Ausgabe 02 - Mai 2017

Entgraten, Verrunden und die Herstellung von Präzisionsoberflächen sind Themen, die immer stärker in den Fokus fertigender Unternehmen rücken und der Informationsbedarf bei Anwender ist groß. Das belegen die zahlreichen positiven Reaktionen auf unseren ersten fachlichen Newsletter Wissenstransfer Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen. Vielen Dank dafür!

Die zweite Ausgabe widmet sich dem Gleitschleifen. Diese bewährte Technologie hat in den letzten Jahren durch verschiedene Weiterentwicklungen auf sich aufmerksam gemacht und das Einsatzspektrum deutlich erweitert. Ein weiteres Thema dieses Newsletters ist das Strömungsschleifen, auch Druckfließläppen oder Abrasive Flow Machining genannt.

 Sie wünschen sich Informationen über ein spezielles Thema zum Entgraten, Verrunden oder zur Herstellung von Präzisionsoberflächen? Lassen Sie uns wissen, was Sie interessiert. Dann können wir den Newsletter Wissenstransfer Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen noch intensiver an Ihre Anforderungen anpassen. Gerne dürfen Sie uns auch die Adresse von Kollegen mitteilen, für die dieser fachliche Newsletter ebenfalls von Nutzen ist.

Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre.
 
Mit freundlichen Grüßen

Hartmut Herdin
Geschäftsführer
fairXperts GmbH & Co. KG

Grundlagen / Verfahren

Gleitschleifen - ein Verfahren mit unzähligen Möglichkeiten

Das Gleitschleifen oder auch Gleitspanen wird vorwiegend für die Chargen- oder Einzelteilbearbeitung metallischer Werkstücke eingesetzt. Es lassen sich aber auch Formteile aus Gummi, Kunststoffen, Keramik, Glas sowie Holz und Stein bearbeiten. Das Einsatzspektrum reicht vom Entzundern und Reinigen über das Entgraten und Kantenverrunden bis zum Hochglanzpolieren. Es können sowohl Außen- als auch Innenflächen sowie definierte Bauteilbereiche reproduzierbar und prozesssicher behandelt werden. Möglich wird diese Anwendungsvielfalt durch verschiedene Maschinentypen und Einstellungen sowie unterschiedliche Verfahrensmittel für die Nass- und Trockenbearbeitung.

Beim Gleitschleifen erfolgt die Bearbeitung von Chargen oder Einzelteilen durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem anwendungsspezifisch ausgewählten Werkzeug (Schleifkörper) in einem Behälter. Bei einer Nassbearbeitung, die in der Praxis am häufigsten anzutreffen ist, kommt darüber hinaus ein in Wasser gelöstes Behandlungsmittel (Compound) hinzu. Es hat die Aufgabe, den entstehenden Abrieb an Werkstücken und Schleifkörpern aufzunehmen und abzuführen. Der Compound kann mit weiteren Eigenschaften ausgestattet werden, beispielsweise Korrosionsschutz, Vermeidung von Schaumbildung, Entfettung und Optimierung der Abwasserbehandlung.
Gleitschleifen ist normalerweise ein diskontinuierlicher Prozess. Durch Separier- und Fördersysteme für Bauteile und Schleifkörper sowie speziell gestaltete Arbeitsbehälter kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt, automatisiert und in eine verkettete Fertigung eingebunden werden.

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Anwendungsspezifisch angepasste Lösungen durch Verfahrensvarianten

(c) Walther Trowal GmbH & Co. KG

Je nach Maschinentyp wird die Relativbewegung unterschiedlich erzeugt. Im Wesentlichen werden drei Verfahrensvarianten unterschieden, wobei hier nur die am häufigsten eingesetzten Maschinenvarianten und innovativen Entwicklungen vorgestellt werden.

Maschinen, in denen die Relativbewegung durch Vibration entsteht
In diese Kategorie fallen Trog- und Rundvibratoranlagen, die für die Bearbeitung von Stanz-, Guss-, Umform- und Schmiedeteilen sowie spanend hergestellte Werkstücke eingesetzt werden. Bei diesen Maschinentypen bringen Unwuchtmotoren den Arbeitsbehälter zum Vibrieren. Dadurch wälzt sich die Schüttung schraubenförmig um, wobei Werkstücke und Schleifkörper unterschiedlich beschleunigt und damit gegeneinander bewegt werden.
Da Rundvibratoren sehr vielseitig und effizient einsetzbar sind, ist es die am weitesten verbreitete Art des Vibrationsgleitschleifens. Die Anlagen, die meist über eine integrierte Siebzone zur Trennung von Schleifkörpern und Werkstücken verfügen, lassen sich gut mit Trocknern und Übergabeeinheiten kombinieren.

