Sprödigkeit als Basis für Werkstoffbearbeitung nutzen

Werkstoffe 11. 03. 2016
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Kryogene Entgratung von NE-Metalldruckgussformteilen ohne Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit und der Materialeigenschaften nach dem MEWO-Verfahren

Für das Entgraten von Druckgussformteilen gibt es unterschiedliche und etablierte Verfahren. Diese haben dabei allesamt eines gemeinsam: In gewisser Form wird die aus dem Gießprozess resultierende Oberfläche optisch verändert; zudem werden Maßhaltigkeiten­ mit engen Toleranzen verschoben, die Geometrie in Randbereichen oder die Struktur des Gefüges und damit im Ex­tremfall Materialeigenschaften beeinträchtigt.

Durch neue Technologien und inzwischen hochkomplexe bewegliche Werkzeugaufbauten finden technische Formteile aus NE-Metalldruckguss heute in unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen ihren Einsatz. Der Einsatz und daran gestellte, teils neue, aber in jedem Fall stetig steigende Anforderungen an die Genauigkeit bei Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheiten und geringere Rautiefen erfordern deshalb ein Finish, bei dem letztlich die mit teils hohem technischem Aufwand erzeugte Qualität des Druckgussformteils erhalten bleibt. Zugleich wird bei Serienfertigungen konsequent 100 % Reproduzierbarkeit gefordert.

Die seit 1948 auf Entgratung spezialisierte MEWO Maschinenfabrik hat sich dieser Herausforderung angenommen und entwickelte vor einigen Jahren auf Basis ihrer­ seit etwa 30 Jahren etablierten kryogenen Strahlentgratung von Elastomeren und Kunststoffformteilen eine Sonderanwendung zur Bearbeitung von NE-Metalldruckgussformteilen. Den heutigen Erfordernissen zufolge werden die Prozessbelange des Kunden von der Prototypen- bis hin zur vollautomatisierten Großserienfertigung für die Entgratung für höchste Anforderungen erfüllt.

Anlage für Schüttgut und Einlegeteile mit artikelspezifischen Aufnahmen

 

Verfahren – kryogenes Entgraten

Bei der kryogenen Entgratung handelt es sich um ein Verfahren, bei dem unter Zuhilfenahme von flüssigem Stickstoff zu bearbeitende Formteile durch Entzug der Eigenwärme auf eine zuvor festgelegte und auf die Bauteile abgestimmte Temperatur im Minusbereich versetzt werden. Dadurch werden Materialbereiche vom im Gießprozess entstandenen Materialausfluss über die Werkzeugtrennebene oder im Bereich beweglicher Werkzeugbestandteile, dem Ausstanzen oder aus mechanischer Nachbearbeitung verbliebene Flittergrate (zu beseitigende dünnste Materialbereiche) versprödet. Das Formteil selber wird hierbei lediglich oberflächlich/bis in die Gratwurzel abgekühlt, während der Kern des Formteils bei geringeren Kälteeinflüssen seine Elastizität behält. In diesem durch die Kälte bedingten Versprödungszustand werden die Formteile mit einem beschleunigten Strahlmedium wahlweise auf gezielte oder ungezielte Art beaufschlagt.

Bei dem eingesetzten Strahlmittel handelt es sich um Polycarbonat, das je nach Verwendung und Anforderung in unterschiedlichen Geometrien und Korngrößen von 0,15 mm bis 2,0 mm eingesetzt werden kann und fortlaufend während des Strahlprozesses ebenfalls dem Kälteeinfluss unterliegt. Dadurch bleibt die notwendige Abriebfestigkeit und Kerbschlaghärte erhalten. Es handelt sich somit um ein rein abschlagendes Verfahren anstelle eines der unterschiedlichsten bestehenden abrasiven Verfahrens.

