Nachdenken über Gratlagen und Gratgrößen. Hier hilft auch eine Steuerung der Gratgrößen durch Schneiden- und Zerspanungsprozessgestaltung dann mit, wenn erreicht werden kann, dass der Grat in der Nähe des Gratfußes eine Schwachstelle hat, damit er leicht abbricht. Anmerkung: Im Kapitel 13 ist eine Applikation des Hochdruckwasserstrahl-Entgratens auf Roboterbasis beschrieben. 163 <?page no="180"?> 7.5 Feinschleifen mit Ultraschall Der Ultraschallbereich beginnt frequenzmäßig bei 20 kHz, und liegt damit außerhalb des menschlichen Hörbereichs. Die obere Grenze der bislang erzeugten Ultraschwingungen liegt bei ca. 10 6 kHz. Ultraschwingungen werden folgendermaßen erzeugt: - magnetostriktiv: Hierbei wird die Längenausdehnung ferromagnetischer Stoffe durch Einwirken der magnetischen Feldstärke ausgenutzt. Durch den dabei entstehenden Induktionseffekt im Wandler ist eine Kühlung notwendig. - piezoelektrisch: Hierbei wird die Längenausdehnung eines Piezokristalls durch elektrische Erregung ausgenützt. Ein Nachteil hierbei ist, dass nur geringe Amplituden erzeugt werden, die jedoch mittels einer Sonotrode verstärkt werden können. Beim gezielten Bearbeiten mit Ultraschall wird das Werkzeug, bestehend aus einer Sonotrode mit Schleifmittelversorgung, in Ultraschallschwingungen versetzt (Bild 7.31). Der Vorgang entspricht dem Ultraschallbohren. Der Entgrateffekt entsteht durch Ausbrechen von Werkstoff durch Ermüdung mittels Hämmerwirkung und dem Umströmen der Grate mit Schleifmittel. Vorzugsweise harte und spröde Werkstoffe können bearbeitet werden. Die Schleifmittelsuspension wird im Kreislauf geführt. Industrielle Anwendungen sind nicht bekannt. Bild 7.32 zeigt Ergebnisse von im IPA durchgeführten Versuchen an kreuzenden Bohrungen. Bei der ungezielten Bearbeitung mit Ultraschall wird das Werkstück in einen Behälter mit Schleifmittel getaucht, wobei der Behälter mittels einer Sonotrode in Schwingungen versetzt wird. Die Bearbeitung entspricht somit im Wesentlichen dem Reinigen mit Ultraschall. Jedoch kann der genaue Versuchsaufbau den verschiedenen veröffentlichten Untersuchungen nicht entnommen werden. Nach eigenen Erfahrungen bei Verwendung einer Schleifpaste ist mit hohen Bearbeitungszeiten zu rechnen, vermutlich aufgrund der geringen Anpresskräfte, zumal es schwierig ist, Schleifmittel in Wasser in der Schwebe zu halten aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte. Das Verfahren kann jedoch noch weitergehend optimiert werden. Bild 7.33 zeigt ein Versuchsergebnis, wobei mit einer Mischung aus Glyzerin, Wasser und Schleifmitteln einer Größe von etwa 5 Mikrometern gearbeitet wurde. Die gleiche Quelle berichtet jedoch auch von wesentlich besseren Ergebnissen bei Zugabe von chemisch aktiven Zusätzen. Die Ultraschallwirkung kann zusätzlich chemisch verstärkt werden. Aber auch dann ist die Entgratleistung nicht sehr hoch und mehr auf feinwerktechnische Anwendungen begrenzt. Bei der Untersuchung nach Bild 7.33 wurde jedoch mehr Wert auf das gleichzeitige Verbessern der Oberflächenqualität gelegt. 164 <?page no="181"?> Bild 7.31: Systemkomponenten beim Ultraschallschneiden 165 <?page no="182"?> Bild 7.32: Bohrungen vor und nach der gezielten Ultraschallbearbeitung Bild 7.33: Abhängigkeit der Höhe des Grates (Restgrat) von der Bearbeitungszeit, (WISU-Bericht Nr. 91130) Ähnlich dem Druckfließläppen arbeitet auch dieses Verfahren nicht formgebunden, so dass es sich trotz der hohen Bearbeitungszeit für kompliziert geformte Bauteile eignen könnte. 166 <?page no="183"?> Bild 7.34: Werkstoffabtrag bei der ungezielten Ultraschallbearbeitung mit chemischer Unterstützung 167 <?page no="184"?> 8 Mechanisches Entgraten (allgemein) Rainer Maier Unter „Mechanischem Entgraten“ versteht man den Einsatz von direkt angetriebenen Werkzeugen, die die Abtrags- und Zerspanungsarbeit beim Entgraten übernehmen. Dabei werden sowohl Werkzeuge mit geometrisch bestimmter als auch unbestimmter Schneide eingesetzt. Das mechanische Entgraten ist sicher die am häufigsten eingesetzte Entgrattechnik, wenn man die nicht automatisierten Arbeitsabläufe (Handentgratoperationen) mit betrachtet. Einzelteile und Kleinserien können heute auf flexiblen Werkzeugmaschinen problemlos und wirtschaftlich hergestellt werden. Für dieses Teilespektrum gibt es aber oft keine adäquate Problemlösung auf der Basis eines automatisch arbeitenden Entgratverfahrens. Deshalb werden in der Metall verarbeitenden Industrie noch heute, auch in der Serienfertigung, Werkstücke an einer Vielzahl von Handentgratarbeitsplätzen mechanisch entgratet. Häufig auch deshalb, weil bereits fertige Oberflächen oder enge Toleranzen den Einsatz ungezielt wirkender Entgratverfahren verbieten oder wirtschaftliche Gründe dafür vorliegen. Es ist darum sinnvoll, zu überprüfen, ob und wann maschinelle Problemlösungen auf der Basis des mechanischen Entgratens eingesetzt werden können. Sehr vorteilhaft ist, dass sich das mechanische Entgraten problemlos in Bearbeitungslinien integrieren lässt. Ziel ist es dabei: das Entgratergebnis den heutigen Forderungen nach Prozesssicherheit anzupassen, in dem es von der Sorgfalt und dem Leistungsvermögen des einzelnen Werkers unabhängig gemacht wird. durch Rationalisierung die Kosten für das Endprodukt zu senken, um damit konkurrenzfähig zu bleiben. die Entgratarbeitsplätze zu automatisieren, die vor allem dadurch gekennzeichnet sind, dass sie den Werker durch Schmutz, Geräuschemissionen, Handling der Werkstücke und das Führen der Werkzeuge unangemessen belasten. die Produktivität durch den Einsatz von leistungsfähigen Entgratmaschinen (und damit kurzen Taktzeiten) zu erhöhen. den Platzbedarf zu verringern. Durch das mechanische Entgraten wird eine breite Palette von Entgrataufgaben abgedeckt. Dies bezieht sich sowohl auf die Auswahl der Werkstücke als auch auf die Werkstoffspezifikationen. Als Faustformel gilt: Alles, was sich spanabhebend bearbeiten lässt, kann auch mechanisch entgratet werden. 168 <?page no="185"?> Bearbeitungsverfahren zum Entgraten: Beim mechanischen Entgraten werden das Bürsten, Schleifen, Fräsen, Feilen, Schaben, Hacken und die entsprechenden Varianten und Abwandlungen dieser Bearbeitungsverfahren eingesetzt. Abhängig von der Entgrataufgabe kommen dabei die Bearbeitungsverfahren einzeln oder auch in Kombination zum Einsatz, um den Grat zu entfernen bzw. die geforderte Kantengeometrie zu erzeugen. Dies sei an einem Beispiel kurz erläutert: Der beim Abwälzfräsen entstandene starke Grat an einem Zahnrad, wird zuerst durch eine Feilscheibe gebrochen. Die nachfolgende Operation mit einem Pendelschleifer entfernt den Gratfuß und erzeugt dabei eine leichte Fase. Der dabei entstandene Sekundärgrat wird in einer letzten Operation durch Bürstentgraten beseitigt. Zusatznutzen durch ergänzende Anwendungen Zu den ergänzenden Anwendungen, die auf den gleichen oder ähnlichen Werkzeug- und Bearbeitungsprinzipien beruhen und zum Teil sogar bewusst als Nebeneffekt genutzt werden, sind zu nennen: das Entfernen von Rost, Zunderschichten, Schmutz, Farbe, Gummierungen und sonstigen anhaftenden Partikeln das Erzeugen von Dekoren und bestimmten Strukturierungen das Erhöhen des Traganteils an Oberflächen z.B. an Zylinderlaufbahnen, Nockenwellen, etc. das Polieren oder Aufrauen von Oberflächen z.B. für Klebeverbindungen, an Dichtflächen, etc. das Polieren von Bauteilen zur Herstellung hochgenauer technischer Oberflächen das Gussputzen, d.h. das Verschleifen und Versäubern von Gussnähten. In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Verfahren näher beschrieben, wobei verstärkt auf das Bürstentgraten eingegangen wird, da es durch seine Vielseitigkeit und Flexibilität beim mechanischen Entgraten eine Vorrangstellung einnimmt. 169 <?page no="186"?> 9 Bürsten-Forschungsergebnisse zu einem alten Fertigungsverfahren Klaus Przyklenk 9.1 Einleitung Thema dieses Textes sind Metalldraht besetzte Rund- und Walzenbürsten, wie sie industriell in großen Mengen Verwendung finden. Das Bürsten wurde früher hauptsächlich manuell, z.B. in Winkelschleifern eingesetzt. Für den zunehmenden automatisierten Einsatz, z.B. mit Industrierobotern, ist dieses Verfahren aufgrund seiner Flexibilität ausgezeichnet geeignet. Um die Bürste jedoch richtig zu verwenden, muss sie als Werkzeug betrachtet werden, wie dies auch bei anderen Werkzeugen wie z.B. dem Drehmeißel oder dem Bohrer der Fall ist. So sind in diesem Zusammenhang einige Fragen zu klären wie z.B. folgende: - Wie trägt die Bürste ab? - Erzeugt sie Späne? - Wie sieht die Schneide der Bürste aus? - Was kann gegen Verschleiß getan werden? Bild 9.1: Stahldrahtbürsten mit unterschiedlich versteiftem Besatz. Von links: Stahldraht gewellt, verseilt (Litze), verzopft und kunststoffgebunden 170 <?page no="187"?> Im Folgendem wird von Untersuchungsergebnissen berichtet, die am IPA mit Bürsten, wie hier in Bild 9.1 dargestellt, gewonnen wurden. Untersucht wurden die gewellte, die verzopfte, die verseilte und die in Kunststoff gebundene Stahldrahtbürste. Einzelversuche fanden mit einer einzigen Borste statt. 9.2 Wie trägt die Bürste ab? Da die Borste stets über einen negativen Spanwinkel verfügt, wird die Borste in der Regel nicht spanabhebend arbeiten, wie z.B. die Verfahren Drehen oder Fräsen. Die Borste versucht, in den Werkstoff eine Rille einzubringen, indem sie den Werkstoff elastisch verformt. Durch den häufigen Eingriff einer Vielzahl von Borsten wird der Werkstoff ermüden, und es brechen einzelne Partikel aus. Harte Werkstoffe erlauben nicht das Erzeugen einer Rille. In diesem Fall werden Oberflächenrauigkeiten verschoben, wodurch nahezu ohne Materialabtrag trotzdem ein Strichbild auf der Oberfläche entsteht. Bei duktilen weichen Werkstoffen dagegen kommt es sogar zur Gratbildung am Rand der Rille (Bild 9.2). Der Grat wird von nachfolgenden Borsten leicht abgebrochen. Entscheidend für die Größenordnung des Materialabtrags ist jedoch der Verschleiß der Bürste. Eingriffsrichtung Bild 9.2: Beispiel für die Gratbildung durch den Eingriff der Einzelborste 9.3 Wie verschleißt die Borste? Hier ist nicht die Durchmesseränderung der Bürste entscheidend, obwohl sich diese über die Steifigkeit des Werkzeugs ebenfalls auf den Abtrag auswirkt, sondern das Einpendeln einer Schneidengeometrie an der Borstenspitze. Ausgehend von einer im Idealfall rechtwinklig zur Borstenmantelfläche stehenden Stirnfläche bilden sich rasch zwei Verschleißflächen aus, von denen eine an der Vor- Parameter: Werkstoff Ms 58 Borstendurchmesser d B = 0,5 mm Bürstendurchmesser d W = 200 mm Besatzlänge l B = 10 mm Drehzahl n = 2000 1/ min Zustellung a = 0,5 mm Rillenzahl N R = 106 171 <?page no="188"?> der- und eine an der Rückseite der Borstenspitze liegt, betrachtet in der Rotationsebene (Bild 9.3). Diese Flächen sind entweder leicht gewölbt oder eben. Bild 9.3: Verschleißkenngrößen an der Borste in Rotationsrichtung unter der vereinfachten Annahme eines jeweilig geraden Verschleißprofils In Bild 9.4 ist dieser Einfluss in Abhängigkeit von der Borstenlänge zu sehen. Je größer diese ist, desto flacher sind die Winkel der Verschleißflächen. Dies bedeutet, dass der Keilwinkel bis zu ca. 130 Grad ansteigt und dass der Freiwinkel zu Null wird. Die Borste sitzt also flächig auf der Werkstückoberfläche auf, was sich ebenfalls ungünstig auf das Abtragverhalten auswirkt. Die zum Nachschärfen der Bürste übliche Praxis einer Drehrichtungsumkehr kann aufgrund des beidseitigen Verschleißes also keine scharfe Kante erzeugen, aber sie ruft einen neuen Freiwinkel hervor. Reicht dieser Teilerfolg nicht aus, muss die Bürste z.B. durch Schleifen abgerichtet werden. Bei größerem Borstendurchmesser kann dies im Gegenlauf durch Bandschleifen geschehen. Die Bürste muss mindestens mit der späteren Arbeitsdrehzahl rotieren. Diese Drehzahl ist notwendig, um zu vermeiden, dass sich im Einsatz einzelne Drähte aufrichten und über die Mantelfläche herausragen. Bei Verwendung dünner Drähte muss abgeschert werden. Die Kante zwischen den zwei Verschleißflächen kann kurzzeitig bei Reduzierung der Zustellung zum Schlichten genutzt werden (Bild 9.5). 172 <?page no="189"?> 9.4 Was bewirkt nun die Borste auf der Oberfläche? Die Borste gleitet nicht über die Oberfläche, sondern sie springt. Dieser Effekt mag gut für den Abtrag sein, für geringe Rauheitswerte ist dies bestimmt nicht der Fall. In Bild 9.6 ist dies zunächst mit einer Einzelborste verdeutlicht, der rechte Ausschnitt beweist aber, dass dieser Effekt auch mit kompletten Bürsten auftritt. Das linke Bild zeigt Schwingungen, bei denen die Borste vom Werkstück abhebt bei großer Besatzlänge. Das mittlere Bild beinhaltet höher frequente Schwingungen im Eingriff bei kurzer Besatzlänge. Die Borste springt umso weniger, - je kürzer die Besatzlänge, - je größer der Keilwinkel, - je dünner der Borstendraht - je größer die Drehzahl und - je größer der Drahtdurchmesser ist. Hieraus ergeben sich zwei Hauptfolgerungen für Bürsten je nach Bearbeitungsziel: - Maximaler Materialabtrag bedingt eine „scharfe“ Borste und eine kurze Besatzlänge oder besser noch einen größeren Drahtdurchmesser, da eine kurze Besatzlänge die Lebensdauer der Bürste senkt. - Ein gutes Oberflächenfinish erfordert kein Abrichten oder eine Drehrichtungsumkehr und eine größere Besatzlänge bzw. kleineren Drahtdurchmesser. 9.5 Wie flexibel ist die Bürste? Die Borste weicht der Werkstückoberfläche seitlich oder innerhalb der Rotationsebene durch Biegung aus. Neben den Abmessungen des Bürstwerkzeugs ist der Bereich der sinnvoll einzustellenden Werte der Zustellung entscheidend. Je größer die Zustellung ist, desto ungünstiger sind die Eingriffsbedingungen der Schneide und die Biegebelastungen der Borste. Andererseits fehlt die auf das Werkstück ausgeübte Kraft. Hieraus resultiert ein schmales Band der optimalen Zustellwerte von z.B. ± 0,5 mm bei einer Zustellung von ca. 1 mm bei einem Bürstendurchmesser von 200 mm. Innerhalb dieses Bereiches sollten z.B. Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche oder Programmierfehler aufgefangen werden. Nur 5 bis 10% der Mantelfläche von Bürsten des genannten Durchmessers wird durch Borsten belegt. Bei niedrigen Zustellungen ist dementsprechend auch die gegenseitige Abstützung der Borsten gering. Wird mehr Flexibilität benötigt, muss der Bürstendurchmesser vergrößert oder der Drahtdurchmesser verringert werden. Die Flexibilität ist jedoch auch unter dem Gesichtspunkt zu betrachten, dass bei Kollisionen mit dem Werkstück oder Maschinenteilen kurzzeitig ohne Schäden wesentlich größere Fehler aufgefangen werden können. 173 <?page no="190"?> Bild 9.4: Verschleißzustände an der Borstenspitze in Abhängigkeit von der Besatzlänge 174 <?page no="191"?> Bild 9.5: Grundsätzliche Möglichkeiten des Kontaktes einer Borstenspitze mit der Werkstückoberfläche 175 <?page no="192"?> Bild 9.6: Sprungverhalten von Borsten auf der Werkstückoberfläche aufgrund von Schwingungen in der Rotationsebene 176 <?page no="193"?