Trogvibratoren kommen für Werkstücke zum Einsatz, die zu groß und zu schwer für Rundvibratoren sind. Die zu bearbeitenden Teile werden meist lose im Trog bearbeitet. Empfindliche Werkstücke können durch spezielle Spannvorrichtungen oder durch in einzelne Kammern getrennte Bereiche vor Beschädigung geschützt werden.

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Bearbeiten in einer rotierenden Schüttung

Dazu zählen unter anderem Fliehkraftanlagen sowie so genannte Surf-, Stream- und Pulsfinisher.
In Teller-Fliehkraftanlagen befindet sich das Werkstück-Schleifkörpergemisch in einem feststehenden, zylindrischen Arbeitsbehälter, in dem ein Drehteller schnell rotiert. Durch die entstehende Fliehkraft wird das Gemisch an die Behälterwand gedrückt und steigt nach oben bis es durch die Schwerkraft wieder nach unten sinkt und erneut beschleunigt wird. Im Vergleich zum Vibrationsgleitschleifen wird dadurch eine deutlich intensivere Relativbewegung zwischen Werkstücken und Schleifkörpern erzielt, so dass sich Leistungssteigerungen bis zum 30-fachen realisieren lassen. Das Bearbeitungsspektrum umfasst Entgraten, Verrunden, Glätten, Schleifen und Polieren. Es werden auch bei empfindlichen Werkstücken präzise Ergebnisse reproduzierbar erzielt.

(c) OTEC Präzisionsfinish GmbH

Bei Surf-, Stream- und Pulsfinish-Anlagen handelt es sich um Anlagenkonzepte für die Einzelteilbearbeitung, die sich einfach in automatisierte Linienfertigungen integrieren lassen. Diese neuen Entwicklungen ermöglichen hochgenaues, prozesssicheres Entgraten, Kantenverrunden, Glätten, Schleifen und Polieren von hochwertigen, geometrisch komplexen Bauteilen wie beispielsweise Maschinenwerkzeugen, Motoren-, Getriebe- und Turbinenbauteilen sowie Implantaten im Fertigungstakt. Aufgabenstellungen also, die bisher meist zeit- und kostenaufwendig manuell durchgeführt werden mussten, weil es keine automatisierten Lösungen gab.

(c) Rösler Oberflächentechnik GmbH

Beim Surf-Finishen erfolgt das Teilehandling durch einen oder mehrere Roboter. Er entnimmt das beziehungsweise die zu bearbeitenden Werkstücke mit einem teileangepassten Greifsystem von der Zuführung und taucht es in den mit aufgabenspezifisch ausgewähltem Verfahrensmittel (Nass- oder Trockenbearbeitung) gefüllten, rotierenden Arbeitsbehälter ein. Anschließend bewegt er das Bauteil entsprechend einem vorab gespeicherten und manuell oder automatisch ausgewählten Bearbeitungsprogramm durch das Medium. Der Roboter kann das Werkstück dabei in verschiedenen Winkeln neigen, rotieren sowie stationär führen. Dies ermöglicht, dass je nach Aufgabenstellung das komplette Werkstück, ein bestimmter oder verschiedene definierte Bauteilbereiche durch die Schleifkörper „surfen“, so dass auch eine gezielte selektive Bearbeitung möglich ist. Es lassen sich Ra-Werte von kleiner 0,04 µm erzielen.

(c) OTEC Präzisionsfinish GmbH

Bei Streamfinish-Anlagen werden die Werkstücke in einen Halter eingespannt und in den sich drehenden, mit Schleif- oder Poliermitteln gefüllten Behälter abgesenkt. Die eigentliche Arbeitsbewegung erfolgt durch das umströmende Verfahrensmittel und zusätzlich durch das ebenfalls rotierende Werkstück. Es werden dadurch selbst in kleinsten Spannuten hochfeine Oberflächen mit Rautiefen von Ra 0,01 µm erreicht. Das Streamfinish-Verfahren ermöglicht sehr kurze Bearbeitungszeiten sowie eine einfache Automatisierung bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit.

