1.0 Beidhändige Rückhand: Einleitung
Ein Grat ist eine ungleichmäßige Flugkante am Metallende eines Kaltschnitts, einer Heißsäge oder eines Brennschnitts sowie das extrudierte zusätzliche Metall an der Schweißnaht während des Schweißvorgangs. Beim Scheren, Biegen, Schneiden, Durchstechen und Komprimieren von Materialien entstehen Grate. Sie kommen häufig an den Enden von Aufschnittprodukten vor und ihre Dicke wird durch den Abstand zwischen den Messerklingen bestimmt.
Entgraten ist eine Bearbeitungstechnik, die die Endqualität eines Produkts verbessert, indem erhabene Kanten und unerwünschte Materialreste, die von früheren Bearbeitungsprozessen übrig geblieben sind, entfernt werden. Die Entfernung von Graten erfolgt durch mechanische, elektrochemische und thermische Verfahren. Das Entgraten ist der wichtigste Schritt zur Vorbereitung auf die Bearbeitung und zur Erzielung einer außergewöhnlichen Oberflächenqualität bei CNC Milling China.
1.1 Bedeutung des Entgratens
Ungeachtet der Schwierigkeiten und Kosten ist das Entgraten ein wichtiger Teil des Produktionsprozesses, denn:
- Grate behindern den ordnungsgemäßen Sitz und Zusammenbau der Teile.
- In Rissen und Gratflächen bildet sich schnell Korrosion.
- Grate behindern eine spezifischere Bearbeitung.
Werden Grate vor einer mechanischen Nachbearbeitung oder einer Oberflächenoxidation nicht entfernt, bilden sich im Laufe des Prozesses viele Materialreste an der Schmalkante, die beim Beschichten oder Schweißen zu Defekten führen.
- Grate haben Einfluss auf die Langlebigkeit, Form, Funktion und Qualität von Teilen.
- Grate stellen eine Gefahr für Arbeitnehmer und Kunden dar.
Grate als scharfe Kanten können beim Transport und beim Zusammenbau von Teilen sowie bei der Verwendung und Wartung des Produkts eher zu Schäden am Personal führen, wodurch sich das Verletzungsrisiko bei der Arbeit erhöht.
2.0 Arten von Graten
Grate werden nach ihrer Struktur und Entstehungsmethode klassifiziert.
2.1 Formbasierte Klassifizierung
Flugkantengrate, scharfkantige Grate und Spritzer sind die häufigsten Formen von Graten in der Metallverarbeitung.
I. Fliegender Rand
Diese werden normalerweise in den Öffnungs- und Schließpositionen der Form gebildet, beispielsweise an der Trennfläche der dynamischen und statischen Form und am verschiebbaren Teil des Schiebers. Die Flugkante wird meist durch einen Ausfall der Form- oder Maschinenschließkraft verursacht.
II. Scharfe Grate
Scharfe Grate haben scharfe Kanten und ähneln Glasscherben. Die Unterseite der Schnittfläche ist im Zuge der hochfesten Befestigung rau.
III. Splash
Beim Übergang von der Metallschmelze zum Schmelzbad kommt es häufig zu Spritzern.
2.2 Klassifizierung basierend auf der Art der Bildung
Grate werden hier nach ihrem Entstehungsmechanismus charakterisiert. Diese werden Poisson, Tumbling, Tearing, Cutting und Hot Grat genannt.
I. Poisson Grat:
Wenn Druckspannungen auf ein Material einwirken, verformen und verlängern sich die Ränder der Kontaktzone plastisch, wodurch Grate entstehen. Wenn die Spitze des Schneidwerkzeugs auf das Werkstück trifft, verformen sich die Schnittkanten aufgrund der Druck- und Scherkräfte. Diese Verformungen werden auch als Eintrittsgrate bezeichnet und treten am Eintrittspunkt des Schneidwerkzeugs auf.