> 9.6 Beeinflusst das Bürsten die Werkstückeigenschaften? Ja. Eine Messung der Eigenspannungen im oberflächennahen Bereich des Werkstücks zeigt nicht unerheblich gestiegene Druckspannungen sowohl in Längsals auch in Querrichtung (Bild 9.7). Es werden zwar nicht die Werte des Schleuderradstrahlens, jedoch höhere als beim Vibrationsgleitschleifen erreicht. Diese Werte steigen in der Regel mit der Zustellung. Nur die Verwendung der kunststoffgebundenen Bürsten bei hohen Zustellwerten lässt Zugspannungen entstehen (Bild 9.8). Diese Folgen der Bearbeitung zeigen Möglichkeiten auf, die Bürste als Werkzeug nicht nur für Finish-Tätigkeiten, sondern auch als festigkeitssteigernde Maßnahme zu verwenden, z.B. bei einfachen Führungen, evtl. auch als Ersatz für das Schaben. Neben der Bearbeitung von Flächen, wie sie bisher im Mittelpunkt stand, ist einer der wesentlichsten Einsatzfälle des Bürstens das Verrunden von Kanten oder auch das Entgraten. Bild 9.7: Eigenspannungsverlauf in der Werkstückoberfläche 177 <?page no="194"?> Bild 9.8: Eigenspannungen in der Werkstückoberfläche nach einer Bürstenbearbeitung 9.7 Wie arbeitet die Bürste optimal an Kanten? Nach Bild 9.9 sind grundsätzlich drei Fälle der Bearbeitung von Kanten durch Bürsten denkbar. Während der obere und der mittlere Fall der Werkzeuganstellung nahezu identisch sind, was den Winkel zwischen Borstenspitze und der Werkstückoberfläche betrifft, ist nur im unten dargestellten Fall eine wirklich günstige Abstimmung möglich, da hier die Borste weniger versuchen wird, den Grat umzubiegen. Sie braucht sich nicht in großem Maß zu verformen, um überhaupt in das Werkstück „eintauchen“ zu können, und die Borsten werden dadurch nicht in hohem Ausmaß auf Biegung belastet. Als günstigster Anstellwinkel wurde in Versuchen ein Winkel von ca. 25 Grad herausgefunden. Bild 9.10 zeigt typische Abtragsdaten verschiedener Bürstentypen in dieser Anstellung. Allerdings muss in dieser Version die Kante des Werkstücks gezielt abgefahren werden. Dagegen zeigt die obere und mittlere Methode besonders bei Bearbeitung ebener Bleche, verbunden mit Oszillation und einer zweiten Bürste, 178 <?page no="195"?> die in entgegen gesetzter Drehrichtung arbeitet, Vorteile bezüglich der Steuerung und der Bearbeitungszeit. In allen drei Fällen konnte durch Messungen bestätigt werden, dass die Zustellung gering (0,2 bis 0,7 mm) sein sollte. Bild 9.9: Bürstenanordnung zum Entgraten 179 <?page no="196"?> Bild 9.10: Kantenbearbeitung mit Bürsten in Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit 180 <?page no="197"?> Zusammenfassend ist festzustellen, dass, um reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse zu erzielen, die Bürste als vollwertiges Werkzeug betrachtet werden muss. Dies bedeutet, dass die Bürste für automatisierten Einsatz ausgewuchtet und abgerichtet zum Einsatz kommen soll, wie dies bereits beim Nadelfräser (micro scalping) oder bei diamantbesetzten Bürsten der Fall ist. Treffen solche Bedingungen zu, und sind aus der Vielzahl der Möglichkeiten der geometrischen Größen der Bürste die richtigen ausgewählt, stellt die Bürste ein Werkzeug dar, das im Vergleich mit konkurrierenden Verfahren ein ausgezeichnetes Verhältnis von Flexibilität und Abtragsleistung aufweist, zumal sich diese zwei Größen in der Regel umgekehrt proportional verhalten. 181 <?page no="198"?> 10 Bürsten in der Praxis Rainer Maier 10.1 Besatzarten und Werkstoffe von Bürsten und deren Arbeitsweise Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Drahtbürsten, die den Grat durch Einleiten kinetischer Energie abschlagen und Bürstwerkzeugen, die durch abrasive Stoffe den Werkstoff zerspanen. Die Hauptgruppe der spanenden Bürstwerkzeuge kann wiederum aufgeteilt werden in Werkzeuge aus: Schleifnylon, einem PA6-Werkstoff, der Schleifpartikel beinhaltet und extruiert wird. Stahldrahtborsten, die galvanisch mit Diamant oder CBN-Körnern belegt werden. Naturfasern, denen Schneidpartikel in Form von Pasten zugeführt werden. Eine aktuelle Rückfrage bei einem Bürstenhersteller ergab, dass zurzeit ca. 70% verkaufter Stahldrahtbürsten ca. 30% Schleifnylonbürsten gegenüberstehen. Eine Erklärung hierfür ist, dass vor allem im Bereich der Leichtmetallbearbeitung (Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderköpfe und Getriebegehäuse), die Drahtbürste eine ca. 5fach höhere Standzeit im Vergleich zur Schleifnylonbürste bietet. Im Zusammenhang mit wesentlich geringeren Beschaffungskosten ergeben sich dadurch deutlich geringere Stückkosten. Allerdings ist der Stahldrahtbesatz exakt auf den Einsatzfall abzustimmen, um Werkstoffverformungen zu vermeiden. Allen Bürstwerkzeugen gleich ist die Flexibilität des Besatzwerkstoffes. Dies ist der entscheidende Vorteil dieses Werkzeugkonzeptes (siehe Bild 10.1), denn durch diese Flexibilität können Werkstücktoleranzen oder auch Sprünge in der Werkstückkontur wie z.B. bei Verzahnungen überbrückt werden. Der Aufbau und die Positioniergenauigkeit der Entgratmaschine vereinfachen sich dadurch ebenfalls. Auf der anderen Seite steht die Steifigkeit und damit die Aggressivität und Abtragsleistung der Bürste. Hier spielen vor allem die Besatzart, die Besatzlänge und die Schnittgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Durch die Schnittgeschwindigkeit erhält das Schneidkorn in der Schleifnylonborste die Energie, sich in die Oberfläche Bild 10.1: Pinselbürste im Einsatz Werkbild: KADIA 182 <?page no="199"?> einzuarbeiten und das Material abzuspanen. Die Stahldrahtborste erhält die Energie um den Grat abzuschlagen oder abzuschneiden. 10.1.1 Stahldrahtbesatz Bürsten mit metallischen Werkstoffen werden nach DIN 8589 Teil 8 den mit geometrisch bestimmten Schneiden spanenden Verfahren zugewiesen. Bereits in den 80er Jahren wurde durch Versuche nachgewiesen, dass die Schneidengeometrie einer Borste sich bereits während den ersten Umdrehungen des Werkzeuges anformt und dann über die Standzeit des Werkzeuges nahezu konstant bleibt 1 (s. Kapitel 9). Heute spricht man bei Hochleistungs- Stahldrahtborsten mit Zugfestigkeiten über 3000 N/ mm 2 von einem schuppenförmigen Abarbeiten der Borste. Dies bedeutet, dass sich die Borste durch sehr kurzes Abbrechen an der Spitze selber schärft. Dies stellt hohe Abtragsleistungen sicher, setzt aber auch Schnittgeschwindigkeiten von ca. 40 m/ sec. (bei 250mm ca. 3000 1 / min) voraus. In der Praxis merkt man von diesen Vorgängen allerdings nicht viel und es ist Vorsicht angebracht, denn bei einer allzu aggressiven Arbeitsweise kann es zu Materialverschiebungen kommen. Diese machen sich dann auf der rückwärtigen Seite der zu entgratenden Kante als ein neuer Grat bzw. Aufwurf bemerkbar. Stahldrahtborsten werden eingesetzt mit Drahtstärken beginnend bei 0,05mm für feine Arbeiten bis zu Drahtstärken von 1,00mm für sehr aggressives Arbeiten. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Werkstoffauswahl, die Vergütung und die Zugfestigkeit der Borsten. Diese liegt bei einfachen Borstenqualitäten bei ca. 1000N/ mm 2 , steigt bei Borsten für Standardanwendungen auf ca. 2000- 2500N/ mm 2 und endet bei den Hochleistungs-Stahldrahtborsten die bei einer Zugfestigkeit von 3000N/ mm 2 liegen. Borsten, die gegen Korrosion geschützt sein müssen, werden aus rostfreiem Stahldraht hergestellt. Bürsten, die Oberflächen möglichst wenig beeinflussen sollen, können mit Messing beschichtetem Stahldraht ausgeführt werden. Bild 10.2: Gewellte Stahldrahtborsten Bild 10.3: Verseilte Stahldrahtborsten Werkbild: KADIA Werkbild: KADIA 183 <?page no="200"?> Drahtqualitäten stehen aber auch im Zusammenhang mit der Form der Borste auch „Versteifungsarten“ genannt. Auch hier gibt es für die unterschiedlichen Anwendungsfälle eine breite Palette an Produkten. So unterscheidet man glatte, gewellte (Bild 10.2), verseilte (Bild 10.3) und gezopfte (Bild 10.4) Borsten. Ziel all dieser Maßnahmen ist es, den an sich elastischen Draht durch entsprechende Maßnahmen steifer und damit „schlagkräftiger“ zu machen. Dies wird zum Beispiel auch dadurch erreicht, dass die Borsten in Kunststoff gebunden werden. 10.1.2 Diamantierter Besatz Eine weitere Variante der Besatzausführung ist die diamantierte Bürste (Bild 10.5) Hier sind die Spitzen der einzelnen Stahldrahtborsten durch ein galvanisches Verfahren (Europäisches Patent Nr. 0072374) mit natürlichem oder synthetischem Diamantkorn belegt 2 . Hierzu können alle metallischen Bürsten verwendet werden. In der Praxis wird diese Diamantierung vor allem bei zentrischen Innenbürsten (Rohrbürsten) eingesetzt, da sich hier im Vergleich zu konventionellen Draht- oder Schleifnylonbürsten eine Vervielfachung der Standzeit erreichen lässt. 10.1.3 Schleifnylonbesatz Im Gegensatz zu den Bürsten mit Stahldrahtbesatz zählt die Bürste aus Schleifnylon zu den mit geometrisch unbestimmten Schneiden arbeitenden Verfahren. Bei den Schleifnylonborsten ist in einem Trägermaterial aus Polyamid ca. 20%- 30% Schleifkörperanteil beigemischt. Als Schleifkörper verwendet man Aluminiumoxyd (AO) oder Siliziumkarbid (SiC)-Körnungen. Wichtig zu wissen ist, dass die Borste mit diesen Schleifkörnern regelrecht durchtränkt ist (Bild 10.6), so dass die Borste nicht nur an den Enden, sondern zumindest rein theoretisch auch mit der Seitenfläche der Bürste arbeiten kann. Durch den Verschleiß der „Polyamid-Bindung“ kommen immer wieder neue scharfkantige Schneidkörner nach, die die Bild 10.4: Gezopfte Stahldrahtborsten Bild 10.5: Diamantierte Stahldrahtborsten Bild 10.6: Schleifnylonbürste Werkbild: KADIA Werkbild: KADIA Werkbild: KADIA 184 <?page no="201"?> Abtragsleistung der Bürste über die komplette Standzeit sicherstellen. In Sonderfällen wird Schleifnylon mit kubischem Bornitrit oder Diamantkorn als Schleifmittel eingesetzt. Zusätzlich stehen verbesserte Kunststofffasern zur Verfügung, die bis zu 250°C thermisch stabil bleiben. Der wesentlich höheren Zerspanleistung und Standmenge dieser Werkzeuge stehen allerdings auch höhere Kosten gegenüber. Schleifnylon mit Diamantkorn wird z.B. hauptsächlich beim Entgraten geschliffener Hartmetallwerkzeuge eingesetzt. Die Schneidleistung der Schleifborste hängt in erster Linie von der gewählten Korngröße ab, da diese in den meisten Fällen wiederum direkt auch den Borstendurchmesser und damit die Schlagwirkung bestimmt (siehe Tabelle 10.1). Natürlich spielen bei der Abtragsleistung aber auch die Besatzlänge, die Wellung der Borste, die Parameter und die Einsatzbedingungen eine Rolle. Durch den spanenden Abtrag wird eine saubere Kantenverrundung erreicht ohne die Gefahr, dass ein neuer Grat entsteht oder die Kante deformiert wird. Bei den Schnittgeschwindigkeiten geht man von 18-20m/ sec (bei 250mm ca. 1500 1 / min) aus. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten ohne den Einsatz von Kühlschmierstoffen besteht die Gefahr, dass das Besatzmaterial sich bis zu den Schmelztemperaturen des thermoplastischen Werkstoffes erwärmt, schmilzt und sich dann selbst zerstört. Beim Einsatz von Kühlschmierstoffen ist zu berücksichtigen, dass die Borsten bis zu 30% ihres Volumens an Flüssigkeit aufnehmen können. Dies führt zu einer Verringerung der Borstenspannung und damit zu einer Reduzierung des Abtrags. 10.1.4 Naturborsten Naturborsten werden hauptsächlich bei Reinigungs- und Polierarbeiten eingesetzt. Einer der Hauptvertreter der Naturborsten ist die Agave, deren Blätter in Form von Schnüren, dem sogenannten Sisal oder als Einzelfaser, dem sogenannten Fibre, eingesetzt werden. Durch die raue Oberflächenstruktur dieser Naturborste, die viele Widerhaken aufweist, können abrasive Partikel mittels fester Paste oder flüssig mittels Hochdruckpistole zugeführt werden. Die Paste sorgt dafür, dass die Schneidkörner auf der Borste haften. Als Schneidmittel wird in der Regel Aluminiumoxyd eingesetzt. Nach dem Zerspanungsvorgang fallen die Partikel von der Borste ab. Das Schleifmittel muss daher fortlaufend ersetzt werden. Gleichzeitig wird durch die laufende Zuführung frischer Schneidmittel eine hohe Zerspanleistung gewährleistet. Dieser Bearbei- Korngrößen: Faserstärken: K 80 1,20 mm K 120 1,00 mm K 180 0,90 mm K 120 0,55 mm K 320 0,55 mm K 500 0,45 mm K 600 0,30 mm Tabelle 10.1: Standard-Korngrößen/ Faserstärken (Quelle: KADIA) 185 <?page no="202"?> tungsprozess wird in der Regel zum Polieren und Herstellen hochwertiger technischer Oberflächen eingesetzt. Nach dem Polieren müssen die Werkstücke mit Abklärpaste gereinigt (neutralisiert) werden, um die Pastenrückstände zu entfernen. Bei entsprechender Auslegung dieses Arbeitsschrittes können hochglänzende Oberflächen hergestellt werden. Bild 10.7: Naturborsten (Werkbild KADIA) Tabelle 10.2: Schnittgeschwindigkeiten für Bürsten im Überblick (Quelle: KADIA) Besatzmaterial: Stahl NE-Metalle Kunststoffe Schleifnylon 18-20 m/ sec. 18-20 m/ sec. - Gewellter Stahldraht 30 m/ sec. 18-20 m/ sec. 15 m/ sec. Verseilter Stahldraht 30 m/ sec. 18-20 m/ sec. 15 m/ sec. Gezopfter Stahldraht 35-40 m/ sec. - - Kunststoffgebundene Borste 30 m/ sec. 18-20 m/ sec. 15 m/ sec. Die Umfangsgeschwindigkeiten für den Einsatz von Bürsten sind aus der Tabelle 10.2 ersichtlich. Es ist aber anzumerken, dass diese Werte immer die obere Grenze für den jeweiligen Einsatz angeben. Generell gilt: Wird das benötigte Entgratergebnis mit einer niedrigeren Drehzahl oder einer geringeren Vorspannung erreicht, schont dies das eingesetzte Material und erhöht die Standzeit des Werkzeuges. 186 <?page no="203"?> 10.2 Anordnung Bürstwerkzeuge. Zustellung Die Zustelltiefe bei Stahldrahtbürsten, kann von 0,2 mm (gebundene und diamantierte Bürste) bis zu 2,0 mm (Litzendrahtbürste) bei aggressiver Bearbeitung betragen. Schleifnylonbürsten werden normalerweise mit ca. 1 mm Vorspannung angestellt. Die Vorspannung kann aber auch bei entsprechender Besatzlänge und bestimmten Anwendungsfällen mehrere Millimeter betragen. Bei Versuchen wurde ermittelt, dass eine Erhöhung der Vorspannung über 4mm keine weitere Erhöhung der Zerspanleistung ergibt. Im Bedarfsfall wäre dann der Einsatz einer gröberen Körnung zu empfehlen. Die Zustelltiefe beim Polieren beträgt ca. 4mm. Die nachfolgenden Bilder 10.8 bis 10.11 zeigen verschiedene Anordnungen von Bürstwerkzeugen. 187 <?page no="204"?> Bild 10.8: Bauformen von Bürsten und deren Anwendung (Quelle KADIA) Werkzeug: Verfahren: Anordnung (Beispiel): Bewegungen: Anwendungen: Darstellung Schaft- Rundbürste Exzentrisches Innenrundbürsten auch: Innenbürsten, Bohrungsbürsten, Zirkularbürsten Werkzeug: Drehung, Oszilllaton und Verschleißkompensation Werkstück Drehung gegenläufig z.B. Innenverzahnung (Bild) Getriebegehäuse Deckel allg.: große Bohrungen Innenbürste auch: gedrehte Bürste, Rohrbürste, Flaschenbürste Zentrisches Innenbürsten auch: Bohrungsbürsten, Innenrundbürsten Werkzeug: Drehung und Oszilllaton Werkstück: keine Bewegung z.B. Getriebegehäuse (Bild) Steuerkanten an Hydraulikgehäusen, allg.: Bohrungsüberschneidungen aller Art 188 <?page no="205"?> Bild 10.9: Bauformen von Bürsten und deren Anwendung (Quelle KADIA) Werkzeug: Verfahren: Anordnung (Beispiel): Bewegungen: Anwendungen: Darstellung Rundbürste auch: Scheibenbürste Kantenbürsten Werkzeug: Drehung, Kompensation Werkstück: Drehung z.B. Antriebswelle (Bild) Läufer Kurvenring Kettenräder Zahnräder Nockenwelle allg.: rotationssymmetrische Werkstücke Topfbürste in Planeteneinheit Flächenbürsten Werkzeug: Drehung und Planetenbewegung Werkzeug oder Werkstück: Vorschubbewegung z.B. Schaltschiebergehäuse (Bild) Zylinderkopf Zylinderblock Getriebegehäuse Stricknadeln allg.: Große Flächen ohne Störkonturen 189 <?page no="206"?