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Finish-Bearbeitung

Entgratwerkzeuge aus Korund-Fasern sorgen für reproduzierbare Resultate in Finish-Qualität

| Autor/ Redakteur: Peter Hedrich und Inhay Kim / Josef-Martin Kraus

Aus den sehr harten, säulen- oder tonnenförmigen Al2O3-Kristalle des Korunds können flexible Fasern und damit Borsten oder Schleifsteine für maschinelle Werkzeuge zur Oberflächenbearbeitung hergestellt werden. Das Besondere an diesen Werkzeugen ist die Selbstnachschärfung der Fasern. So wird beim Entgraten eine hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse in Finish-Qualität erreicht.

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Bild 1: Aus den säulen- und tonnenförmigen Aluminiumoxid-Kristallen werden flexible, jedoch in der Spitze sehr harte Korund-Fasern hergestellt.
Bild 1: Aus den säulen- und tonnenförmigen Aluminiumoxid-Kristallen werden flexible, jedoch in der Spitze sehr harte Korund-Fasern hergestellt.
( Archiv: Vogel Business Media )

Aluminiumoxid – auch als Korund bekannt – ist eines der härtesten Werkstoffe der Welt. Es bildet säulen- oder tonnenförmige Kristalle aus, die Basis für die Herstellung flexibler Fasern sind (Bild 1). Diese Aluminiumoxid-Fasern haben erstaunliche Fähigkeiten bei der Oberflächenbearbeitung, zum Beispiel beim Entgraten von Metallen. Das hat sich der japanische Sonderwerkzeughersteller Xebec, Tokio, zunutze gemacht. Das Ergebnis ist die Entwicklung bürsten- und steinförmiger Werkzeuge, die seit der Markteinführung von der Kempf GmbH, Reichenbach/Fils, in Deutschland vertrieben werden.

Als Bürstenwerkzeug werden damit Werkstücke geschliffen, poliert und entgratet (Bild 2). In Form von Faserstäben eignen sie sich besonders zum Entgraten von Querbohrungen (Bild 3). Dagegen sind die Schleifsteine zur Feinstbearbeitung mit motorisch angetriebenen Handwerkzeugen prädestiniert (Bilder 4 und 5). Bei diesen Werkzeugentwicklungen spiegeln sich die Eigenschaften von Korund unter anderem in einer kürzeren Bearbeitungsdauer und einer längeren Standzeit wider. Die Korund-Faser selbst ist abrasiv und benötigt keine schleifenden Körner. Daher ist in den Faserspitzen eine kontinuierlich hohe Schleifleistung und Hitzebeständigkeit bis 150 °C sichergestellt.

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Basiselemente der Werkzeuge sind 10 µm dünne Fasern

Die Herstellung bei Xebec ermöglicht, diese 10 µm dünnen Fasern funktional zusammenzufügen. Dadurch können zum Beispiel aus 1000 einzelnen Fasern Borsten hergestellt werden, die sich wiederum zu flexiblen Bürsten bündeln lassen. Auch zu Schleifsteinen in beliebiger Geometrie lassen sich die Fasern verbinden. Folglich haben sie – wie die Borsten – eine Fülle von Schneidkanten, die sich während der Anwendung nachschärfen.

Das Ergebnis sind Bürsten oder Steine, die ein sehr konstantes Bearbeitungsergebnis liefern. Das heißt: Es wird eine kontinuierliche Schleifleistung während der gesamten Bearbeitungszeit erreicht (Bild 6). Beide Werkzeugtypen können bei nassen und trockenen Bearbeitungsbedingungen zur Anwendung kommen: in Bearbeitungszentren, bei Robotern, Spezial- und Handbohrmaschinen.

Die Faserbürsten sind zum Entgraten und Abrunden von Werkstückkanten geeignet. Außerdem schleifen, polieren und säubern sie dabei die Werkstückoberfläche. Somit findet das Entgraten und die Finish-Bearbeitung in einem Arbeitsgang statt. Die flexiblen Borsten der Bürste passen sich dabei schonend der Werkstückform an, die somit nicht verändert wird. Im Gegensatz zu Nylon- und Messingbürsten entstehen beim Materialabtrag mit Korund-Faserborsten mikroskopisch feine Späne. Es kommt zu keiner Sekundärgratbildung. Aufgrund des Selbstregenerationseffekts verstopft die Faserbürste nicht. Außerdem werden aufgrund der extrem hohen Standzeit Kosten eingespart.