Das Prinzip beim Pulsfinishen beruht auf der optimal abgestimmten Relativbewegung zwischen Bearbeitungsmedium und Werkstück. Das Werkstück wird, beispielsweise in einer Spannzange, aufgenommen und im rotierenden Arbeitsbehälter in kürzester Zeit auf bis zu 2000 min-1 beschleunigt, abgebremst, wieder beschleunigt und so fort – daher auch der Name Pulsfinishing. Im Zusammenspiel mit der Trägheit des Bearbeitungsmediums – also durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten von Werkstück und Schleifkörpern - entsteht die angestrebte Schleifwirkung mit präziser Entgratung auch an bislang für das Gleitschleifen unzugänglichen Stellen wie zum Beispiel Querbohrungen bei Hydraulikelementen.

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Schleppschleifen – Bearbeitung in ruhender Schüttung

(c) Rösler Oberflächentechnik GmbH

Diese Variante des Gleitschleifens eignet sich ebenfalls für das Entgraten, Schleifen und (Hochglanz-)Polieren von Stückkosten intensiven und empfindlichen Bauteilen, die sich während der Bearbeitung nicht berühren dürfen. Die zu bearbeitenden Werkstücke werden beim Schleppschleifen oder Schleppfinishen an drehenden Haltevorrichtungen, die an einem rotierenden Trägerkarussell befestigt sind, in die ruhende Schleifkörpermasse eingetaucht. Durch die Rotation des Karussells und die schnelle Drehbewegung der Arbeitsspindeln entsteht ein hoher Anpressdruck zwischen Werkstück und Verfahrensmittel, der eine schnelle und gleichmäßige Behandlung ermöglicht.

Verfahrensmittel – entscheidend für Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit

(c) GegenLicht Fotografie GbR

Neben der Auswahl der richtigen Maschine und des passenden Prozesses hängen Ergebnis, Effizienz, Prozesssicherheit und Nachhaltigkeit entscheidend vom eingesetzten Schleifkörper und bei der Nassbearbeitung auch vom Compound ab.  
Wesentliche Kriterien sind Material, Qualität, Form, Größe und Separierfähigkeit der Schleifkörper. Grundsätzlich gilt, bei weichen Werkstoffen kommen eher kunststoffgebundene Schleifkörper zum Einsatz, während harte Materialien wie beispielsweise Stähle mit keramischen Verfahrensmitteln bearbeitet werden. Die optimale Abstimmung der Schleifkörperform auf die Geometrie der Werkstücke sorgt dafür, dass alle Konturen erreicht werden können und keine Verklemmungen entstehen. Größe und Gewicht des Schleifkörpers beeinflussen Schleifleistung und Schleifbild – je größer und schwerer, desto intensiver die Schleifleistung und desto gröber das Schleifbild. Ein ausreichender Größenunterschied zwischen Schleifkörper und Werkstück ermöglicht eine gute und schnelle Separation.
Primäre Aufgabe des Compounds ist, die Oberfläche der Werkstücke und Schleifkörper sauber zu halten und den Gleitschliffprozess auf konstantem Qualitätsniveau sicherzustellen. Er wird zweckmäßigerweise ausgewählt nach dem zu bearbeitenden Werkstoff, dem Einsatzbereich, den Eigenschaften des Compounds und dem angestrebten Bearbeitungsziel.
Die optimale Abstimmung aller Komponenten eines Gleitschleifprozesses auf die jeweilige Aufgabe erfolgt üblicherweise durch Versuche in den Testzentren der Hersteller

Druckfließläppen – Entgraten mit viskoser Schleifmasse

(c) Fraunhofer IPK

Das Druckfließläppen, auch bekannt als Strömungsschleifen und Abrasive Flow Machining (AFM), wird zum Entgraten, Kantenverrunden, Schleifen und Polieren von vorrangig schwer zugänglichen Werkstückbereichen und innenliegenden Flächen eingesetzt, die mit herkömmlichen Verfahren nicht bearbeitet werden können. Die Bearbeitung erfolgt mit Schleifkörnern, die in Art, Größe und Konzentration auf die jeweilige Aufgabe angepasst und in eine polymere Kunststoffmasse mit definierter Viskosität eingebettet sind. Dieses Schleifmedium wird durch hydraulisch angetriebene Kolben unter definiertem Druck in wechselnder Richtung durch beziehungsweise über den/die zu bearbeitenden Bauteilbereich/e geströmt. Klassische Anwendungen finden sich bei anspruchsvollen metallischen und keramischen Bauteilen aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie, dem Turbinenbau, der Medizin- und Fluidtechnik, Lebensmittelverarbeitung, dem Formen- und Werkzeugbau und dem allgemeinen Maschinenbau.

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PRAXISLÖSUNGEN/ANWENDUNGEN

Gleitschleifen und Druckfließläppen – in vielen Fällen die optimale Lösung

Die Vielfalt der Entgrat-, Schleif-, Verrundungs- und Polieraufgaben, bei der das Gleitschleifen und Druckfließläppen die technisch und wirtschaftlich optimale Lösung bietet, ist groß.