> Bild 10.10: Bauformen von Bürsten und deren Anwendung (Quelle KADIA) Werkzeug: Verfahren: Anordnung (Beispiel): Bewegungen: Anwendungen: Darstellung Pinselbürste auch: Endbürste Konturbürsten auch: Stirnbürsten Rundbürsten Werkzeug: Drehung, axiale Zustellung Kompensation Werkstück: Drehung gegenläufig z.B. Planetenträger (Bild) Gehäuse Deckel Zylinderkopf allg.: Kleine Flächen bei Störkonturen, Anspiegelungen Topfbürste Konturbürsten Werkzeug: Drehung, axiale Zustellung Kompensation Werkzeug oder Werkstück: Vorschubbewegung z.B. Gehäuse (Bild) Zylinderkopf allg.: abgesetzte Konturen, tieferliegende Flächen, Flächen mit Störkonturen 190 <?page no="207"?> Bild: 10.11 Bauformen von Bürsten und deren Anwendung (Quelle KADIA) Werkzeug: Verfahren: Anordnung (Beispiel): Bewegungen: Anwendungen: Darstellung: Walzenbürste Flächenbürsten Rundbürsten Werkzeug: Drehung Werkzeug oder Werkstück: Vorschubbewegung Zylinderkopf (Bild) Zylinderkurbelgehäuse Deckel, Gehäuse Pleuel Kurbel-Nockenwellen allg.: flächige Werkstücke mit einfacheren Konturen und großen Kantenverrundungen Walzenbürste Centerlessbürsten auch: spitzenloses Bürsten Werkzeug: gegenläufige Drehung von Treibrolle und Bürste Werkstück: Drehung und axialer Vorschub Steuerkolben (Bild) Zylinder Hydraulikschieber Ritzelwellen Zahnstangen allg.: Rotationssymetrische Werkstücke ohne Bund 191 <?page no="208"?> 11 Fräsen, Schleifen, Feilen und sonstige Verfahren, Gratmessverfahren Rainer Maier 11.1 Einleitung Diese Bearbeitungsverfahren werden generell dann eingesetzt, wenn der anhaftende Grat, bedingt durch Gratfußstärke oder die Lage des Grates, durch Bürstentgraten nicht entfernt werden kann. Des Weiteren werden diese Verfahren eingesetzt, wenn eine Kantengeometrie (Fase, Radius) gefordert ist, die allein durch Bürstentgraten nicht zu erzeugen ist. Die Grenzwerte für oben genannte Einsatzfälle sind je nach Werkstoff, Beschaffenheit des Grates, Zeichnungstoleranzen bezüglich der zu bearbeitenden Kante und der angrenzenden Funktionsflächen sehr unterschiedlich. Sie lassen sich nicht in allgemein gültige Regeln fassen und müssen daher immer konkret auf das zu bearbeitende Werkstück bezogen werden. Im Zweifelsfalle ist es immer sinnvoll, Auslegungen von Werkzeugen, Maschinen und Fertigungsplanungen durch praxisnahe Versuche zu bestätigten. 11.2 Fräsen Beim Fräsen führen die Werkzeuge durch Rotation die notwendige Schnittgeschwindigkeit aus. Bei rotationssymmetrischen Werkstücken, die am Umfang zu entgraten sind, wird im Regelfall das Werkstück um die eigene Achse gedreht. Durch einen Pendelarm wird dabei das Werkzeug an der zu bearbeitenden Kante entlanggeführt (siehe Bild 11.2). Werkstücke mit komplexen Geometrien werden durch CNC gesteuerte Einheiten oder durch Kopierverfahren entgratet. Auch hier ist das Werkzeug meistens pendelnd oder abgefedert gelagert, um Werkstücktoleranzen ausgleichen zu können. Die Schnittkraft wird über Federkraft oder durch pneumatisch beaufschlagte Elemente erzeugt. Bild 11.1: Bauformen von Fräswerkzeugen Werkbild KADIA 192 <?page no="209"?> Die Werkzeuge werden meistens im Gleichlauf, in bestimmten Anwendungsfällen aber auch im Gegenlauf, eingesetzt. Die im Regelfall aus Hartmetall gefertigten Fräswerkzeuge weisen je nach Anwendungsfall die unterschiedlichsten Bauformen auf (Bild 11.1). Die Verzahnungen werden dem jeweiligen Werkstoff angepasst. Die Schnittgeschwindigkeiten sind bei Leichtmetallen und Kunststoff v = 7 m/ sec. und bei Stahl v = 8-15 m/ sec. Dies entspricht in der Praxis Drehzahlen zwischen 10.000- 20.000 1 / min. 11.2.1 Fräsen mit negativem Spanwinkel Fräser mit negativem Spanwinkel werden eingesetzt, wenn nur geringe Spanvolumen wie beim Entgraten gefordert werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass nur geringe Bearbeitungskräfte auftreten. Entsprechende Werkzeugantriebe können unter anderem von Hand geführt werden. (Schnittgeschwindigkeiten siehe Tabelle 11.1) 11.2.2 Fräsen mit positiven Spanwinkel Werden größere Spanvolumen gefordert, die mit negativem Spanwinkel nicht mehr dargestellt werden können, kommen Fräser mit positivem Spanwinkel, also konventionelle Schaftfräser zum Einsatz. Sie sind für manuelle Bearbeitungen nicht mehr geeignet und werden daher auf Entgratmaschinen oder Roboterspindeln eingesetzt. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn Zeichnungsforderungen mit definiertem Kantenbruch wie z.B. eine Fase 2 x 45° realisiert werden müssen. Ein Beispiel hierfür ist das Entgraten von Großzahnrädern (Bild 11.2) von Schiffs- oder Windkraftgetrieben. Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten entsprechen dem Einsatz auf herkömmlichen Fräsmaschinen. Bild 11.2: Entgraten von Großzahnrädern (Werkbild KADIA) 11.3 Schleifen Das Schleifen wird bei harten Werkstoffen angewandt. Die Anwendung der Werkzeuge entspricht der beim Fräsen mit negativem Spanwinkel. 193 <?page no="210"?> Zum Einsatz kommen keramische Gewebescheiben bis 80 mm oder CBN / Diamant belegte Werkzeuge. Die Gewebescheibe erzeugt durch ein freieres Schneiden weniger Sekundärgrat als die CBN Schleifscheibe. Allerdings sind die Standzeiten der CBN Schleifscheibe um ein Mehrfaches höher. Die Schnittgeschwindigkeiten können der Tabelle 11.1 entnommen werden. Bild 11.2: Pendelschleifeinheit mit keramischer Schleifscheibe Entgratschäfte und Formschleifer sind ebenfalls mit CBN- oder mit Diamant belegte Werkzeuge (siehe Bild 11.3) und stellen eine Sonderform des Schleifens dar. Entgratschäfte werden in den unterschiedlichsten Bauformen vor allem zum Entgraten von Bohrungsüberschneidungen eingesetzt. Bild 11.3: Diamentierte Formschleif-Werkzeuge (Werkbild KADIA) Werkbild KADIA 194 <?page no="211"?> CBN- oder mit Diamant belegte Formschleifer sind reine Sonderwerkzeuge und kommen beim Kontur-Entgraten zum Einsatz. Als weitere Varianten des Schleifens sind Bandschleifeinheiten und Fächerschleifer zu nennen; diese werden mit Schnittgeschwindigkeiten von max. 30 m/ sec. vor allem dann eingesetzt, wenn es um Stanzteile, Schweißteile oder um größere Abtragsleistungen und Verrundungen geht. Tabelle 11.1: Schnittgeschwindigkeiten für Fräs- und Schleifwerkzeuge im Überblick (Quelle KADIA) Werkzeug Stahl Trockenbearbeitung Stahl Nassbearbeitung * Leichtmetalle und Kunststoffe** HM Fräser 8-15 m/ sec. 8-15 m/ sec. 7 m/ sec keramische Gewebescheibe 80 m/ sec. 80 m/ sec. CBN belegtes Schleifwerkzeug 20 m/ sec. 30 m/ sec. *** Dia belegtes Schleifwerkzeug 15 m/ sec. 20 m/ sec. *** Fächerschleifräder 15-20 m/ sec. 15-20 m/ sec. 15-20 m/ sec.** Bandschleifeinheiten 15-20 m/ sec. 15-20 m/ sec. 15-20 m/ sec.** * Einsatz von speziellen Medien z.B.: Schleiföl. ** Kunststoffe sind nur bedingt zerspanbar! *** Dia und CBN -belegte Werkzeuge sind für weiche und schmierende Materialien nicht einsetzbar! Oben genannte Werte stellen Richtwerte dar und müssen grundsätzlich nach den Angaben des Herstellers korrigiert werden. 11.4 Feilen Das Feilen wird eingesetzt, wenn die Grate vom Volumen zu groß oder vom Gratfuß zu breit sind, so dass Fräs- oder Schleifwerkzeuge nicht mehr in der Lage sind, den Grat gleichmäßig abzutragen. In diesem Fall werden mit einer angetriebenen Feilscheibe die Grate vor dem Schleifen gebrochen. Die Feilscheibe ist axial abgefedert, um die Höhentoleranzen und die unterschiedlichen Grathöhen ausgleichen zu können. 11.5 Hackentgraten Das Hackentgraten wird vorrangig bei Kettenrädern und Verzahnungen eingesetzt, 195 <?page no="212"?> wenn es darum geht, eine Fase mit konstanter Breite und konstantem Winkel zu erhalten. Hierbei wird mit einem Hackstahl taktabhängig jeweils in die Zahnlücke gestoßen und dabei mit der umlaufenden Schnittkante die Zahnkontur entgratet und angefast. Ein großer Vorteil ist hierbei, dass sowohl stark anhaftender Grat, als auch breite Gratwurzeln in einem Durchgang entfernt werden, ohne angrenzende Flächen dabei zu beschädigen. Außerdem kann dieses Verfahren auch dort eingesetzt werden, wo man die Pendelschleifeinheit wegen Störkonturen nicht einsetzen kann. Der bei diesem Verfahren entstehende Sekundärgrat wird mit einer nachfolgenden Bürstentgratoperation entfernt. Bild 11.4: Hackentgratstation 11.6 Abscheren Beim Abscheren wird parallel zum Zerspanvorgang ein mitlaufendes Schneidrad auf die zu entgratende Kontur aufgesetzt. Grat, der z.B. beim Wälzfräsen von Verzahnungen entsteht, wird so permanent auf der Fläche abgetrennt. Es entsteht dadurch ein scharfkantiger, aber gratfreier Verzahnungsauslauf. Je nach Anforderung kann in einem anschließenden Prozess z.B. eine Schräge angeformt werden. 11.7 Messen von Graten Die Definition von Graten stellt im Regelfall ein Problem dar. So sind Zeichnungsangaben wie “Kanten gebrochen”, “Gratfrei”, “Scharfkantig und Gratfrei” durchaus üblich, aber wenig hilfreich. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass die entgrateten Kanten und Flächen oft gar nicht so einfach zugänglich sind, man denke hier zum Beispiel an Bohrungsüberschneidungen oder tiefer liegende Kanten oder Durchbrüche an komplexen Gehäusen. Auch die Baugröße von Werkstücken bereitet immer wieder Probleme. Oft müsste für eine eindeutige Bestimmung des Grates das Werkstück zerstört werden. So gehört in der Praxis die Erfahrung des jeweiligen Mitarbeiters, der rein optisch bzw. mit der “Nagelprobe” die Beurteilung der Entgratung vornimmt, zu den wichtigsten Kriterien. Da jedoch heute die Prozesssicherheit und damit die Überwachung des Prozesses unabdingbar ist, kommt man um eine entsprechende Quantifizierung und Qualifizierung des Grates nicht herum. In der Praxis haben sich dabei die folgenden Messbzw. Prüfmethoden bewährt. Werkbild KADIA 196 <?page no="213"?> 11.7.1 Optoelektronische Messung Die optoelektronische Messung (siehe Bild 11.5) ermöglicht ebenfalls eine objektive Erfassung des Grates bzw. des Entgratergebnisses. Hierbei wird eine Lichtquelle in X / Y - Richtung über das Werkstück bewegt, so dass nachher eine räumliche Darstellung und Auswertung der Kante möglich ist. Die Auswertung erfolgt über die Rechnereinheit. Bild 11.5: Optoelektronische Messeinheit (Werkbild KADIA) 11.7.2 Mikroskop, Endoskop, Durchlichtprojektor, Lichtlupe Diese optischen Prüfverfahren lassen nur zum Teil eine messtechnische Erfassung der Entgrataufgabe zu, haben sich aber bei entsprechender Erfahrung und Einarbeitung des Prüfpersonals als ein hervorragendes Hilfsmittel für die Beurteilung des Grates erwiesen. Vor allem Stereomikroskope mit Vergrößerungen die im Bereich 20bis 100fach liegen, lassen bei ausreichender Tiefenschärfe bei frei zugänglichen Kanten eine schnelle Aussage über die Entgratqualität zu. Auch die Beurteilung und das Vermessen von Mikroschliffen sind unter dem Mikroskop möglich. Mit den üblichen Endoskopen, die bei einem Außendurchmesser von 6 mm auch lange Bohrungen bis ca. 300 mm und bei einem Außendurchmesser von 2,5 mm noch ca. 160 mm Betrachtungstiefe zulassen, ist vor allem die Beurteilung von Bohrungsüberschneidungen ohne Zerstörung des Werkstückes möglich. Die 10fache Vergrößerung und die Möglichkeit, einen Monitor für die Betrachtung anzuschließen erweitern die Vielseitigkeit zusätzlich. Im Motorenbau hat sich die Festlegung von Grenzmustern mit entsprechender Bilddokumentation bewährt. 197 <?page no="214"?> 11.7.3 Tastschnittverfahren Das Tastschnittverfahren (siehe Bild 11.6) ist ein Messverfahren, das von der Oberflächenmessung her bekannt ist. Hierbei wird ein Messtaster über den Grat gezogen. Die Diamanttastspitze (Standardmaße: Winkel 90° mit 5μm Spitzenradius) lässt je nach Gratform eine Aussage über eine Grathöhe bis 0,06mm bzw. Verrundung der Kante in der gleichen Größenordnung zu. Die Gratfußbreite kann abhängig von der Gratform nur bedingt ermittelt werden. Bild 11.6: Messen der Kantenrundungen im Tastschnittverfahren 11.7.4 Konturograph Bei größeren Graten bzw. Kantenverrundungen verwendet man den Konturograph. Er tastet ebenfalls durch Ziehen des Messtasters die Geometrie der Kante ab, so dass Grate, Aufwürfe und Radien mit mehreren Millimetern gemessen werden können. Die Auswertung erfolgt komfortabel am Bildschirm, an dem die abgetasteten Profile vermessen und ausgewertet werden können. Die Profilverschiebung der Messung auf Grund der Tasterspitze wird durch Software kompensiert. Bedingt durch den größeren Kantenradius der Messspitze ergeben sich bei kleinen Auflösungen ( 0,2 mm) Profilverschiebungen und damit Messfehler. Werkbild KADIA 198 <?page no="215"?> 12 Maschinenbauarten - Problemlösungen Rainer Maier, Alfred Thilow 12.1 Einleitung Maßgebend für den Aufbau einer Entgratmaschine sind die Werkstückkontur und die Werkstückgröße (Gewicht) sowie die Werkstückhandhabung. Weiterhin sind die Anzahl und die Art der Entgratoperationen sowie die Zugänglichkeit des Grates mitentscheidend für die Komplexität der Maschine. Neben den Sondermaschinen, die häufig als Einzweckmaschinen konzipiert wurden, haben sich spezielle, für ein bestimmtes Teilespektrum geeignete Entgratmaschinen in den Fertigungen etabliert. 12.2 Problemlösungen 11.2.1 Großserienteile mit komplexen Konturen Großserienteile wie Zylinderköpfe, Zylinderkurbelgehäuse etc., aber auch z.B. Nockenwellen, wurden früher in der Regel auf Längstransfer-Entgratmaschinen bearbeitet. Heute werden diese Werkstücke in hochflexiblen Roboterzellen, die in den Fertigungslinien integriert sind, entgratet (siehe Kapitel 13). 12.2.2 Kleinserienteile mit komplexen Konturen Werkstücke bei denen die Taktzeiten eine eher untergeordnete Rolle spielen, dafür aber eine hohe Flexibilität sowohl von der Bearbeitungsseite als auch von der Werkzeugseite gefordert ist, können auf Entgratzellen bearbeitet werden. Diese mit fünf CNC-Achsen und mit einem Werkzeugspeicher ausgerüsteten Maschinen bieten für diesen Einsatzzweck hervorragende Voraussetzungen. Durch das Werkzeugwechselsystem können alle Operationen von einer Spindel ausgeführt werden. Die CNC-Steuerung organisiert die Bewegungen von Werkzeug, Werkstück und Werkzeugmagazin. Für die gesamte Bearbeitung stehen im Beispiel fünf Positionierachsen und eine Spindelachse zur Verfügung. Durch die weitgehend gleichzeitigen Bewegungen entlang der oder um die jeweiligen Achsen, kann das Werkzeug allen beliebigen räumlichen Konturen innerhalb der Verfahrgrenzen und Zugänglichkeit mit hoher Genauigkeit folgen. Die Kompensation des Werkzeugverschleißes wird automatisch nach einer Anzahl von bearbeiteten Werkstücken um einen bestimmten Betrag ausgeführt [1] Bild 12.1 zeigt den Arbeitsraum einer Entgratzelle. Rechts oben ist das Werkzeugmagazin, das bis zu 14 Werkzeuge aufnehmen kann, zu sehen. Auf dem 2- Stationen-Rundschaltisch befinden sich die Aufspannplatten, auf die die Teile direkt aufgespannt oder Werkstückträger aufgenommen werden können. Während des Entgratens kann außerhalb der Maschine beschickt werden. 199 <?page no="216"?> Bild.12.1: Arbeitsraum und Bedienungsseite einer Entgratzelle (Werkbilder KADIA) 12.2.3 Rotationssymetrische Werkstücke Naben, Zahnräder, Ritzel, Planetenträger etc. werden bevorzugt auf Rundschalttisch- Maschinen bearbeitet. Hier kann durch entsprechende konstruktive Anordnung auf einfache Weise ein für die Bearbeitung notwendiger Werkstückantrieb realisiert werden. Die im Vergleich zur Längstransfermaschine kürzeren Nebenzeiten fallen außerdem positiv ins Gewicht. Die Anzahl der Bearbeitungseinheiten sollte bei einer Rundtischmaschine allerdings 8 bis 10 Stationen nicht überschreiten, da sonst die Baugröße des Rundtisches und die Anzahl der Vorrichtungen die Kosten zu sehr in die Höhe treiben. 