II. Taumelnde Grate
Wenn das Schneidwerkzeug mit dem Schneiden fertig ist, wandert etwas übrig gebliebenes Material mit und faltet sich in Richtung Eintrittspunkt oder Schneidkante zusammen. Da die Späne oder Rollen mit zunehmender Tiefe dicker werden, kann außerdem die Schnitttiefe eine Rolle bei der Entstehung von Kippgraten spielen. Eine wirksame Gratverhinderung erfordert den Einsatz von Materialien mit ausreichender Duktilität, um ein leichtes Ablösen der Späne vom Bauteil zu verhindern.
III. Es bilden sich Tränengrate
Wenn Späne vom Werkstück abgerissen und nicht abgeschert werden, entstehen Reißgrate. Obwohl Grate bei jedem Schneidvorgang entstehen können, sind sie bei Seitenfräsverfahren am einfachsten herzustellen. Der Span wird von den Zähnen des Fräsers nach oben und vorne geschleudert. Dadurch werden die Seiten des Spans vom Werkstück abgelöst. Der verbleibende gerissene Teil des Werkstücks wird als Reißgrat bezeichnet. Ein Reißgrat entsteht bei Stanzpressvorgängen. Der Stanzgrat wurde in frühen Studien ursprünglich als Zuggrat bezeichnet.
IV. Grat schneiden
Das verbleibende Material erzeugt einen Trenngrat, wenn sich das geschnittene Bauteil vom Hauptteil trennt oder abfällt. Dieser Grat kann vorteilhaft oder nachteilig sein. Trenngrate kommen am häufigsten in Sägeschnitten und Bauteilen automatisierter Schraubmaschinen vor. Grate können verhindert werden, indem beide Seiten des Einschnitts bis zum Abschluss richtig abgestützt werden.
V. Heiße Grate.
Schlacken entstehen, wenn geschmolzenes Metall durch Techniken wie Schweißen, Plasmaschneiden oder Laserschneiden gehärtet wird. Schlacken haben aufgrund von Eigenspannungen, die durch Erhitzen und unkontrolliertes Abkühlen entstehen, andere mechanische Eigenschaften als unedle Metalle. Schlacken werden in der Regel mit einer Handbürste entfernt, in manchen Fällen kann jedoch ein Schleifen erforderlich sein.
III.0 Arten des Entgratens und Materialstammdaten
Je nach Material, Bauteilform, Gratgröße und -ort, Produktvolumen und Kosten kann das Entgraten auf unterschiedliche Weise erfolgen. Das Entgraten erfolgt entweder manuell oder maschinell. Zu den nicht-traditionellen Technologien für spezielle Entgratungsanwendungen gehören elektrochemische, thermische und kryogene Technologien. Nachfolgend sind die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Entgratungsverfahren aufgeführt.
III.1 Manuelles Entgraten
Beim manuellen Entgraten werden Grate, scharfe Kanten und unbearbeitete Kanten von der Oberfläche eines Werkstücks entfernt. Das manuelle Entgraten ist ein flexibler, aber zeitaufwändiger Vorgang. Darüber hinaus kommen beim manuellen Entgraten mehrere Werkzeuge zum Einsatz.
III.2 Massenveredelung
Eine große Anzahl von Teilen wird in die Entgratungsanlage geladen und auf einmal entgratet. Es werden Maschinen verschiedener Art eingesetzt, und die Ausrüstung kann normalerweise als Batch-Prozess oder als kontinuierlicher Prozess arbeiten. Obwohl die tatsächliche Zahl der in Betrieb befindlichen Großserienbearbeitungsmaschinen nicht bekannt ist, dürfte sie bei etwa 50,000 liegen. Eine der umfangreichsten Gruppen von Kantenbearbeitungsverfahren ist das Gleitschleifen. Diese Techniken bieten den Vorteil, dass sie den Großteil der freiliegenden Oberflächen und Kanten abdecken. Da sie mehrere Elemente gleichzeitig bearbeiten, sind sie häufig die kostengünstigsten Techniken für eine Vielzahl von Komponenten und Materialien. Darüber hinaus gelten die Verfahren als ökologisch vorteilhaft, da sie Medien, Verbindungen und normalerweise harmlose Inhaltsstoffe verwenden.