Mit dem Korund-Faserstab können einerseits Querbohrungen automatisch entgratet, andererseits die Innenwände von Werkstücken entzundert und poliert werden. Dieser Werkzeugentgrater eignet sich für Stahl und Nichteisen-Metallen. Querbohrungen werden mit dem Faserstab durch die Hauptbohrung hindurch entgratet. Aufgrund der bei der Werkzeugrotation entstehenden Fliehkräfte entfernt die Spitze im sanften Kontakt zum Werkstück feine Grate von Querbohrungen in Zylindern.

Die Bürsten spreizen sich bei hoher Drehzahl, das Entgraten erfolgt somit stirnseitig mit den Faserspitzen, ohne die Umgebung der Querbohrung zu beschädigen und die Kantenstruktur zu unterbrechen. Je nach Vorbearbeitung verbessert der Faserstab die Bohrungswandung sogar und erreicht eine hervorragende Oberflächengüte.

Im Gegensatz dazu macht man sich bei der manuellen Nachbearbeitung mit Werkzeugen für handgeführte Maschinen die hohe Schneidkraft der Faserstäbe zunutze. Diese Kraft wird von der Stabspitze erbracht. Das Ergebnis ist eine verbesserte Oberflächengüte in kürzester Zeit – mit hoher Reproduzierbarkeit aufgrund des Selbstschärfeprozesses. Diese Werkzeuge eignen sich zum Entzundern und Modifizieren von Gussformen, zum Entgraten nach einem Formprozess wie dem Gießen oder einer maschinellen spanenden Bearbeitung. Auch eine Oberflächenvergütung wie das Entfernen von Kratzern und Schuppen gehören zu den bevorzugten Anwendungen.

Kugeliger Bearbeitungskopf zum punktgenauen Entgraten

Zur präzisen Finishbearbeitung wird dagegen mit den Schleifsteinen aus Korundfasern gearbeitet. Die Kristallstruktur der Fasern schafft optimale Bedingungen für den Schleifprozess. Aufgrund der Formung des Werkzeugkopfes in kugeliger oder zylindrischer Konfiguration hat die gesamte Schleifsteinoberfläche eine Vielzahl von Schneidkanten, die hohe Schleifkraft und Schleifleistung bieten. Diese Kopfformen sind ideal zum punktgenauen Entgraten. Die Flexibilität des biegsamen Glasfaserschafts sorgt dabei für einen sanften Kontakt mit dem Werkstück. Optimale Bedingungen zur Beseitigung feiner Unebenheiten herrscht bei diesen Werkzeugen vor, wenn die Gratdicke nach dem maschinellen Zerspanen maximal 0,2 mm beträgt.

Über die Hauptbohrung können die kugeligen Schleifsteine, die mit 3 bis 6 mm Durchmesser hergestellt werden, die Querbohrungen bearbeiten. Durch Verwendung eines etwas größeren Kopfes als das Loch der Querbohrung werden die Grate wirksam entfernt. Dagegen sind zur Gratentfernung bei Querbohrungen in Sacklöchern die zylindrische Schleifsteine bestens geeignet. So zeigt die Praxis, dass diese Korund-Faser-Entgratwerkzeuge eine höhere Standzeit erreichen als konventionelle Schleifsteine. Im Vergleich zu elastischen Schleifsteinen ist die Werkzeugstandzeit dreißig Mal länger. Sie liegt etwa um das Zehnfache über der keramisch gebundener Schleifscheiben.

Peter Hedrich ist Geschäftsführer der Kempf GmbH in Reichenbach/Fils. Inhay Kim verantwortet als Managerin das Produktmarketing bei der japanischen Xebec Technology Co. Ltd. in Tokio. Weitere Informationen: Peter Hedrich, 73262 Reichenbach, Tel. (07153) 9549-0, Fax (07153) 9549-49, team@kempf-tools.de

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