200 <?page no="217"?> Beispiel: Entgraten von Läufern Maschinen-Type: Rundtisch Anzahl Bearbeitungsstationen: 4 Stationen Taktzeit: 6 sec Entgrataufgabe: Entfernen der Schleifgrate an den Stirnseiten und am Umfang. Gezielte Kantenverrundung 0,05-0,08 mm Bearbeitungsstufen: Op1: Bürsten des Umfanges in der 1. Drehrichtung Op2: Bürsten Stirnseite 1 Op3: Bürsten Stirnseite 2 Op4: Bürsten des Umfanges in der 2. Drehrichtung Werkzeuge: Rundbürsten mit Schleifnylonbesatz 250 mm Kühlschmierstoff Emulsion Besonderheiten: zwei Rundtische mit Übergabestation verkettet, automatische Zu- und Abführung der Teile. Taktzeit von nur 6 sec. Bild 12.2: Läufer aus Stahl Werkbild KADIA 201 <?page no="218"?> Bild 12.3: Operation 1 und 4. Umfang des Läufers entgraten mit Rundbürste 250 mm mit Schleifnylon Bild 12.4: Operation 2 und 3. Entgraten der beiden Stirnseiten mit Rundbürste 250mm mit Schleifnylon Die in Bild 12.5 abgebildete Rundschalttisch-Maschine ist für das Entgraten von Gangrädern eingerichtet. Sie hat 5 angetriebene Arbeitsspindeln, von denen 4 sichtbar sind. Die Säule in der Bildmitte trägt die Niederhalter, mit denen die Werkstücke während der Bearbeitung auf die Aufnahme der Bearbeitungsspindel gepresst werden. Entgratet werden die Verzahnungen durch Fräsen. Rechts hinten im Bild sind 2 Werkbild KADIA Werkbild KADIA 202 <?page no="219"?> auf einer Spindel befestigte Scheibenfräser zu erkennen, mit denen starke Grate entfernt werden. Die dabei entstandenen Sekundärgrate werden durch Bürsten in den nachfolgenden Stationen (links) entfernt. Die Maschine ist aus Standardelementen aufgebaut und kann mühelos für andere artähnliche Werkstücke umgerüstet werden. Bild 12.5: Blick in den Arbeitsraum einer Rundschalttisch-Maschine. Werkbild: Rausch Für das Außenentgraten rotationssymmetrischer Werkstücke mit gleichmäßigem Außendurchmesser (Steuerkolben, Wellen mit Nuten, etc.) ist die Centerless-Entgratmaschine konzipiert. 203 <?page no="220"?> Bild 12.6: Centerless-Entgratmaschine Beispiel: Entgraten von Steuerkolben mit Centerless-Entgratmaschine Centerless-Entgratmaschine Anzahl Bearbeitungsstationen: 2 Stationen Taktzeit: ca. 5 sec. bei kontinuierlicher Beschickung, Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücke v = 0,5 m/ min-6 m/ min einstellbar Entgrataufgabe: Entfernen der Schleifgrate von den Steuerkanten Bearbeitungsstufen: Op1: Entfernen der Grate im Rechtslauf Op2: Entfernen der Grate im Linkslauf Werkzeuge: Walzenbürsten 350 mm mit Schleifnylonbesatz Kühlschmierstoff Übliche Kühlschmierstoffe auf Öl- oder Wasserbasis Besonderheiten: Verkettetes System, Zu- und Abführung der Teile durch Schwingförderer 204 <?page no="221"?> Bild 12.8: Links Treibrolle, rechts Schleifnylonbürste Bild 12.7: Arbeitsbereich einer Centerless Entgratmaschine Diese mit einer oder zwei Entgrateinheiten ausgestattete Maschine bietet durch ihren einfachen Aufbau, den kurzen Bearbeitungszeiten und einer hohen Effizienz überzeugende Eigenschaften. Für alle Maschinenvarianten gilt, dass es sowohl Lösungen für die Handbeladung als auch für voll verkettete Systeme gibt. Da bei der Entgratbearbeitung der Einsatz von Kühlschmierstoffen nicht zwangsweise vorgegeben ist, richtet man sich hier nach der vorangegangenen Bearbeitung. Kommen die Werkstücke mit Kühlschmierstoff behaftet zur Entgratmaschine, wird diese auch mit dem gleichen Kühlschmierstoff betrieben. Dies erspart den Waschvorgang vor dem Entgraten. 12.2.4 Rohr- und Profilenden (Sägeschnitte) Auf dem Markt sind preisgünstige Einzweckmaschinen erhältlich, die als Durchlaufanlagen zum Entgraten von Rohrenden und Profilsägeschnitten ausgelegt sind. Die Anlagen können flexibel für verschiedene Werkstücklängen eingestellt werden und bearbeiten gleichzeitig beide Enden. In der in Bild 12.9 dargestellten Prinzipskizze dreht sich das Werkstück während des Transports um die eigene Achse, um der Bürste den Zugang zu allen mit Grat behafteten Stellen zu ermöglichen. Werkbild KADIA Werkbild KADIA 205 <?page no="222"?> Bild 12.9: Prinzipskizze einer Bürstmaschine zum beidseitigen Entgraten von Rohr- und Profilenden Das Entgraten mit Walzenbürsten ist bei komplizierten Profilschnitten nicht ausreichend, da nicht alle Kanten erreicht und entgratet werden. Hier kommen Planeten- Bürstantriebe (Bild 12.10) zum Einsatz. Bild 12.10: Bürstmodul mit exzentrisch angeordneter Tellerbürste mit verstellbarer Besatzlänge Werkbild RSA 206 <?page no="223"?> Durch die Planetärbewegung der Bürste wird jede Kante erreicht (Bild 12.11). Eine Besonderheit ist die in Bild 12.12 gezeigte Bürste. Sie besteht aus pinselförmigen Segmenten, die in eine Grundplatte fest eingespannt sind. Um zu verhindern, dass sich die Borsten durch die Zentrifugalkraft nach außen aufbiegen und somit ihre Wirkung verlieren, wurde ein Stützring vorgesehen. Mit dem Stützring kann außerdem die Besatzlänge durch axiales Verstellen desselben beliebig verändert werden. Damit ist es möglich, die Aggressivität der Bürste zu verändern sowie den Verschleiß der Bürste stufenlos zu kompensieren. In Bild 12.13 ist eine Maschine zum beidseitigen Entgraten von Profilschnitten abgebildet; im Beispiel ein Elektromotorengehäuse aus Aluminium. Dafür werden zwei der in Bild 12.10 gezeigten Bürstmodule eingesetzt. Um unterschiedlich lange Teile bearbeiteten zu können ist eine der Bürsteinheiten horizontal verfahrbar. Bild 12.12: Bürste mit verstellbarer Besatzlänge Werkbild RSA Bild 12.11: Weg einer Borste am Werkstück durch Planetärbewegung Quelle: RSA 207 <?page no="224"?> Bild 12.13: Profilendenmaschine mit Planetärbürsten. Werkbild RSA Bild 12.14: Unterschiedliche Bauformen von Bürsteinheiten zur Bearbeitung von Rohren und Profilen 208 <?page no="225"?> 12.2.5 Flache Bleche (Brenn- Stanz- Laserschnitte) Neben dem Entgraten von Rohren und Profilen hat sich als weiterer Bereich für spezielle Maschinen das Bearbeiten von ebenen Blechen oder Platten ergeben. Eingesetzt werden Walzen- und Topfbürsten, Schleifbänder und Schleifwalzen. Bild 12.15 zeigt den schematischen Aufbau einer Maschine zum Entgraten ebener Blechteile mit 2 Schleifbandstationen zum Vorentgraten bei starker Gratbildung, z.B. bei Graten, die durch Brennschneiden entstanden sind. Die beim Schleifen entstandenen Sekundärgrate werden in den anschließenden Stationen durch Bürsten (im Beispiel durch Topfbürsten) entfernt. Sowohl Nassals auch Trockenbearbeitung ist möglich. Um ein ausgeprägtes Schliffbild zu vermeiden, werden die Bürst- oder Schleifwerkzeuge in der Regel oszillierend eingesetzt. Die Blechteile werden auf ein Transportband aufgelegt, welches sie durch die Stationen fördert. Kleine Rollen, die als Niederhalter wirken, verhindern, dass die Teile die Transportrichtung verlieren. Für das Entgraten von Kleinteilen kann ein Magnet- oder Vakuumtisch vorgesehen werden. Bild 12.15: Schematischer Aufbau einer Entgratmaschine für flache Blechteile und Nassbearbeitung (Quelle: Bütfering) Das Bild 12.16 zeigt die Arbeitsstationen einer vergleichbaren Anlage. Die Anlage ist so konzipiert, dass durch Kassetten ein einfacher Bürstenwechsel möglich ist. Wenig aufwändig ist auch das Umrüsten von Topfauf Walzenbürsten. Es stehen Anlagen für Trocken- und Nassbearbeitung zur Verfügung. 209 <?page no="226"?> Bild 12.16: Arbeitsstationen einer Blechentgratmaschine Werkbild Bütfering Bild 12.17: Maschineneinlauf mit Blechteil (Werkbild Bütfering) 210 <?page no="227"?> 12.2.6 Hinterschnitte Ein besonderes Problem ist das Entgraten von Hinterschnitten in Bohrungen, wie z.B. Einstichen. Eine Möglichkeit neben dem zentrischen Einfahren und dann folgendem seitlichen Versetzen einer Scheibenbürste ist das Einfahren einer Topfbürste ohne Drehbewegung. Nach Erreichen der gewünschten Position wird mittels Einschalten der Drehbewegung ein Spreizen des Besatzes erreicht und damit eine Durchmesservergrößerung. Eine weitere, jedoch aufwändige Möglichkeit ist das Verwenden von Taumelvorrichtungen gemäß Bild 12.18. Bild 12.18: Taumelspindel zum Innenentgraten mit Bürsten 12.2.7 Bohrungsdurchbrüche und -kreuzungen Entgraten in Bohrungen oder Hohlräumen ist mit rotierenden flexiblen Werkzeugen, wie z.B. Bürsten, schwierig. Bei kleinen Durchmessern ist keine Verschleißkompensation möglich. Darum wird der Durchmesser der Werkzeuge mit ca. 10 bis 20 % Übermaß ausgelegt. Zwar sind Bürsten bereits ab Durchmessern von unter einem Millimeter lieferbar, jedoch sind Standzeit und Abtragsleistung gering. Vernünftige Einsatzbedingungen liegen ab Durchmessern von ca. 6 mm vor, wenn die Gratbildung nicht zu stark ist. Für diesen Fall gibt es eine ganze Palette von speziellen Werkzeugen, mit denen auch stärkere Grate entfernt bzw. Kanten angefast werden können. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass häufig Sekundärgrate zurückbleiben. Bild 12.19 zeigt eine Problemlösung für das Anfasen von Bohrungsein und -austritten. 211 <?page no="228"?> Bild 12: 19: Vor- und Rückwärtsschneider (Werkbilder Heule) rechts Funktionsschema Die Entgratschneide, der Hersteller bezeichnet sie als Entgratmesser, wird von einem unter Federdruck stehenden Steuerbolzen im Werkzeugkörper beweglich gehalten. Ein speziell geschliffenes vor- und rückwärts schneidendes Entgratmesser schneidet beim Vorwärtsfahren des Werkzeuges die gewünschte Fase A. Sobald die Fasengröße erreicht ist, fährt das Entgratmesser kontinuierlich in den Werkzeugkörper ein B. Die speziell ausgebildete Gleitpartie am Entgratmesser ermöglicht ein beschädigungsfreies Durchfahren der Bohrung. Beim Bohrungsaustritt wird das Messer über eine spezielle Steuernute durch den Steuerbolzen wieder in Ausgangsstellung gebracht C. Ohne Spindelstopp oder Drehrichtungsänderung schneidet das Werkzeug beim Zurückfahren die Rückwärtsfase. Im Eilgang kann dann das Werkzeug durch die Bohrung wieder in Ausgangsstellung gebracht werden. [2] Interessant ist, dass Bohrer mit integrierter Anfasfunktion verfügbar sind. Diamantierte Sonderwerkzeuge, die zum Entgraten von Bohrungsaustritten und Bohrungsüberschneidungen, auch in gehärteten Materialien, geeignet sind, zeigt Bild 12.20. Durch die elastische Aufspreizung des geschlitzten Werkzeugs werden auch Grate erreicht, die hinter dem Bohrungsquerschnitt liegen. Durch eine Vielzahl an möglichen Konturen (kugelig, zylindrisch usw.) können die Werkzeuge flexibel an die Entgrataufgabe angepasst werden. Die bei der Bearbeitung entstehenden Sekundärgrate müssen, sofern sie stören, durch Bürstentgraten entfernt werden. A B C 212 <?page no="229"?> Bild 12.20: Diamantierte Sonderwerkzeuge für Bohrungsverschneidungen Werkbild KADIA 213 <?page no="230"?> 13 Entgraten mit Industrieroboter Klaus Berger, Alfred Thilow 13.1 Einleitung Industrieroboter (IR), die in Europa seit über 40 Jahren als universelles Automatisierungsmittel zunehmend eingesetzt werden, zeichnen sich im Wesentlichen durch eine sehr große Flexibilität bzgl. ihrer Bewegungsmöglichkeiten beim Abfahren von frei programmierbaren Bahnen sowie durch die Übernahme von Steuerungs- und Überwachungsfunktionen der ihnen zugeordneten peripheren Einrichtungen (z. B. Werkzeuge, Greifer etc.) aus. Diese sich damals schon abzeichnende Möglichkeit des Führens von Werkzeugen entlang der zu entgratenden Konturen setzte kapitalkostenintensive Entwicklungen mit dem Ziel in Gang, noch bestehende manuelle Entgratarbeiten der Serienfertigung mit dem IR durchzuführen, um die Produktivität und damit die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. Ein weiterer entscheidender Gesichtspunkt für den Einsatz dieser Technologie war die Steigerung der Qualität. Die Steigerung der Qualität beim Entgraten mit IR gegenüber dem manuellen Entgraten wird hervorgerufen durch: - eine gleichbleibende Entgratqualität, die vor allem bei Serienfertigungen zum Erzielen einer hohen Produktqualität unverzichtbar ist; - ein andauerndes vollständiges Entgraten der Werkstücke, da der IR keine zu entgratenden Konturen auslässt. Im Gegensatz hierzu kann der Mensch bei umfangreichen Entgrataufgaben das Bearbeiten von Teilkonturen vergessen, besonders bei äußerer Ablenkung. 13.2. Methoden beim Entgraten mit IR Beim Entgraten mit IR unterscheidet man zwei Bearbeitungsmethoden: a) die Methode der Werkstückhandhabung, bei der der IR das Werkstück zu stationär angeordneten Entgratwerkzeugen führt, b) die Methode der Werkzeughandhabung, bei der der IR das an die letzte Handachse angeflanschte Entgratwerkzeug (z. B. Fräser) mit dem stationär fixierten Werkstück in Eingriff bringt. 13.2.1 Werkstückhandhabung Die Methode der Werkstückhandhabung (s. Bild 13.13) ist dann vorteilhaft, wenn viele verschiedene Werkzeuge, wie z. B. Bürsten, Feilen, Senker etc. eingesetzt werden müssen, um das Bauteil zu entgraten. Dies gilt vor allem dann, wenn die geforderten Taktzeiten gering (z. B. 30 s) sind, da bei der Werkzeughandhabung ein zeitaufwen- 214 <?page no="231"?> diger Werkzeugwechsel (jeweils ca. 10 s) notwendig wäre, um alle erforderlichen Werkzeuge zum Eingriff zu bringen. Demgegenüber werden für das Entnehmen des Werkstücks aus der Teilezuführung, sowie für das Ablegen des Werkstücks aus der Automation je nach Ausgestaltung des Greifers nur ca. 5-7 Sekunden veranschlagt. Eine Erweiterung des Entgratumfanges (z. B. zusätzliche Bohrungen entgraten) kann bei dieser Methode meist leicht realisiert werden, da ggf. nur zusätzliche Werkzeuge in die Zelle zu integrieren sind. Zusatzfunktionen, wie z. B. das Ausblasen von Spänen am Bauteil sowie ein gezieltes Messen oder Prüfen, z. B. einer Bohrung, können von derartigen Systemen übernommen werden. Die Investitionskosten solcher Zellen, die in Transferanlagen integriert sind und somit im Anlagentakt arbeiten müssen, können bedeutend geringer ausfallen, wenn es gelingt, den maschinennahen und -internen Materialfluss durch den IR zu realisieren. Die Grenzen des Einsatzes der Methode der Werkstückhandhabung sind vor allem durch das Bauteilgewicht gegeben, das auch beim Einsatz von Schwerlastrobotern ca. 100 kg nicht wesentlich überschreiten sollte, da der Bauteilmasse zusätzlich noch die Masse für Greifer und Steuerungselemente zugeordnet werden muss. Dagegen stellen Positioniergenauigkeit und Geschwindigkeit bei ordnungsgemäßer Lastdatenermittlung keine erhöhten Anforderungen an moderne Roboter. Bei größeren Werkstücken, z.B. Kurbelgehäusen, ist bei der Werkstückhandhabung eine größere Zellengrundfläche zu berücksichtigen. Eine größere Zelle kann auch für die Zugänglichkeit bei Wartungsarbeiten von Vorteil sein. 13.2.2 Werkzeughandhabung Die Methode der Werkzeughandhabung wird bevorzugt dann eingesetzt, - wenn lange, analytisch schwer beschreibbare Konturen mit einem Entgratwerkzeug (z. B. Fräser) abgefahren werden müssen, da hohe Vorschubgeschwindigkeiten und geringe Programmierzeiten mit dieser Methode einfacher zu realisieren sind als mit der Methode der Werkstückhandhabung . - wenn die Werkstückgewichte für die Werkstückhandhabung zu schwer sind, wie in dem Beispiel Windkraftzahnräder (Bild 13.1) gezeigt. Die Anordnung des Fräswerkzeuges in Verlängerung der letzten Handachse des IR ermöglicht (s. Bild 13.2) eine leichte Entkopplung der Vorschubbewegung und der Orientierung des Werkzeugs, wodurch hohe Vorschubgeschwindigkeiten und somit geringe Taktzeiten realisierbar sind. Die dabei erzielbare Qualität der Anfasung ist meist auch besser als jene, die mittels Werkstückhandhabung erzielbar ist. Sind mehrere Werkzeuge mittels Werkzeughandhabung mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen, so können Werkzeugwechselsysteme, bei denen auch der gesamte Werkzeugträger, einschließlich Antriebseinheit (Bild 13.16) ausgetauscht wird, problemlos eingesetzt werden. Zu beachten bleibt jedoch, dass die Trennstelle sowie der Schließmechanismus vor Verschmutzung durch Späne oder Staub geschützt sind. Die Werkzeugwechselzeit beträgt ca. 10 s. In Einzelfällen ist der Einsatz von Winkelgetrieben mit Hohlwellen, an deren beiden Enden unterschiedliche Werkzeuge adaptiert werden können, vorteilhaft (Bild 13.5). 