III.3 Bürsten
Motorbetriebene Bürsten werden in praktisch allen großen Metallindustrien eingesetzt. Bürsten ist schnell, günstig und äußerst vielseitig. Es kann ein nicht verunreinigendes Verfahren sein, das in der Regel „umweltfreundlich“ ist. Es lässt sich leicht an manuelle oder automatisierte Geräte anpassen und erfordert nur wenig Schulung des Bedieners oder Stellfläche. Bürsten wird häufig mit dem Entgraten und Polieren mit gebundenem Schleifmittel kombiniert, um Endoberflächen und -kanten zu erzielen. Bürstenmaschinen sind von verschiedenen Herstellern erhältlich. Die Drehbewegung des Bürstens ist ein erheblicher Vorteil, da sie die Verwendung einer breiten Palette von Antriebsmotoren und Vorrichtungen ermöglicht. Der industrielle Nutzen des Bürstens wird durch die Möglichkeit, Faktoren wie Borstenmaterial, Durchmesser und Länge zu variieren, noch weiter gesteigert. Bürsten ist außerdem eine einfache und sichere Methode.
III.4 Roboterentgraten
Dazu ist die Montage eines Anfas-, Schleif- oder Entgratwerkzeugs an einem Roboterarm erforderlich. Unregelmäßigkeiten, langsamer Umsatz und Arbeitsintensität sind die Hauptnachteile des manuellen Entgratens. Das Entgraten mit Robotern eliminiert diese Probleme künftig, indem es den menschlichen Aspekt beseitigt. Roboter können sich wiederholende Bewegungen zuverlässig und schnell ausführen. Bediener können mithilfe der CNC-Programmierung bestimmte Bewegungen sowie Faktoren wie Kraft und Werkzeuggeschwindigkeit entwerfen. Trotz der höheren Vorabkosten ist das Roboterentgraten aufgrund der geringeren Betriebskosten auf lange Sicht kostengünstiger. Darüber hinaus sind Robotertechnologien weitaus sicherer als manuelle Prozesse.
III.5 Mechanisches Entgraten
Maschinen dienen zum Entgraten eines Werkstücks. Im Vergleich zum manuellen Entgraten hat der Bediener weniger Kontrolle über die Aggressivität und Lokalisierung des Entgratungsvorgangs. Nachfolgend einige Beispiele für mechanische Entgratmaschinen:
i. Fass taumelt
In Bezug auf die Betriebskosten sind Trommelpoliermaschinen eine der kostengünstigsten Entgratungsmaschinen. Es gibt zwei Arten von Trommelpoliermaschinen: Nass- und Trockentrommelpoliermaschinen. Diese Maschine entfernt nicht nur Grate, sondern poliert auch die Oberflächen der Teile. Die Maschine funktioniert, indem ein Teil oder mehrere Teile sowie Schleifmaterial in eine Kammer oder „Trommel“ gelegt werden. Je nach Material und Oberflächenbeschaffenheit werden beim Trommelpoliermaschinen auch spezielle Verbindungen verwendet.
ii. Vibrationsentgraten
Ähnlich wie beim Entgraten von Trommeltrommeln werden die Teile in eine Kammer gegeben, die das Schleifmittel und verschiedene Zusatzstoffe enthält. Der wesentliche Unterschied besteht in der Bewegung der Kammer. Diese Art von Maschine vibriert, um Bewegung zu erzeugen, während Trommeln rotieren, um Bewegung in der Kammer zu erzeugen. Durch Federn oder Dämpfer bewegt sich die Kammer unabhängig vom Fundament. Der Inhalt der Kammer wird durch ein daran befestigtes, außermittiges rotierendes Gewicht geschüttelt. Zu den zahlreichen angebotenen Konfigurationen gehören Wannen, runde Schüsseln und Trogmaschinen. Die Geometrie des Teils und seine Anwendung beeinflussen die Wahl der Konfiguration.
iii. Wasserstrahlentgraten
Durch die Aufprallkraft von Wasserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit werden Grate und Ablagerungen vom Werkstück abgetragen. Wasserstrahlen werden wie Robotersysteme mit Werkzeugen CNC-gesteuert. Um eine Beschädigung des Bauteils zu vermeiden, werden beim Wasserstrahlentgraten geringere Drücke eingesetzt als beim Wasserstrahlschneiden.