Vollautomatische Anlage für Schüttgut

 

Der durch die SPS-Steuerung der Maschine vollautomatisch ablaufende Gesamtprozess der Entgratungsmaschinen besteht aus Einzelprozessen, in denen die Formteile zuerst gezielt auf die vorgegebene Soll-Temperatur gebracht werden. Danach erfolgt der maßgebliche Strahlprozess und abschließend werden Rückstände des Strahlmediums von den Formteilen und Gratbrüchen getrennt. Die durchschnittliche Gesamtprozessdauer beträgt je nach Geometrie, Größe und maximal einsetzbarer kinetischer Energie zwischen drei Minuten und sechs Minuten.

Nach Beendigung des Entgratungsprozesses wird lediglich empfohlen, Oberflächen empfindlicher Formteile zur Beschleunigung des Auftauprozesses zu trocknen. Durch das hohe Temperaturgefälle zwischen Umgebungsluft und der Temperatur der Formteiloberfläche sind ein Beschlagen der Bauteile und damit eine spätere Taufleckenbildung oder Korrosionsansätze vermeidbar. Auch hierfür sowie für Bauteile mit hohen Anforderungen an Reinheit bietet MEWO optional ein passendes System, das zur weiteren Nachbehandlung und Reinigung von derartigen Formteilen geeignet ist. Damit wird unnötiges Handling und Umschichten filigraner Bauteile für nachgelagerte Prozesse vermieden.

Universelle Technologie mit hoher Effizienz

Die maßgebliche Weiterentwicklung des Verfahrens erschließt für die MEWO-Technologie weitreichende Einsatzmöglichkeiten für unterschiedlichste Anwendungen. Im Prinzip lassen sich jegliche Formteile, ob als Rohgussformteil am Anfang der Prozesskette, bereits gestanzt oder mechanisch bearbeitet, in unterschiedlichsten Geometrien mit dünnwandigen und bruchgefährdeten Konturen 100 % reproduzierbar und äußerst präzise entgraten. Das Verfahren ist selbst für Formteile geeignet, die bereits oberflächenendbehandelt sind.

Weitere Vorteile des Verfahrens sind, dass bei der Bearbeitung Beeinträchtigungen der Oberfläche, Strukturveränderungen, Optik/Haptik oder Veränderungen der Materialeigenschaften und Maßhaltigkeit oder gar Brandgefahr durch den Anlagenbetrieb gegenüber bestehenden Technologien grundsätzlich auszuschließen sind. Toleranzlagen und Maßhaltigkeit, scharfkantige Konturen oder beispielsweise polierte Oberflächen bleiben erhalten, wodurch weitere Nachbehandlungen der Formteile aufgrund des Entgratungsverfahrens vollständig entfallen. Je nach Geometrie und Material sind mit dem MEWO-Verfahren eine Fein-/Feinstentgratung bis maximal 0,2 mm Stärke und Grattoleranzen von bis zu 0,02 mm möglich. Die minimale Materialstärke des Formteils liegt hierbei bei 0,4 mm.

Anwendungsbeispiel Aluminium mit artikelspezifischer Aufnahme (links) und Zink als Schüttgut

Text zum Titelbild: Teile aus Zink vor und nach dem Entgraten

 

In breiterem Umfang kommt das Verfahren bisher in Gießereien zur Herstellung von Teilen für die Industriebereiche Automotive und Elektronik zum Einsatz. MEWO verfügt über ein eigenes Dienstleistungs-, Entwicklungs- und Schulungszentrum. Dort wird als erster Schritt ein kostenloser Entgratungstest für interessierte Kunden an deren eigenen Produkten durchgeführt und die Ergebnisse zusammen mit dem Interessenten ausgewertet. MEWO verfügt zudem über Fertigungskapazitäten, um in der Anlaufphase das Entgraten für einen Neukunden als externe Dienstleistung durchzuführen. Ist der Kunde von den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen überzeugt und rechtfertigen die Stückzahlen die Einrichtung eigener Anlagen, installiert MEWO ein auf den Bedarf individualisiertes Verfahren am Standort. Prozess und die Maschine sind damit optimal auf die erforderlichen Produkte und Parameter ausgerichtet.

MEWO GmbH & Co. KG
Bilsteiner Straße 12, D-57462 Olpe

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