215 <?page no="232"?> Bild: 13.1 Bild: 13.2 Bilder 13.1 und 13.2: Werkzeughandhabung von Fräswerkzeugen. Beidseitiges trocken Anfasen der Zahnkanten nach dem Wälzfräsen. Taktzeit ca.12 min. Gewicht der Zahnräder 1000-2000 kg. Werkbilder KADIA Wird die zu entgratende Kontur durch eine spanend bearbeitete Guss- oder Schmiedehaut gebildet, so treten Toleranzen der Lage der Gratkonturen bei Aluminiumwerkstoffen bis zu 3 mm und bei Stahlbzw. Gusswerkstoffen bis zu 13 mm in Extremfällen auf. Diese Konturtoleranzen sowie Werkstückaufspann- und Bahnfahrtoleranzen des IR müssen vom Werkzeugträger ausgeglichen werden. Mit einer definierten und steuerbaren Nachgiebigkeit der Antriebsspindel senkrecht zur Entgratkontur können Toleranzen auch ohne Sensoreinsatz ausgeglichen werden (passiver Toleranzausgleich). Die Antriebsspindel kann über einen Pneumatikzylinder abgestützt werden. Mit diesem Prinzip der "pneumatischen Feder" erhält man auslenkungsunabhängige Andruckkräfte, die in weiten Bereichen nach den jeweiligen Anforderungen eingestellt werden können. Weiterhin besteht die Möglichkeit, über programmierbare Anweisungen die Andruckkraft während der Bearbeitung zu variieren. Bei leichten Fräsaufgaben können auch flexible Antriebseinheiten eingesetzt werden, deren Spindel radial bis zu 8mm in alle Richtungen auslenken können. Damit die Spindel nicht in Fräsrichtung auslenkt, ist bei der Bewegungsrichtung auf gleichlaufende Fräser zu achten. Der Vorteil dieser Spindel liegt darin, dass auf die Umorientierung mit der sechsten Roboterachse verzichtet werden kann, was einen deutlich schnelleren Ablauf bei kleinen Konturen ermöglicht. Gleichzeitig wird die Mechanik des Roboters geschont. 13.3. Werkzeuge zum Entgraten mit IR Die Auswahl der Entgratwerkzeuge hängt wesentlich von ihrer Eignung ab, die gestellten Entgrataufgaben zu lösen, wobei die Möglichkeit der Integration in das 216 <?page no="233"?> Entgratkonzept und die Wirtschaftlichkeit ausschlaggebend sind. Im Folgenden werden anhand von Beispielen mögliche Werkzeuge vorgestellt: 13.3.1 Fräser Eine sichere Technologie zum Entfernen von Zerspanungsgraten ist das Fräsen. Zu beachten ist, dass das Trennen des Grates vom Werkstück an der Gratwurzel erfolgt. Die beim Fräsen entstandenen Sekundärgrate können, falls erforderlich, durch anschließendes Bürsten entfernt werden. Es wird i. a. im Gleichlauf gefräst (der Fräser rollt in Vorschubrichtung durch seine Eigendrehung an der Werkstückkante ab). Wenn die Grathöhen größer als 1/ 3 des Fräserdurchmessers sind, kann es vorteilhaft sein, im Gegenlauf zu fräsen, um ein Aufschwimmen des Fräsers auf dem Grat zu vermeiden. Die wesentlichen Haupteinflussgrößen auf den Entgratprozess beim Fräsen sind: - Werkstückstoff - Vorschubgeschwindigkeit - Andruckkraft ( 3- 20 N) - Fräsergeometrie und - Drehzahl (Schnittgeschwindigkeit). Die erzielbaren Vorschubgeschwindigkeiten werden bei schwierig zu beschreibenden Konturen zum einen durch die dynamischen Eigenschaften des IR begrenzt, andererseits hängen sie von der Gratausprägung sowie vom Werkstoff selbst ab. Tabelle 13.1: Richtwerte für das Entgraten mit Fräsern Werkstoff Gratausprägung bf-Gratfußbreite (mm) Erzielbare Vorschubgeschwindigkeiten von-bis (mm/ s) Stahl (zäh) schwach bf < 0,2 40-70-250 Stahl (zäh) stark 0,2 >bf > 1,5 5-30-50 Aluminiumlegierungen mittel bf < 0,4 40-80-300 Bild 13.3: Anstellung des Fräsers an die Gratkontur 217 <?page no="234"?> Bei Stahlwerkstoffen liegen die erzielbaren Vorschübe zwischen 40-200 mm/ s bei Al bis zu 300 mm/ s (s. Tabelle 13.1). Die Standmengen der bei Aluminiumwerkstücken eingesetzten Hartmetallfräser liegen nach bisherigen Erfahrungen zwischen 10.000 m und 25.000 m Gratkonturlänge. In Extremfällen konnten auch schon Standmengen bis ca. 100.000 m erreicht werden. (ca. 0,1 Cent / m Gratkontur Werkzeugverschleißkosten). Bei zähen Stahlwerkstoffen liegt dagegen die Standmenge i. a. nur zwischen 250 m und 1.200 m. (ca. 6 Cent / m Gratkontur Werkzeugverschleißkosten). Bei der Umstellung auf beschichtete Hartmetallfräser können die Standmengen beim Entgraten mit IR teilweise verdreifacht werden. Beim manuellen Entgraten ist jedoch nur ein Standmengenzuwachs von ca. 50 % zu erwarten. Zu beachten ist, dass der Einsatz von nachgeschliffenen Werkzeugen zu Schwierigkeiten führen kann, da sich deren absolute Außenkontur bzw. Schneideneingriffsgeometrie gegenüber neuen Werkzeugen verändern kann und daher möglichst vermieden werden sollte. 13.3.2 Senker Beim Entgraten von Bohrungen, deren Zugänglichkeit den Einsatz von Senkern erlaubt, werden meist dreischneidige Kegelsenker (s. Bild 13.4) mit Erfolg eingesetzt. In schwer zugänglichen Bohrungen > Ø 25 mm können Winkelsenker zum Entgraten von Querbohrungen eingesetzt werden. Eine Alternative hierzu sind Kugelfräser, wenn die Einspannlänge aus Gründen der Zugänglichkeit < 70 mm sein kann. Bild 13.4 Mehrfachwerkzeugträger zum Ansenken von Bohrungen 218 <?page no="235"?> Eine Anpassung der Schneidengeometrie zum Optimieren des Einsatzfalles ist oft unerlässlich. Ziel dabei ist es, eine schabende Bearbeitung durch die Werkzeugschneiden zur Vermeidung des Einhakens des Werkzeuges umzusetzen. Dadurch werden störende Rückbewegungen vermieden. Die Werkzeugeingriffszeit beträgt hierbei ca. 1 s. Bohrungen, die in nicht zugänglichen Hohlräumen enden, können mit Rückwärtssenkern entgratet werden. Hierbei ist eine Nachgiebigkeit senkrecht zum Senkwerkzeug vorzusehen, um mögliche Lagetoleranzen der Bohrung ausgleichen zu können. Zum Ansenken je eines Bohrungseintrittes und eines Bohrungsaustrittes mit Rückwärtssenkern benötigt ein IR im Durchschnitt ca. 6 s. 13.3.3 Bürsten Beim Einsatz von Rund- oder Topfbürsten ist eine Verschleißkompensation der Bürsten unumgänglich (Bild 13.6). Dies kann durch vorprogrammierte Änderungen der Roboterbahn erfolgen bzw. durch nachgiebige Lagerung bei Einsatz kleiner Bürsten. In der Abbildung ist der komplette Bürstenantrieb auf einem nachgiebigen Schlitten, der pneumatisch abgefedert ist, montiert. Die Anpresskraft wird über den Luftdruck eingestellt. Bild 13.6: Bürstwerkzeug zum Entgraten von Wellen mit Industrieroboter Bild: 13.5: Winkelgetriebe für 2 verschiedene Werkzeuge. Im Beispiel: 2 unterschiedliche mit Stahlborsten bestückte Topfbürsten. Werkbild: KADIA 219 <?page no="236"?> Sind die Bürsten mit Schleifnylonborsten bestückt, ist zu prüfen, ob ein möglicher Abrieb der Schleifnylonborsten von den nachfolgenden Reinigungseinrichtungen sicher entfernt werden kann. Neue Entwicklungen zeigen, dass Schleifnylon-Bürsten auch beim Entgraten empfindlicher Oberflächen aus Aluminiumwerkstoffen durch Stahldraht-Bürsten ersetzt werden können. Dabei werden vielfach große Standmengenvorteile erzielt, die sich auch in Kosteneinsparungen niederschlagen. 13.3.4 Weitere spanende Werkzeuge Zum definierten Verrunden von gratbehafteten oder scharfkantigen Konturen an teuren Präzisionswerkstücken werden oft oszillierende Feilen eingesetzt, die der IR entlang den zu bearbeitenden Kanten führt. Beispiele hierzu sind Gewehrverschlüsse oder Spielzeugeisenbahnen. Zum Entgraten von Werkstücken aus Polyurethan werden Ein- oder Mehrschneider eingesetzt, deren Schneidengeometrien in besonderem Maße an den jeweiligen Einsatzfall anzupassen sind. In Einzelfällen ist zuvor ein temporäres Verspröden des Polyurethans durch kurzzeitiges Unterkühlen notwendig. Zum Entgraten von Sandkernen, die eine empfindliche Oberfläche besitzen, können nachgiebig gelagerte oszillierende Schraubenfedern eingesetzt werden, die das überschüssige Material schabend entfernen, ohne die Funktionsflächen zu beschädigen. Schleifbänder werden bevorzugt eingesetzt zum Verputzen von Primärgraten, z.B. an Armaturen, wenn der Gussgrat nicht stark ausgeprägt ist und die abzutrennende Gratwurzel mit der angrenzenden Oberfläche zu egalisieren ist. In der Regel wird dabei die Methode der Werkstückhandhabung realisiert. Eingesetzt werden Bandschleifaggregate, die speziell für den Industrierobotereinsatz ausgelegt sind. Zum Ausgleich der Toleranzen sind die Bänder oft nachgiebig gelagert und können automatisch gewechselt werden. Im Anschluss an derartige Schleifoperationen erfolgt oft ein Polieren mit Bändern oder Bürsten. 13.4 Verfahren zum Entgraten mit Industrierobotern 13.4.1 Hochdruckwasserstrahl Seit Mitte der 70er Jahre wird der Hochdruckwasserstrahl in der industriellen Produktion eingesetzt. Jedoch erst seit Ende der 90er Jahre werden Roboter zum Reinigen und Entgraten mit Hochdruckwasserstrahl in Serien-Produktionsanlagen verwendet. Dabei werden anhaftende Grate mit dem Wasserstrahl abgeschossen. Dies gelingt umso besser, je intensiver der Strahl auf den Grat auftrifft. In der Regel hält der IR die Werkstücke und führt sie entlang der Strahlwerkzeuge. Dies können zum flächenhaften Strahlen Düsenbalken, in die Flachstrahldüsen oder rotierende Düsenträger (s. Bild 13.7) in die Rundstrahldüsen eingebaut sind, sein. Zum Entgraten von Bohrungsverschneidungen werden Lanzen eingesetzt. 220 <?page no="237"?> Bild 13.7: Methoden zum Hochdruckwasserstrahlen Zum Schutz des IR werden 2 unterschiedliche Konzepte eingesetzt. Der IR wird außerhalb der eigentlichen Spritzkabine montiert und von dieser von einer gummiartigen, nachgiebigen Abdeckung gegen Spritzwassereinwirkung (siehe Bild 13.8) geschützt. Vorteilhaft dabei ist, dass der IR für Wartungsarbeiten leicht zugänglich ist und eine Gefährdung durch eindringendes Wasser in die mechanischen und elektrischen Komponenten minimiert ist. Bild 13.8: Hochdruckwasserstrahl-Entgraten von Schiebergehäusen mit IR 221 <?page no="238"?> Eine weitere Möglichkeit zum Schutz des IR besteht darin, ihn in eine neoprenartige Hülle zu stecken, die innen mit getrockneter Luft gespült wird, um Kondenswasser von der Roboteroberfläche zu verdunsten. Bei dieser Anordnung steht der IR vollständig in der Schutzkabine. Roboteranlagen zum Hochdruckwasserstrahlen werden in der Regel dann eingesetzt, wenn eine sehr große Flexibilität bzgl. der unterschiedlichen zu strahlenden Oberflächen besteht. Hier kann der IR ideal seine Bewegungsflexibilität zum Abfahren verschiedenster Bahnen ausnutzen. Ebenso können andere Werkzeuge wie z. B. Bürsten integriert werden. Im Zuge verstärkter Anstrengungen, die Bauteilsauberkeit in Aggregaten des Automobilbaus zu erhöhen, wird diese Technologie in zunehmendem Maße eingesetzt. 13.4.2 Gleitschleifen Eine interessante Alternative zu dem bekannten Schleppgleitschleifen (siehe Kapitel 3) zeigt Bild 13.9. Die als Surf-Finishing bezeichnete Technologie eignet sich besonders für hochwertige und geometrisch komplexe Bauteile (Bild 13.10). Bei der auf dem bewährten Schleppschleifen basierenden Gleitschliff-Technologie erfolgt das Teilehandling durch einen oder mehrere 6-Achs-Knickarmroboter. Der Roboter entnimmt das zu bearbeitende Werkstück mit einem teileangepassten Greifsystem von der Zuführung und taucht es in den mit Schleifmedium gefüllten rotierenden Arbeitsbehälter ein. Durch entsprechende Bewegungen und Ausrichtungen des Werkstücks in der rotierenden Schleifkörpermasse können unterschiedlich starke Verrundungen am Werkstück realisiert werden. Bild 13.9: Surf-Finish-Anlage. Werkbild Rösler 222 <?page no="239"?> Die Möglichkeit, Bearbeitungsprogramme in der Anlagensteuerung zu hinterlegen, macht die Surf-Finishing-Technologie hochflexibel. Abhängig von der Auswahl des Bearbeitungsmediums, der Prozessart (Trocken- oder Nassbearbeitung), der Rotationsgeschwindigkeit des Arbeitsbehälters und der Bewegung, sowie dem Eintauchwinkel des Werkstücks, reicht das Anwendungsspektrum von aggressivem Entgraten und Verrunden über intensives Schleifen bis hin zum Hochglanzpolieren. Dabei können Ra-.Werte unter 0,04 m erzielt werden - und dies vollautomatisch auch an definierten Bauteilbereichen [8]. 13.5. Anlagenkonzepte, Problemlösungen 13.5.1 Kleine bis mittelgroße Werkstücke Für dieses Werkstückspektrum und auch für kleinere Stückzahlen aber immer wiederkehrender Serienteile haben sich kompakte Entgratzellen (Bild 13.11) bewährt, die nach dem Baukastenprinzip zusammengestellt und erweitert werden können. Bild 13.11: Baukasten-Roboter-Entgratzelle. Werkbild: WMS Bild 13.10: Musterteilespektrum. Werkbild: Rösler 223 <?page no="240"?> In Bild 13.12 ist ein in der Praxis bewährtes Baukastensystem abgebildet. Es zeigt zwei Kabinengrößen mit vorinstallierten Werkzeugantrieben sowie unterschiedliche Werkstückzufuhreinrichtungen. Bild 13.12: Baukastensystem für Roboterzellen. Werkbild WMS Die Zellen können je nach Bedarf oder Kundenwunsch mit Robotern verschiedener Hersteller bestückt werden. Der Vorteil eines Baukastens liegt darin, dass der Planungsaufwand relativ gering ist und eine Problemlösung schnell realisiert werden kann. Das Gleiche gilt, wenn die Zelle für ein neues Werkstück umgerüstet werden muss. Bild13.13 zeigt den Arbeitsraum mit verschiedenen Werkzeugantrieben, die mit unterschiedlichen Werkzeugen bestückt sein können. Für das Entgraten der Gusskonturen an dem Gehäuse werden nachgiebige Spindeln eingesetzt, die radial in alle Richtungen auslenken können. In dem gezeigten Beispiel ist die Zelle mit Druckluftantrieben bestückt. Laut Hersteller sind aber auch Elektroantriebe möglich. Die Druckluftzufuhr und Abluft, aber auch Sensorleitungen werden je Antrieb in einer mit einem Flansch versehene Rohrleitung geführt. Dadurch wird ein Wirrwarr von Kabeln und Schläuchen verhindert und die 224 <?page no="241"?> Reinhaltung des Arbeitsraums erleichtert. Die Antriebe sind auf dem Rohrleitungsflansch montiert. Unter den Antrieben befindet sich eine Auffangwanne für die Späne. Bild 13.13: Arbeitsraum der Zelle. Werkstückhandhabung. Werkbild: WMS 13.5.2 Große Großserienteile mit komplexen Konturen Großserienteile wie Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse und Kurbelwellen werden heute in der Regel in hochflexiblen Roboterzellen entgratet. Der Roboter übernimmt dabei Bearbeitungsaufgaben ebenso wie den Teiletransport, wenn eine Werkstückhandhabung möglich ist. Bild 13.14 zeigt das Entgraten von LKW-Zylinderköpfen nach der Methode der Werkstückhandhabung. Die Taktzeit beträgt ca. 3 min. Bearbeitungsumfang: Nass Bürstentgraten der Brennraumseite, der Haubenseite, den Stirnseiten sowie der Ölbohrungen. Nach der Entnahme aus der zuführenden Automation führt der Roboter zunächst verschiedene Bearbeitungen an den fest installierten Bürsteinheiten durch. Rechts im Bild unten ist eine Planetenkopfeinheit für die Bearbeitung der großen Flächen zu sehen. Bei dieser Bearbeitung treten höhere Kräfte auf, für die der Roboter aufgrund seiner Nachgiebigkeit nicht geeignet ist. Der Zylinderkopf wird deshalb in eine Spannvorrichtung abgelegt und durch CNC gesteuerte verfahrbare Bearbeitungseinheiten entgratet. Anschließend wird der Zylinderkopf wieder an die Automation übergeben. 