Einige Beispiele stellen wir hier vor:

Entgraten von Kunststoffteilen

Wachsende Ansprüche an die Präzision von Formteilen aus Kunststoff erfordern vor der weiteren Verarbeitung oder Montage immer häufiger eine prozesssichere Entgratung. Für diese Aufgabe wurde eine Teller-Fliehkraftanlage entwickelt, mit der Grate an Werkzeugtrennfugen und Kernzügen von Spritzbauteilen aus Thermo- und Duroplasten (mit/ohne Compound) effizient und reproduzierbar entfernt werden können. Darüber hinaus kommt die Anlage zum Einsatz, wenn es darum geht, die bei der mechanischen Bearbeitung von Kunststoffteilen entstandenen Gratverläufe schonend zu beseitigen.

(c) AVAtec GmbH

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Glätten additiv gefertigter otoplastischer Teile

(c) OTEC Präzisionsfinish GmbH

So genannte Otoplastik-Teile für Hörgeräte oder Gehörschutz werden mittels eines Rapid-Manufacturing-Verfahrens aus Spezialkunststoffen hergestellt. Bedingt durch das Herstellungsverfahren entsteht eine raue Oberfläche, die für das menschliche Ohr hinsichtlich Passgenauigkeit und Tragekomfort nicht geeignet wäre. Es wurde daher ein Verfahren entwickelt, bei dem die Ohrpassstücke in relativ kurzer Zeit in einer Tellerfliehkraftmaschine geschliffen werden. Die besondere Konstruktion der Maschine ermöglicht eine sehr hochwertige, beschädigungsfreie und prozesssichere Glättung der Oberfläche der empfindlichen Werkstücke in kurzer Zeit. Aufwendiges Handschleifen in variierender Ergebnisqualität entfällt.

Prozessoptimierung beim Schleppfinishen durch Automatisierung

(c) Rösler Oberflächentechnik GmbH

Bei Schleppfinishern ermöglicht eine weiterentwickelte Maschinentechnik die Automatisierung des Teilehandlings mit Robotern oder Handlingsystemen und damit vollautomatische Prozesse. Eine entsprechende Anlagenlösung ist beispielsweise bei einem der führenden Komplettanbieter von Präzisionswerkzeugen für die Metallbearbeitung, für das vollautomatische Entgraten unterschiedlich großer Werkzeugkörper im Einsatz. Das maßgeschneiderte System besteht aus zwei verketteten Schleppfinishern mit automatischer Roboterbestückung der jeweils sechs Arbeitsspindeln. Die für das Roboterhandling erforderliche, 1/10 mm genaue Positionierung der Werkstücke gewährleistet ein Sicherheitsbestückungskonzept. Die Positionierung der Arbeitsspindeln erfolgt durch die Steuerung der Schleppfinisher. Die pneumatische Werkstückfixierung an der Arbeitsspindel wird kontinuierlich durch einen Initiator überwacht. Während des Schleppfinishens werden die Werkstücke entsprechend dem teilespezifischen Programm durch das ruhende Bearbeitungsmedium bewegt und dabei allseitig gleichmäßig umströmt. Nach der festgelegten Behandlungsdauer entnimmt der Roboter die Werkzeugkörper und führt sie – abhängig vom Programm – zuerst der am Schleppfinisher befindlichen Reinigungsstation zu bevor die Teile in ein Tray abgelegt werden.

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Nockenwellen pulsierend Stream-Finishen

(c) OTEC Präzisionsfinish GmbH

Für die vollständige Integration in eine Fertigungslinie in der Automobilgroßserienfertigung wurde eine Streamfinish-Lösung mit Pulsantrieb für das Entgraten, Verrunden und Glätten von Nockenwellen realisiert. Dabei werden mithilfe einer zentral stehenden Handlingszelle zwei Streamfinish-Maschinen automatisch über Hubtüren be- und entladen. Die Übergabe von der Anlage an das Hauptportal erfolgt über ein separates Förderband, das in der Handlingszelle integriert ist. Es können acht Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden, woraus eine Taktzeit von 17 Sekunden resultiert. Die Werkstücke werden mittels Lamellenspanndornen gespannt. Dabei wird das an einer Spindel befestigte Werkstück in einen Behälter mit speziellem feinkörnigem Schleifmittel gesenkt. Dieser rotiert mit bis zu 60 min–1, während die Spindel mit dem Werkstück mit rund 2.000 min–1 oszilliert. Das heißt sie wird innerhalb einer Sekunde auf 2.000/Min. beschleunigt, abgebremst und wieder auf 2.000/Min. beschleunigt, abgebremst usw. Zusätzlich ist die Spindel bis zu 25 Grad schwenkbar, sodass die Anströmung des Schleifmittels an das Werkstück an dessen Geometrie angepasst werden kann. Die Bearbeitungszeit für eine Verringerung der Rautiefe von beispielsweise 0,2 μm auf 0,1 μm liegt bei unter einer Minute. Nach der Bearbeitung erfolgt eine Reinigung durch Abblasen und die Rückführung in den Bearbeitungsprozess des Kunden. Am Tag können 3.500 bis 4.000 Werkstücke bearbeitet werden.