Dadurch werden nur dünne und leicht verbundene Grate entfernt. Größere Grate lassen sich nur schwer entfernen, ohne die Kanten zu beschädigen. Wasserstrahlen haben den Vorteil, dass sie Merkmale erreichen können, die mit herkömmlichen Entgratungstechnologien nicht erreichbar sind. Ein Vorteil ist, dass das fertige Produkt frei von Ölen und Schmutz ist.
III.6 Elektrochemisches Entgraten
Bei dieser Entgratungstechnik kommt Elektrolyse zum Einsatz. An Orten mit kurzen Elektrodenabständen beschleunigt sich die Elektrolyse. An Stellen, an denen die Elektroden durch Isolierung getrennt sind, ist dies jedoch verboten. Das kathodische Werkzeug hat die gleiche Form wie das Werkstück. Dies dient dazu, die Elektrolyse auf gratanfällige Bereiche zu konzentrieren. Als Anode wird das Werkstück an den Stromkreis angeschlossen. Um den Kreislauf zu vervollständigen, wird ein Elektrolyt hinzugefügt, der die Ladung vom Werkzeug auf das Werkstück überträgt. Um ein Anlösen anderer Oberflächen zu verhindern, sind Teile der Werkzeuge abgeschirmt. Diese Technik eignet sich ideal zum Entgraten schwer zu bearbeitender Geometrien und schwer zu verarbeitender leitfähiger Materialien. Darüber hinaus ist kein Werkzeugverschleiß vorhanden.
III.7 Thermisches Entgraten
Dabei wird das Werkstück für kurze Zeit starken korrosiven Dämpfen ausgesetzt. Es entsteht eine thermische Schockwelle, die den Grat schnell verdampft. Grate und erhabene Kanten sublimieren beispielsweise, da sie die enorme Hitze nicht an die Umgebung abgeben können. Das thermische Entgraten ist bei oxidierbaren Materialien mit begrenzter Wärmeleitfähigkeit wirksam.
III.8 Abrasives und mikroabrasives Strahlen
Oberflächenfehler werden entfernt, indem die Oberfläche mit einem Schleifmittel bearbeitet wird. Das Strahlen wird normalerweise verwendet, um größere Grate zu entfernen und die gewünschte Textur und Oberflächenrauheit für Flüssigkeitsschergeräte zu erzeugen. Mikrostrahlen erzeugt glattere Oberflächen mit höherer Präzision, ohne die Maßgenauigkeit des Teils zu beeinträchtigen. Um einen regulierten Schleifstrahl zu erzeugen, der Mikrometer Material gezielt entfernen kann, werden bei diesem Verfahren extrem feine Schleifmittel wie Aluminiumoxid, Glasperlen und Kunststoffmedien sowie eine kleine Düse verwendet. Für hochwertige Präzisionsteile wird Mikrostrahlen eingesetzt.
4.0 Fazit
Obwohl das Entgraten wie eine geringfügige Aufgabe erscheint, ist es ein wesentlicher Schritt im Metall- und Harzbearbeitungsprozess bei CNC Milling China. Wenn die Bedeutung des Entgratens abnimmt, entstehen ernsthafte Qualitäts- und Sicherheitsbedenken. Das Entgraten muss daher präzise und priorisiert erfolgen.
Durch die Verbesserung des Entgratungsprozesses kann eine Produktionsanlage eine Vielzahl von Problemen lösen. So wird beispielsweise das Entgraten automatisiert, um Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig Expertenwissen zu reproduzieren. Das Entgraten wird zunächst bei der Prozessgestaltung berücksichtigt und ist im Schulungsprogramm von CNC Milling China enthalten.