225 <?page no="242"?> Bild 13.14: Entgraten von LKW-Zylinderköpfen. Werkbild KADIA Bild 13.15: Entgraten von PKW-Zylinderköpfen. Werkbild KADIA 226 <?page no="243"?> Eine Entgratzelle für das Entgraten von PKW-Zylinderköpfen zeigt Bild 13.15. Die Taktzeit beträgt ca. 50 s. Bearbeitungsumfang: Nassbearbeitung der Brennraumseite, der Haubenseite, der Stirnseiten und der Auslassseite. Die Zelle ist Teil einer hochflexiblen Fertigung für 3 Zylinderkopftypen, die im chaotischen Betrieb gefertigt werden. Die Zylinderköpfe sind auf Werkstückträger montiert und werden so der Entgratzelle zugestellt. Der L-Greifer des Roboters ist mit Nullpunkt-Spanntöpfen bestückt, welche die Werkstückträger mit den unterschiedlichen Zylinderköpfen aufnehmen. Dadurch ist eine große Flexibilität gewährleistet. Der Datentransfer erfolgt über Schiebregister. Schutzkappe für Trennstelle aufklappbar Bild 13.16 Roboterzelle für LKW Zylinderkurbelgehäuse. Werkbild KADIA Bild 13.16 zeigt eine Roboterzelle für LKW Zylinderkurbelgehäuse mit Werkzeugmagazin. Taktzeit 3 min. Bearbeitungsumfang: Nassbearbeitung durch Bürsten der Ölbohrungen, der Kurbelwellenbohrung, der Zylinderbohrung sowie der Stirnseiten. Auf der Ablage vorne und hinten sind die elektrisch angetriebenen Werkzeuge mit den Bürstlanzen zu sehen, mit denen die Ölbohrungen entgratet werden. 227 <?page no="244"?> 13.5.3 Nfz-Achsschenkel Die Anlage zum Entgraten von 26 verschiedenen Achsschenkeln für Nutzfahrzeuge ist an eine Transferstraße direkt angebunden. Die Werkstücke werden von einem Portallader über ein Werkstückspannfutter (s. Bild 13.17) gefahren. Die an der Entgratzelle montierte und frei programmierbare Linearachse greift, dreht und positioniert den Achsschenkel im Spannfutter. Der Drehtisch schwenkt das Werkstück vor die Arbeitsposition des IR, der die Achsschenkel mit Hilfe eines zur Achse 6 des IR verstellbaren und nachgiebig gelagerten patentierten Fräswerkzeuges entgratet. Bild 13.17: Entgraten von Nfz-Achsschenkeln mit einem flexibel anstellbaren Entgratwerkzeug 13.5.4 Gussputzen von Bauteilen aus Aluminium-Druckguss Das Verputzen von Druckgussbauteilen aus Aluminium beginnt oft nach dem Absägen oder Abschlagen des Kreislaufmaterials mit Stanzoperationen in Entgratpressen. Danach erfolgt dann oft ein manuelles Entfernen der Grate (Verputzen der Werkstücke). Diese manuellen Tätigkeiten können heutzutage oftmals mittels Industrieroboter durchgeführt werden. Im Gegensatz zum Entfernen von Graten, die durch spanende Bearbeitung entstehen, sind die Gussgrate oft viel stärker ausgeprägt. Hinzu kommt, dass deren Lage größere Toleranzen aufweisen, die vom Industrieroboter oder einer intelligenten Werkzeuglagerung kompensiert werden muss. Beispielhaft hierfür ist das Gussputzen von Steuergehäusen von V-Motoren wie in Bild 13.18 dargestellt. Nach dem automatisierten Entgraten erfolgt dann häufig noch ein Trockenstrahlvor- 228 <?page no="245"?> gang zum Entfernen noch restlicher anhaftender Flitter, die eine Folge von Formbrandrissen oder Bearbeitungsrückständen sind. Bild 13.18: Gussputzen von Steuergehäusedeckeln aus Aluminiumdruckguss mit nachgiebig gelagerten Entgratwerkzeugen 13.5.5 Gussputzen von Bauteilen aus Aluminium-Kokillenguss Das Verputzen von Kokillengussbauteilen aus Aluminium, die teilweise auch in Sand abgeformt werden, wird in Serienproduktionen meist automatisiert mit Hilfe von IR durchgeführt (s. Bild 13.19). Nach dem Entsanden wird das Kreislaufmaterial oft an Bandsägen oder mittels Fräsens mit Messerköpfen mit Arbeitsdurchmessern bis zu 300 mm abgetrennt, um anschließend noch restliche Verputzbzw. Entgratarbeitsgänge mit Fingerfräsern durchzuführen. Zum Vermeiden des Zuschmierens der Werkzeuge erfolgt in der Regel eine Minimalmengenschmierung durch feinstes Zerstäuben von Fettalkoholen. Die Automatisierung derartiger Arbeitsvorgänge mit IR in Serienproduktionen ermöglicht deutliche Kostenreduzierungen gegenüber einer konventionellen Automatisierung dieser Arbeitsvorgänge. 229 <?page no="246"?> Bild 13.19: Gussputzen von Zylinderköpfen aus Aluminium-Kokillenguss 13.6 Planen von Roboter-Entgratanlagen Folgende Vorgehensweise ist empfehlenswert: a) Definition der Entgratumfänge unter Berücksichtigung vorhergehender Bearbeitungsverfahren und der Bearbeitungsfolgen. Die Gratausprägung sollte in den auftretenden Grenzen bekannt sein. b) Festlegen der geforderten Qualität, wenn notwendig an jeder einzelnen zu entgratenden Kontur. In kritischen Fällen empfiehlt sich das Festlegen von Messkriterien und -größen zur Beseitigung möglicher Unklarheiten bezüglich der Entgratqualität. c) Erstellen eines Konzeptes zum Entgraten des Werkstückes unter Berücksichtigung aller notwendigen Werkzeuge, eventuell notwendiger Werkzeugwechsel sowie der Zugänglichkeit zum Werkstück. Abschätzen der zu erwartenden Taktzeit. d) Das Durchführen, zumindest jedoch von Stichversuchen, wird dringend empfohlen, wenn der Anwender über keine fundierten Erfahrungen beim Entgraten des bestimmten Werkstücktyps verfügt. Können keine eigenen Versuche durchgeführt werden, besteht meist bei Anlagenherstellern die Möglichkeit, derartige Versuche gegen Entgelt durchführen zu lassen. e) Vor Inbetriebnahme einer IR-Entgratanlage ist eine Schulung des Bedien- und Instandhaltungspersonals vorzusehen, wenn zumindest in der Robotertechnik keine großen Anwendererfahrungen vorhanden sind. Der wirtschaftliche Erfolg 230 <?page no="247"?> hängt bei einer technisch gut funktionierenden IR-Entgratanlage entscheidend vom qualifizierten und motivierten Bedien-, Einricht- und Instandhaltungspersonal ab. 13.7 Praxiserfahrungen beim Entgraten mit IR 13.7.1 Wirtschaftlichkeit Vergleicht man das manuelle Entgraten mit jenem mittels IR, so kann aufgrund vieler Untersuchungen festgestellt werden, dass die Bearbeitungszeit mit IR meistens zwischen 50 % und 70 % der für das manuelle Entgraten bezahlten Zeit beträgt. Die Amortisationszeiten bei vollautomatisierten IR-Entgratanlagen liegen bei zweischichtiger Nutzung zwischen 1 und 3 Jahren. Die Investitionen für eine vollautomatisierte IR-Entgratzelle, sind von der Robotergröße und der Bearbeitungsaufgabe abhängig. Die technische Verfügbarkeit bei IR-Entgratanlagen liegt zwischen 90% und 97%. Periphere Komponenten um den IR fallen dabei am häufigsten aus. Die Verfügbarkeit der IR ist in der Regel > 99%. Für Instandhaltungsaufwendungen sind jährlich für derartige Anlagen ca. 3%-6% der Investitionssumme zu kalkulieren. Die Verschleißwerkzeugkosten sind ca. 30%-50% geringer als beim manuellen Entgraten. 13.7.2 Programmieren der IR Der Aufwand zum Erstellen von optimierten Bearbeitungsprogrammen ist heute nicht sehr hoch. Moderne Robotersteuerungen haben Touchscreen-Bedienoberflächen für die Onlineprogrammierung. Graphisch orientierte Programme arbeiten mit Bildsymbolen, die das Eintippen komplizierter Befehlstexte überflüssig machen. Anstatt lange Programmzeilen zu schreiben, wie es früher üblich war, wählt der Benutzer einfach aus einer Funktionsbausteinbibliothek das passende Bildsymbol aus und fügt es an die entsprechende Stelle eines Flussdiagramms ein. Roboterkenntnisse sind dazu nicht notwendig. Innerhalb kürzester Zeit können sowohl Programmieranfänger als auch fortgeschrittene Bediener den Roboter per Touchscreen steuern. Dabei vollzieht der Roboter die Bewegungen synchron nach, die der Benutzer mit dem Finger auf dem Touchscreen vorgibt. Die Ausführung der Roboterbewegung, die Bereitstellung von Safety-Funktionen und weitere roboterspezifische Funktionen übernimmt ebenfalls die Robotersteuerung [9]. Noch mehr Komfort besteht durch die Möglichkeit, Roboter in einer virtuellen Arbeitsumgebung graphisch Offline zu programmieren und zu simulieren. 13.7.3 Flexibilität der IR Vorteile durch die hohe Flexibilität zeigen sich in der Möglichkeit, den Entgratumfang individuell den Bedürfnissen anzupassen, die sich im Laufe einer mehrjährigen Se- 231 <?page no="248"?> rienfertigung in Folge des Optimierens von Zerspanungswerkzeugen ergeben. In vielen Fällen können die Entgratanlagen nach einfachen Umbaumaßnahmen für andere Werkstücke eingesetzt werden. Dieser Aspekt wird zunehmend interessanter, wenn die immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen jene der Produktionsmittel um ein Vielfaches unterschreiten. 13.7.4 Zusammenfassung und Ausblick Der Einsatz von Industrierobotern beim Entgraten hat sich in der Großserienfertigung, teilweise aber auch bei Kleinserien aufgrund positiver Ergebnisse aus technischer und wirtschaftlicher Sicht bewährt. Mit den aufgezeigten Methoden des Entgratens mit IR wurde eine Möglichkeit geschaffen, automatisiert Werkstücke zu entgraten, für die es zuvor keine wirtschaftlich automatisierbaren Entgratverfahren gab bzw. Verfahren zu ersetzen, die bisher nur mangels besserer Alternativen ausgewählt worden waren. Aufgrund des Preisverfalls bei IR und der gleichzeitigen Leistungssteigerung der IR und der Steuerungen, die einen Verzicht von zusätzlichen SPS-Steuerungen an den Anlagen ermöglichen, hat diese Technologie verstärkt Einsatz in der Mittel- und Großserienfertigung gefunden, insbesondere bei der Substitution von Handentgratarbeitsplätzen. Können neben dem Entgraten zusätzlich Handhabungsaufgaben, wie z. B. das Be- und Entladen von Maschinen übernommen werden, ist der Einsatz von IR aus wirtschaftlicher Sicht noch interessanter. Das dem Entgraten artverwandte Gussputzen mit Industrierobotern zum Entfernen von großen, in ihrer Ausprägung jedoch stark schwankenden Gussgraten, wird zunehmend verstärkt eingesetzt. Mit der beschriebenen Technologie können große Rationalisierungspotentiale freigesetzt werden. 13.8 Entgraten von Gusskonturen auf CNC-Maschinen Generell, aber auch für kleine Losgrößen von Werkstücken, für die sich die Investition eines Roboters nicht lohnt, kann das Entgraten von Gusskonturen auf einer CNC- Maschine die Lösung sein. Meistens handelt es sich hierbei um Gussgehäuse, bei denen z.B. durch eine Fräsoperation die Gusskontur angeschnitten wird. Dabei entstehen, bedingt durch die Gusstoleranzen, undefinierte Kantengeometrien. Das Entgraten dieser Kanten erfordert wie beim Roboterentgraten (siehe 13.2.2) eine Frässpindel, die radial bis zu mehreren Millimetern auslenken kann. Ein Hersteller bietet hierfür verschiedene Werkzeuge an, die direkt von der Werkzeugmaschinenspindel angetrieben werden. Aufgrund der kompakten Bauform können diese Werkzeuge (Bild 13.20) wie ein konventionelles Bearbeitungswerkzeug eingesetzt werden. Es wird zu den anderen Werkzeugen im Werkzeugmagazin der CNC-Maschine abgelegt und automatisch über den Werkzeugwechsler einbzw. ausgewechselt. 232 <?page no="249"?> Bild 13.20: Auslenkbare Frässpindel mit Konus für den Einsatz in CNC-Maschinen. Werkbild: Gravostar 233 <?page no="250"?> Literaturverzeichnis Kapitel 2 [1] Schäfer, F.: Entgraten - Theorie, Verfahren, Anlagen. Mainz: Krausskopf- Verlag 1975 [2] Schäfer, F.: Untersuchungen zur Gratbildung und zum Entgraten, insbesondere beim Umfangsstirnfräsen. Diss. Universität Stuttgart 1976 [3] DIN 6784/ 5: Werkstückkanten; Begriffe, Zeichnungsangaben [4] N.N.: Kantenausführungen, Entgraten; Anwendungen von DIN 6784 und DIN 6785. MAN Technologie GmbH, Abt. TRP, Augsburg [5] Schäfer, F.: Entgrattechnik, expert verlag 2.,3.,4. Auflage. [6] Aurich J. C., Wiese, M. FBK, TU Kaiserslautern: Gratbildung und Gratmessung beim Bohren. WB 12/ 2004 [7] MAV Fachartikel 08.09. 2006: Gratbeherrschung in der Bohrungsbearbeitung mit Wedeschneidplatten-Bohrern [8] Rainer Link. Gratbildung und Gratreduzierung beim Zerspanen mit geometrisch definierter Schneide.O+P-Ölhydraulik und Pneumatik 35 (1991) Nr.8. Abschlussbericht: Strategien zur Gratvermeidung bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. WZL der RWTH Aachen [9] Biermann, Dirk und Heilmann, Markus, ISF Dortmund: Gekühlt zu höherer Güte, Carl Hanser Verlag, München, WB 7-8/ 2009 [10] Schönherr, J. TU Chemnitz 2008: Bohrgratbildung an partiell gehärteten Werkstücken. [11] Abschlussbericht: Strategien zur Gratvermeidung bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. WZL Aachen 1991 [12] Scherer, Josef. Prozessinnovationen durch ultraschallunterstützte Bearbeitung. Westsächsische Hochschule Zwickau (FH). [13] Biermann, Dirk und M.Sc. (eng.) Ekrem Özkaya. Experimentelle und numerische Untersuchung der Gratbildung beim Mikrofräsen. Institut für spanende Fertigung, TU Dortmund (2012) [14] Weinert, Klaus. Produktivität in der spanenden Fertigung [15] Gratminimierung bei der Fräs- und Bohrbearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe. WZL der RWTH Aachen (1992-1994). Prof.Dr.-Ing. Dr. h. c. mull. W.König [16] Neugebauer,R. Simulation von Span- und Gratbildung zur Qualitätserhöhung beim Bohren. Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Chemnitz 2008 [17] Neugebauer, R. Modellierung, Simulation und experimentelle Verifikation von Größeneinflüssen bei der Gratbildung. Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Chemnitz 2009 [18] Horn, Michael. Steinbeis Transferzentrum TzPW Horgau. Vibrationen mit Potenzial. WB 10/ 2008 [19] Henk van den Berg, Klaus Dreyer,Hartmut Wetphal. Richtig auswählen. WB Jahrg. 133 (2000) 12 [20] M.Müller. Zerspankraftkomponenten und ihre Einflußgrößen beim Fräsen. Wt- Z. ind. Fertig. 74 (1984) 73-76. 234 <?page no="251"?> Kapitel 3 [1] W. Beisel: Entgraten von Gummiformteilen, Werkstatt und Betrieb 103 (1970) Nr. 11 S. 855 ff [2] Dreher, M.: Fortschritte, bzw. Entwicklungstendenzen bei der Oberflächenbearbeitung in Trommeln, Vibratoren und Fliehkraftgeräten Galvanotechnik 65 (1974) Nr.3 S. 237 ff [3] Körber, R.: Stückgutbewegung in Tellerrührern, Dissertation an der Universität, Gesamthochschule Essen, Fachbereich 13 (1989) [4] Hinz, H.E.: Die Fliehkraftanlage als Gleitschliffanlage Galvanotechnik 67 (1976) Nr. 3 [5] Machhein, R.: Der Abtragvorgang beim Gleitschleifen, Diplomarbeit an der Berg. Universität Wuppertal, Fachbereich 12 (1988) [6] Hinz, H.E.: Schleifkörper und ihre Wirkung, Galvanotechnik 64 (1973) Nr.3 S. 216 ff, Galvanotechnik 64 (1973) Nr.8 S. 682 ff [7] Prüller, H.: Chemisch beschleunigtes Gleitschleifen, JOT (1991) Nr.8 S. 50 ff [8] N.N. Rösler Oberflächen GmbH Kapitel 5 [1] Mauz, W.: Elektrochemisches Formentgraten. Werkzeugmaschine international-wi - Jahrg.1971, Nr.1 [2] Thilow, A.: Elektrochemisches Formentgraten für die Serienfertigung. Ingenieur Digest, Heft 10/ 1979 [3] Thilow, A.: Elektrochemisches Formentgraten - ein Entgratverfahren auch für hochwertige Aluminiumteile. Aluminium-Verlag GmbH. Jahrgang 59 (1983) Heft 5, S. 338-341 [4] Bilder ohne Kennzeichnung: Robert Bosch GmbH Kapitel 6 [1] Wagner, T.: Thermisch-chemisches Entgraten. Untersuchung der sicherheitstechnischen Grundlagen und der werkstoffbezogenen Anwendungskriterien. Krausskopf-Verlag [2] Hermann Müller und Thomas Wagner: Thermisch-chemisches Entgraten: Grenzen des Verfahrens und Entwicklungstendenzen. Maschinenmarkt, Würzburg, 82 (1976) 42, S. 746-749 [3] Ulbricht, W.: Das themische Entgraten und seine wirtschaftliche Anwendung. Werkstattstechnik-wt-, 64 Jahrg. (1976) Heft 5, S. 273-276 [4] Thilow, A.: Thermisches Entgraten von komplizierten Werkstücken aus Aluminium. Aluminium-Praxis, 59. Jahrg. (1983) 11, S. 823-826 [5] Bilder ohne Kennzeichnung: Robert Bosch GmbH Kapitel 10 [1] A. Markert GmbH: Textteil aus Prospektblatt 235 <?page no="252"?