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Deutliche Standzeiterhöhung bei Werkzeugen

Umformende und formgebende Werkzeuge unterliegen einem verfahrensbedingten Verschleiß, der maßgeblich durch die Oberflächengüte beeinflusst wird. Hier wird allerdings häufig auch heute noch in zeitlich umfangreicher und kostenaufwendiger Handarbeit gearbeitet. Bei Geometrien wie beispielsweise denen eines Crimpwerkzeugs führt dies dazu, dass die Rauheitsspitzen in die Werkstückoberfläche gedrückt werden. Optisch erscheint eine solche Fläche einwandfrei, im Einsatzfall reißt die Oberfläche jedoch auf und die Beschädigung kann zum Standzeitende des Werkzeugs führen. Das Druckfließläppen (Strömungsschleifen) ermöglicht hier nicht nur einen reproduzierbaren maschinellen Prozess, sondern auch eine signifikant bessere Oberflächenqualität. Denn die Rauheitsspitzen werden bis in den Grundwerkstoff entfernt, so dass eine sehr homogene Oberfläche entsteht. Dadurch sind Standzeiterhöhungen von 250 bis 300 Prozent keine Seltenheit.

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QUALIFIZIERUNG / WEITERBILDUNG

Wissen für optimierte Entgratprozesse

Entgraten und die Herstellung von Präzisionsoberflächen tragen ebenso wie die industrielle Bauteilreinigung dazu bei, die geforderte Produktqualität, Präzision und Funktionssicherheit einzuhalten sowie Ausschuss und damit Kosten zu minimieren. Optimal an die Aufgaben angepasste Verfahren sind dafür Voraussetzung und gewährleisten eine hohe Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Dies wiederum setzt umfangreiches Wissen über die verschiedenen Technologien voraus. Wo Sie dieses Wissen erhalten, erfahren Sie bei uns:

BESTENS INFORMIERT.

WISSEN VON EXPERTEN FÜR EXPERTEN

9. bis 10. November 2017 in Frankenthal

Mit dem Grundlagenseminar „Qualitätssicherung in der Bauteilreinigung“ hat der FiT Fachverband Industrielle Teilereinigung e. V. eine zweistufige Weiterbildungsmaßnahme erarbeitet, die Teilnehmern das notwendige Wissen und die Qualifikation vermittelt, um Reinigungsprozesse bedarfsgerecht auszulegen beziehungsweise zu optimieren, zu steuern und zu überwachen. Das Programm umfasst Vorträge, Workshops und Praktika.

DeburringEXPO

2. Fachmesse für Entgrattechnologie und Präzisionsoberflächen

10. bis 12. Oktober 2017 in Karlsruhe
Die DeburringEXPO ist die einzige Fachmesse, die sich ausschließlich auf Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen konzentriert. In diesen Themenbereichen bietet sie das wohl umfassendste Angebot. Abgerundet wird das Programm durch das dreitägige Fachforum mit simultan übersetzten (Deutsch <> Englisch) Vorträgen. Zur Website

27. Fachtagung Industrielle Bauteilreinigung

15. bis 16. März 2018 in Ulm

Das Programm der 27. Fachtagung wird sich an den vom Fachverband industrielle Bauteilreinigung (FiT) e.V. erarbeiteten Leitlinien für eine qualitätssichernde Prozessführung in der Bauteilreinigung orientieren.

6. Fachtagung Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen

3. bis 4. Mai 2018 in Nürtingen

Die zweitägige Veranstaltung bietet mit Vorträgen renommierter Referenten aus Industrie und Forschung viel Know-how und zahlreiche Praxisbeispiele, um Prozesse zu optimieren.

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Mit freundlicher Unterstützung durch 4MI GmbH, Avatec GmbH, Fraunhofer IPK, OTEC GmbH, Rösler Oberflächentechnik GmbH und Walther Trowal GmbH & Co. KG.