> Kapitel 9 [1] Klaus Przyklenk: Bestimmen des Bürstverhaltens anhand einer Einzelborste. Fraunhofer-Institute IPA und IAO. Springer Verlag. Band 87. ISBN 3-540- 15956-8 Kapitel 10 [1] Warnecke, H. J. und Przyklenk K.: Grundlagenversuche zum Verhalten von Stahldrahtbürsten. WT-Zeitschrift für industrielle Fertigung 74 (1984) s. 171- 174 [2] Europäisches Patent Nr. 0072374 „Verfahren zum Besetzen von metallischen Bürstwerkzeugen mit Schleifmittelteilen und danach hergestelltes metallisches Bürstwerkzeug“. Patentblatt 86/ 10; 5.3.86 Kapitel 12 [1] Flores, : Vortragsmanuskript, Technische Akademie Esslingen 1992 [2] Heule Prospekt 2005 Kapitel 13 [1] Gillespie LaRoux K.: Deburring and Edge Finishing Handbook, Dearborn, Michigan, USA, 1999 by Society of Manufacturing Engineers, ISBN 0-87263- 501-5 [2] Berger, K.: Neue Entwicklungen und Anwendungserfahrungen beim Hochdruck-Wasserstrahl- Entgraten, Tagungsband der Konferenz „Laser- und Wasserstrahltechnik“, Sindelfingen, 1999 [3] Berger, K.: Developments in High-Pressure Water Jet Deburring, Deburring and Surface Finishing Conference, San Francisco, USA, 1998 [4] Berger, K.: Praxiserfahrungen und Trends beim Entgraten am Beispiel eines Automobilherstellers, Fachtagung - Entgraten und Oberflächenbearbeitung, Bad Nauheim, 1997 [5] Berger, K.: Deburring Trends Report by an Automotive Manufacturer, 4. Internationale Fachtagung über Entgraten und Oberflächenfeinbearbeitung, Bad Nauheim, 1996 [6] Ahlbehrendt, N.: Sensorbasiertes System für den online - Ausgleich von Fertigungstoleranzen für bahngesteuerte Werkzeugmaschinen und Roboter, Sachbericht zum Förderprojekt des BMfWT Reg. Nr. 198/ 02, GFaI - Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V., Berlin, 2004 [7] Anders, M.: Robotergeführtes Entgraten von Gusswerkstücken mit prozessparalleler Sensortechnik, München, Wien, Hanser, 1996 [8] Klumpp, W.; Zanke H.: Entgraten mit Industrierobotern, Werkstatttechnik 77, 1987, S. 383 - 387 [9] N.N. KUKA Prospekt 236 <?page no="253"?> Stichwortverzeichnis A Abscheren ................................47, 196 Abschleudern..................................160 Abschrecken.....................................47 Absetzbecken ...........................82, 116 Abtragsraten .....................................92 Abwasserverträglichkeit....................78 Amplituden................................63, 164 Anbohren ..........................................36 Anfasen ............................31, 211, 216 Anodenkontakte..............................110 Ansenken .........................................219 Anstellwinkel...................................178 Arbeitsspalt.....................108, 109, 110 Arbeitstemperatur .....................99, 142 Aufbohren .........................................35 Ausschleppung .................................99 B Badbewegung...................................99 Bearbeitungsspalt ...........................108 Bearbeitungsspannung...........108, 110 Beispiele .................................201, 204 Beizen...................................78, 79, 80 Beizsystem .......................................80 Besatzarten ....................................182 Besatzlänge....... ....173, 174, 182, 185, 187, 207 Besäumen ......................................154 Beschichtungen ..............................163 Blausprödigkeit ...........................45, 51 Bohrdeckel........................................36 Bohren ........ 30, 35, 36, 49 - 52, 57, 58 Bohrversuche ...................................47 Borcarbid ........................................141 Borstendurchmesser ..............172, 185 Borstenmantelfläche .......................171 Borstenqualitäten............................183 Borstenspitze.. 171, 172, 174, 175, 178 Brenngase ......................................123 Bürsten .... 15, 88, 169 - 173, 177, 178, 180 - 186, 188 - 191, 201, 203, 209, 211, 214, 217, 219, 220, 222, 227 Bürstenanordnung ..........................179 Bürstendurchmesser ......................173 C CBN Schleifscheibe ....................... 194 Centerless-Entgratmaschine ..203, 204 Chemisches Glätten ........................ 80 Chromsäure ..................................... 99 Compound ....................................... 85 CSB-Wert ...................................82, 84 D Dauerfestigkeit..................91, 100, 107 Dauermagnete ............................... 147 Deckschicht ..................................... 96 Diamanttastspitze .......................... 198 Diffusion........................................... 94 DIN ISO 13715 ...........................30, 56 Direkteinleiter................................... 82 Dosierzylinder ................................ 130 Drahtdurchmesser ......................... 173 Drehen ..........................31, 32, 35, 171 Druckfließläppen......21, 136, 143, 144, 145, 166 Druckspannungen.......................... 177 Druckübersetzerpumpen ............... 153 Durchbruchgrat ................................ 36 Durchflussmengen......................... 153 Durchlaufanlage..........................68, 69 Durchlichtprojektor......................... 197 Düsenbalken .................................... 220 Düsenbauarten .............................. 154 Düsendurchmesser.................153, 154 Düsenträgerplatte .......................... 160 Düsenwechselsystem .............158, 160 E Eckenradius ..................................... 52 Eigenspannungen...................177, 178 Eingriffsbedingungen ..................... 173 Eingriffsrichtung ............................. 171 Einleiten von Abwasser ................... 81 Einzelborste ............................171, 173 Elektrochemisches Formentgraten ... 9, 107 Elektrochemisches Konturbearbeiten ................................................... 119 237 <?page no="254"?> Elektrolyse ................................94, 108 Elektrolytaggregat...........113, 116, 121 Elektrolytkonzentration ...................108 Elektrolytlösung 83, 107, 109, 110, 116 Elektrolytreinigung ..........................116 Elektropolieren...... .....91 - 96, 99, 100, 102 -105 Emulsion.....................49, 78, 117, 201 Endoskop........................................197 Entgratkammer ...... 122, 123, 129, 130, 132, 135 Entgratmesser ................................212 Entgratschäfte ................................194 Entgratvorrichtungen ......110, 111, 112 Entgratzelle.... 199, 200, 223, 227, 228, 231 Entscheidungskriterien .......................2 Erdgasverdichter ............................134 Europäisches Patent Nr..................184 F Fächerschleifräder ..........................195 Faraday-Gesetz ................................92 Feilen 32, 105, 169, 192, 195, 214, 220 Feilscheibe .............................169, 195 Feinschleifen mit Ultraschall ...136, 164 Filterkuchen ............................116, 121 Filterpresse.......................84, 113, 116 Flachstrahldüsen ............................155 Fliehkraftanlagen ..............................66 Fließspannung..............44 - 48, 51, 53 Flittergrate ......................127, 156, 157 Flockung ...................78, 82, 83, 84, 85 Flockungsanlagen ............................83 Flügelgrat..........................................36 Fördermenge ..................................154 Formänderungsfestigkeit ............44, 51 Fräsen ..... 18, 32, 35, 37, 58, 144, 155, 169, 171, 192, 193, 202, 217 Fräswerkzeuge ...............................193 Freiwinkel .......................................172 G Galvanisieren..............................77, 91 Gasbehälter ....................................134 Gasdosiersystem ............................130 Gasladung ......................................125 Gasturbulenzen ..............................133 Gasversorgung ...............................134 Gegenlauf ........... 34, 39, 172, 193, 217 Generator ...............................113, 115 Geräuschemission ......................87, 88 Gewellte Stahldrahtborsten ........... 183 Gitterstruktur .................................... 47 Gitterveränderungen ........................ 45 Glasbruch ...............................155, 162 Gleichlauf....................37, 38, 193, 217 Gleichstromspannung .................... 100 Glocke ..........................63, 64, 71, 129 Glyzerin ......................................... 164 Graphiteinschlüsse ........................ 101 Gratausprägung ........................217, 230 Gratbildung.......1, 5, 30 - 50, 52 - 60, 124, 161, 171, 209, 211 Gratdicke ............................1, 5, 14, 15 Gratdimensionen ........................51, 52 Gratfreiheit ........................56, 122, 124 Gratfuß ...........31, 35, 39, 93, 169, 195 Gratfußbreite.........39, 43, 55, 198, 217 Gratminimierung ..2, 30, 31, 35, 37, 38, 44, 45, 47, 49, 50, 57 Gründe für das Entgraten .........55 - 57 Gussputzen.....169, 228, 229, 230, 232 H Hacken, Hackentgraten ..........169, 195 Haltevorrichtungen......................... 133 Hämmerwirkung............................. 164 Handentgratoperationen ................ 168 Hartbearbeitung ............................... 47 Härten .............................................. 46 Hauptschnittfläche ........................... 42 Heizwert......................................... 135 Hochdruckwasserstrahlen .....136, 155, 161, 163, 220, 221 Homogenität .................................... 97 HPC ................................................. 45 HSC ............................................45, 48 Hydratisierung.................................. 94 Hydroxide .......................106, 107, 116 Hydroxyl-Ionen............................... 107 I Indirekteinleiter ................................ 82 Industrieroboter.......159, 214, 219, 228 Innenbürste.................................... 188 J Jet Cutting ..............................153, 154 238 <?page no="255"?> K Kantenfehlbreite .........................54, 55 Kantenradius ..................................198 Kantenverrundung 54, 55, 75, 185, 201 Kantenwinkel ......................43, 57, 105 Kantenzustände..........................56, 57 Kapillarkräfte.....................................76 Kathoden ......................100, 107 - 109 Keilwinkel..........................52, 172, 173 Keramik ..................................112, 152 Kochsalz .................................107, 110 Kohlenstoffstahl ................................45 Kohlenwasserstoffe ..................82, 135 Konturograph..................................198 Korngrößen.............................149, 185 Körnungen ......................................187 Körperschall......................................88 Korrosionsinhibitor ............................80 Korrosionsschutz ..............................77 Korund ............................................162 Kraftkomponente ..............................31 Kreislauftechnik ................................81 Kronengrat........................................37 Kühlung 48, 49, 99, 100, 113, 116, 164 L Ladungsaustauschvorgänge...........107 Laminieren......................................154 Längsdrehen.....................................31 Längstransfer-Entgratmaschinen....199 Lanzendüse ....................................161 Laserhärten ......................................47 Laserstrahl........................................47 Legierungsbestandteile ..............46, 97 Leitfähigkeit ............................108, 110 Lichtlupe .........................................197 Lösungsansatz .....................30, 31, 44 M Magnetabrasives Feinschleifen24, 136, 147 Magnetfeld..............................147, 149 Materialüberhang..............................30 Materialverschiebungen..................183 Mechanisches Entgraten ................168 Messen von Graten ........................196 Messgrößen der Entgratqualität .54, 55 Metallgehalt ......................................99 Metallhydroxid ................................107 Metallkonzentration.......................... 99 Methan....................................123, 135 Mikrofräsen ...................................... 58 Mikrofurchen .................................... 75 Mikropflügen .................................... 75 Mikrorisse ...................................... 100 Mikroskop .................................55, 197 Mineralsäuren .................................. 97 Mischblock ..................................... 130 Mischelektrolyte ............................. 107 Mischungsverhältnis .........84, 124, 130 Multiflow-Maschine ........................ 137 N Nadelfräser .................................... 181 Nassbearbeitung......76, 195, 209, 223, 227 Nass-Strahlspanen ........................ 162 Natriumnitrat ...........107, 110, 116, 121 Naturfasern .................................... 182 NC-Achsen .................................... 158 Nebenschnittfläche .....................39, 42 Negative Spanwinkel ....................... 52 Nitrit ............................................... 121 Nutenfräsen ..................................... 38 O Oberflächenentgratung .................... 94 Oberflächenqualität.....91, 97, 105, 164 Oberflächenrauigkeiten.................. 171 Oberflächenschichten ...................... 97 Optoelektronische Messung .......... 197 Oxidationsmittel ............................... 99 Oxidhaut ........................................ 125 Oxidschichten .................................. 80 P Partikelfreie Oberflächen ............... 104 Passivkraft ......................31, 34, 36, 39 Pastenfluss .................................... 138 Pastenzylinder ........................137, 142 Pendelschleifeinheit ................194, 196 Phosphorsäure ................................ 97 pH-Regeleinrichtung ...................... 116 Pinselbürste ............................182, 190 Planetärbewegung......................... 207 Planetensystem ............................... 64 plastische Verformbarkeit .....31, 44, 47 Plungerpumpen ......................153, 154 Poissongrat...................................... 36 239 <?page no="256"?> Polform ...........................................148 Poliereffekt................................5, 8, 99 Polieren ... 61, 78, 79, 80, 89, 100, 143, 147, 169, 186, 187, 220 Polierfilm...........................................94 Polyamid.................................141, 184 Potentialdifferenz ..............................96 Profildiagramm .................................94 Prozessführung ..........................78, 99 Prozesstemperatur .....................45, 48 Prozesswärme............................47, 48 Prozesswasser .....................76, 78, 84 Prozesswasserbehandlung...............81 Q Querschneide ...................................36 R Rautiefe ............................................95 Reaktionsenthalpie .........................123 Reibung ....................36, 47, 48, 53, 94 Reinigen mit Ultraschall ..................164 Restgrate ........................................152 Restgrathöhe ..............................54, 55 Resttrübe ..........................................78 Risskanten........................................94 Rissprüfung ..............................96, 105 Roboterzellen ...................................227 Rohrbürsten....................................184 Rotationsebene ..............172, 173, 176 Rundbürste .....................188, 189, 202 Rundschalttisch-Maschinen............200 Rundvibrator .....................................67 S Salpetersäure .................................135 Sauerstoff ......... 84, 122, 123, 124, 130 Schaben .................................169, 177 Schadstoffbelastung .........................82 Schallschutz ...............................87, 88 Schaumbildung.................................77 Scherarbeit .......................................47 Scherebene ......................................47 Schlamm............... 76, 84, 85, 107, 116 Schleifbänder..........................209, 220 Schleifbild .........................................74 Schleifdruck ............ 69, 72, 75, 76, 145 Schleifen ....15, 32, 78, 91, 93, 96, 119, 152, 169, 172, 192, 193, 195, 209, 223 Schleifkörper..5, 61, 62, 64, 66, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 76, 77, 79, 80, 86, 87, 88, 136, 184 Schleifkörpereigenschaften ............. 73 Schleifkörperformen......................... 76 Schleifkörperverbrauch .................... 71 Schleifleistung...........64, 70, 71, 72, 77 Schleifmittelsuspension ..........149, 164 Schleifmittelversorgung ................. 164 Schleifnylonbürste ..........182, 184, 205 Schleifpaste ..............................23, 164 Schleifriefen ..................................... 71 Schleifspuren ................................... 74 Schleppschleifmaschinen ................ 69 Schmierung.................................48, 49 Schmutztragevermögen..............77, 78 Schmutzwasservorschrift ................. 82 Schneidenaustritt ........................37, 47 Schneidenaustrittsfläche.................. 47 Schneidengeometrie .52, 171, 183, 219 Schneidenkonturen.......................... 36 Schneidkeilverschleiß ...................... 43 Schneidkorn................................... 182 Schneidöl ....................................... 161 Schnittgeschwindigkeit 36, 51, 52, 182, 217 Schnittkraft....................31, 37, 50, 192 Schnitttiefe ..........39, 40, 41, 42, 52, 53 Schüttgut ...4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 100, 128, 133, 147, 152 Schutzschicht................................... 80 Schwefelsäure ..........................99, 134 Schwingungen ..........88, 164, 173, 176 Sedimentation.........................106, 116 Sekundärgrate ...3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 109, 203, 209, 211, 212, 217 Sekundärreaktion........................... 107 Siebmaschine .................................. 66 Siebzone.....................................67, 68 Silikon ............................................ 141 Siliziumcarbid................................. 147 Simulation ...................................31, 58 Spanungsdicke ...........................37, 50 Spanwinkel .............................171, 193 Spiralbohrer ..................................... 36 Spiralbohreranschliffe ...................... 35 Sprungverhalten ............................ 176 Spülwässer .................................... 106 240 <?page no="257"?> Stahldrahtbesatz.............182, 183, 184 Stahldrahtborste .............................183 Stahldrahtbürsten ...........170, 182, 187 Steifigkeit ................................171, 182 Stickstoff .....................................5, 135 Strahlverfahren .................................88 Strichbild.........................................171 Stromdichte ................92, 99, 115, 162 Stromquelle ..............92, 115, 116, 121 Strömungsschleifen ........................136 Stufenbohrer.....................................35 Surf-Finishen ....................................70 T Tastschnittverfahren .......................198 Taumelspindel ................................211 Teller-Fliehkraftmaschine ...........65, 71 Temperaturen ...........36, 47, 48, 51, 99 Tenside.................................77, 78, 83 Thermische Entgratmethode ....12, 122 Titration...........................................100 Topfbürste ......................189, 190, 211 Trockenbearbeitung................195, 209 Trogvibratoren ..................................66 U Überdehnung....................................47 Ultraschallbohren............................164 Ultraschwingungen .........................164 Umformgeschwindigkeit....................45 Umformgrad......................................45 Umformprozess ................................44 Unterkühlen ..........................5, 46, 220 V Vakuumtisch ...................................209 Verbrennungstemperatur................125 Verbrennungsvorgang ....122, 123, 130 Verformung...........................31, 45, 47 Verlusttechnik ...................................81 Verschleißkompensation ................219 Verschleißminderung......................103 Versprödung ...............................46, 47 Versteifungsarten........................... 184 Vibrationsgleitschleifen .................. 177 Vibratoren ...................................66, 71 Visioplastizität .................................. 47 Viskosität ................136, 141, 142, 145 Vollhartmetallbohrer......................... 35 Vorbohren ........................................ 35 Vorentgraten .................5, 44, 161, 209 Vorrichtungen 112, 117, 137, 141, 142, 200 Vorschubkraft........................31, 44, 50 W Walzenbürste................................. 191 Wärmeabfuhr ..............................47, 48 Wärmekapazität......................122, 124 Wärmeleitfähigkeit ......................... 125 Wendeschneidplatten ...........35, 36, 39 Werkstückhandhabung 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 133, 161, 199, 214, 215, 220, 225 Werkstückträger......159, 160, 199, 227 Werkzeughandhabung .......214, 215, 216 Werkzeugmodelierung ..................... 58 Werkzeugschneide .....................43, 48 Werkzeugwechselsystem .............. 199 Wirkspalt .................................108, 114 Z Zahnvorschub .................................. 39 Zentrifuge ...............82, 84, 85, 86, 113 Zerspankraft................................31, 34 Zerspankraftkomponenten ...34, 44, 49, 50, 51, 52 Zerspanung...30, 31, 34, 36, 44, 45, 48 Zirkularfräsen................................... 36 Zugfestigkeit .................................. 183 Zündenergie............................123, 125 Zustellung ......172, 173, 177, 179, 187, 190 Zwei-Chargenanlage ....................... 66 241 <?page no="258"?> Autorenverzeichnis Dipl.-Ing. Alfred P. Thilow APT Entgrattechnik Sachsenheim Dipl.-Ing. Klaus Berger Daimler AG Stuttgart Dr. Helmut Prüller Walther Trowal GmbH & co. KG Haan Rainer Maier KADIA Produktion GmbH + Co. Nürtingen Dr.-Ing. Klaus Przyklenk Winnenden Dr.-Ing. Friedrich Schäfer Berufsakademie Stuttgart Stuttgart Siegfried Pießlinger-Schweiger Poligrat GmbH München 242 <?page no="259"?> Zum Buch Die in großen Teilen überarbeitete und aktualisierte 5. Auflage dieses Themenbandes beschreibt die Entgratverfahren, die sich in der Praxis etabliert und bewährt haben und vermittelt Informationen zu ihren Einsatzgebieten und Verfahrensgrenzen. Eine Matrix mit Verfahrensmerkmalen erleichtert dem Planer die Vorentscheidung für das am besten geeignete Verfahren. Erweitert wurden die Grundlagen der Gratentstehung beim Bohren, Drehen und Gleichlauf- und Gegenlauffräsen. Ein wichtiges Thema ist die Gratminimierung. Sie beeinflusst und erweitert die Auswahl der anwendbaren Entgratverfahren und damit auch die Fertigungskosten. Mit einem neuen einfachen und damit praktikablen Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung wird dem Rechnung getragen. Das Kapitel „Entgraten mit Industrierobotern“ wurde auf den neuesten Stand gebracht und enthält interessante Problemlösungen. Inhalt: Entgraten, ein undefinierter Begriff mit undefiniertem Arbeitsinhalt? - Matrix mit Verfahrensmerkmalen - Grundlagen zur Gratentstehung - Neuer Denk- und Lösungsansatz zur Gratminimierung - Leitfaden zur Lösung von Entgratproblemen - Grundlagen der Gleitschleiftechnik - Elektrochemisches und chemisches Badentgraten von Metalloberflächen - Elektrochemisches Formentgraten (ECM) - Thermische Entgratmethode (TEM) - Druckfließläppen (Strömungsschleifen) - Hochdruckwasserstrahlentgraten - Magnetabrasives Feinschleifen - Feinschleifen mit Ultraschall - Mechanisches Entgraten - Bürsten: Forschungsergebnisse zu einem alten Fertigungsverfahren - Bürsten in der Praxis - Fräsen, Schleifen, Feilen und sonstige Verfahren - Gratmessverfahren in der Praxis - Maschinenbauarten, Problemlösungen - Entgraten mit Industrierobotern, Entgratzellen Die Interessenten: Das Buch richtet sich an Fertigungsplaner, Fertigungsmeister, Betriebsleiter und Betriebsingenieure, Planer, Arbeitsvorbereiter, Qualitätskontrolleure und Konstrukteure ISBN 978-3-8169-3352-6 243 ISBN 978-3-8169-3352-6 9 783816 933526 www.expertverlag.de <?page no="260"?> Prof. D Gle Keg Ingenie modern 2., neu b 79,00 € ISBN 97 Zum Buc Die vielen heute seh treffen. D den zur B Vielfalt a Vergange Kegelräde verzahnte Schleifu und sogar tribologisc ist weltwe wendung leicht vers Leser wi Anwendu Inhalt: Überblick Hypoidver der Kegel fen von K rädern Die Inter Führungs struktion, trolling, N Firmenver speziell im zeugindus Der Auto Prof. Dr.- Corporatio leitet den hält er ein ponenten Er hat üb öffentlicht verfahren Dr.-Ing. H eason gelra urwissens nste Herste bearb. Auf €, 102,00 C 78-3-8169-3 ch: n Entwicklun hr schwierig, ie moderne Berechnung u an Möglichke enheit nur m er, Kronenrä e Kegelräde nd Läppmet r mit gezielte chen Eigens eit das erste liefert. Das e ständlicher S rd es ermö ngsfall zu wä der versch rzahnung, K lradtheorie - Kegelrädern ressenten: - und Fach Versuch, Pla Normung, Ve rtretungen im m Getriebeb strie; Studen or: -Ing. Herman on. Er hat d Bereich For ne Honorarpr für Kraftfah ber 200 tech t und hält üb sowie Werk Hermann n adtec schaftlich ellungsve l. 2017, 49 CHF (Reih 3283-3 ngen des ve die Wahl fü Kegelradver und Herstellu eiten zur rä mit Spezialm äder, Bevelo er im Hoch hoden erlau en Oberfläch schaften und e Fachbuch, einleitende K Sprache die G öglicht, die ählen. hiedenen Ke Kronenräder, - Werkzeugs - Koordinat kräfte aus F anung, Fertig rtrieb, Servic m Maschine bau der Antr nten technisc nn J. Stadtfe die Gesamtle rschung und rofessur an d rzeuge«. Pro hnische Aufs ber 40 weltw kzeugen und J. Stadt chno e Grundla erfahren fü 92 S., 368 f e Technik) ergangenen r die optimal rzahntechnik ung der klass äumlichen L aschinen he oidverzahnun hgeschwindig ben eine Ha enstrukturmo zu erhöhten das alle die Kapitel stellt Grundlagen effizienteste egelradarten Beveloidver ysteme - Fr enmessung Forschung, gung, Qualitä ce sowie Be n-, Werkzeu riebstechnik, her Fachun eld ist Vizeeitung des B Entwicklung der Technisc of. Stadtfeld sätze und ac weit angeme Maschinen b Be Tel: 071 E-Mail: ex tfeld P: \AK\DIG ologi agen und ür Winkelg farb. Abb., ) Jahrzehnts len Getriebe k bietet nicht sischen Spira Leistungsübe ergestellt we ngen sowie gkeits-Trocke artfeinbearbe odulationen, n Wirkungsg ese Verfahre Ingenieuren der moderne e und kost : Geradverz rzahnungen, räsen von Ke und Korrekt Entwicklung ätssicherung eratungsfirme ug-, Apparate z.B. in der nd Hochschu -Präsident u Bereiches Ke g im Gleason chen Univers gilt als eine cht Bücher ldete Patent basieren. estellhot 59 / 92 65xpert@exp .jpg ie getriebe 31 Tab., machen es eelemente zu t nur Methoal- und Hypo ertragung m erden konnte Kegelschne enfräsen w eitung im »Cl die zur Ger graden führe en erklärt un und Studen en Stirn- und tengünstigste zahnungen, , Hochübers egelrädern - tur von Kege , Kong, Conen und e- und r Fahrulen nd Mitglied egelradtechn n Hauptwerk sität Ilmenau er der führen auf dem Ge te, die auf n B un tline: 0 • Fax: -20 pertverlag.d s u oidkegelräder mittels Verza en. Heute k eckengetrieb eichverzahnt losed Loop« äuschreduzi n. »Gleason d praktische nten ohne Ve d Kegelradve e Lösung f Spiralkegelr etzende Keg - Läppen von elrädern - L der Geschä ologie des G in Rocheste mit dem Leh nden Kegelra ebiet der Ke euen Verza Blätterba nd einfach www.exp 0 de r, sondern of ahnungen, d können gera be ebenso w t werden. mit hoher G erung, zu ve n Kegelradte e Hinweise f erzahnungse erzahntechni für einen b räder, Zerol gelräder - G n Kegelräder Laufprüfung äftsleitung de Gleason Kon er, New York hrgebiet »An adspezialiste egelradtechn hnungsarten are Lese he Bestellu pertverlag.d fferiert eine die in der dverzahnte wie bogen- Modernste Genauigkeit erbesserten echnologie« für ihre Anerfahrung in k vor. Dem bestimmten kegelräder, Grundlagen rn - Schleivon Kegeler Gleason nzerns und k. Daneben ntriebskomen weltweit. ologie vern, Verzahneprobe ung unter: de/ 3283 <?page no="262"?> Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen und eine unverbindliche Beratung. ElpoChem AG in Deutschland: CH-8604 Volketswil - Technisches Büro Tel +41 44 980 30 30 - Aussendienst Fax +41 44 980 41 81 info@elpochem.ch www.elpochem.ch ELPOCHEM Produkte und Verfahren für Titanlegierungen Edelstahl, C-Stahl Kupferlegierungen Aluminiumlegierungen Magnesiumlegierungen Chrom-Kobalt-Legierungen + weitere Metalle CHEMISCH POLIEREN + ENTGRATEN ELEKTROPOLIEREN BEIZEN Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen und eine <?page no="263"?> more than 100000 solutions just one supplier Gleitschlifftechnik | Strahltechnik www.rosler.com <?page no="264"?> „Den Entgratprozess im Fokus.“ WMS-engineering GmbH Wir machen Systeme… +49 (0) 7742 / 857 57 - 0 vertrieb@wms-engineering.de h p: / / www.wms-engineering.de WMS-engineering GmbH - Ihr Partner für robotergestützte Entgratanlagen und Automa on. Von der Projek erung bis zur Endabnahme liefern wir kundenspezifische Lösungen aus einer Hand. Process automa on at it’s best. Dr.-Ing. Klaus Felten P: \ pg Verzahntechnik Das aktuelle Grundwissen über Herstellung und Prüfung von Zahnrädern 4., durchges. Aufl. 2016, 155 S., 68 Abb., 39,80 €, 52,00 CHF, (Reihe Technik) ISBN 978-3-8169-3327-4 Zum Buch: Für die Herstellung und Prüfung von Verzahnungen an Stirnrädern oder Kegelrädern gibt es eine Vielzahl sehr spezieller Verfahren und Maschinen, die - abhängig von der geforderten Verzahnungsqualität - alleine oder als Kombination mehrerer Verfahren miteinander angewandt werden. Man unterscheidet spanlose oder spanbildende Prozesse; letztere können mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide arbeiten. Die Bearbeitung gehärteter Verzahnungen unterscheidet sich dabei grundlegend von der weicher Zahnräder. Im vorliegenden Band werden - ausgehend von der Grundlage der Verzahnungstheorie - alle heute praktizierten Verfahren beschrieben. Zusätzlich wird die Messtechnik für Verzahnungen dargestellt. Bestellhotline: Tel: 07159 / 92 65-0 • Fax: -20 E-Mail: expert@expertverlag.de