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Finish-Bearbeitung

Feinschleifen, Läppen und Polieren für die Hochpräzisionsbearbeitung

20.02.2008 | Autor / Redakteur: Thomas Rehfeldt / Josef-Martin Kraus

Bild 1: Zwei-Scheiben-Maschine zum Feinschleifen. Die Hochpräzisionsbearbeitung verlangt bis auf ±2 µm genaue Maschinenbewegungen.
Bild 1: Zwei-Scheiben-Maschine zum Feinschleifen. Die Hochpräzisionsbearbeitung verlangt bis auf ±2 µm genaue Maschinenbewegungen.

Feinschleifen, Läppen und Polieren führen nicht nur zu Rationalisierung, sondern ermöglichen auch eine Hochpräzisionsbearbeitung. Dazu sind aufgrund reduzierter Maßtoleranzen, die bei Drehteilen nahe am Nanometerbereich liegen, mehr als nur Sondermaschinen erforderlich. Daher bietet sich für die Hochpräzisionsbearbeitung die Lohnfertigung an, um hochpräzise Resultate wirtschaftlich zu erhalten.

Die Miniaturisierung von Bauteilen bei gleichzeitiger Funktionserweiterung ist immer wieder eine Herausforderung für Zerspaner, wie sich anhand der Commonrail-Technik zeigen lässt: bei Einspritzsystemen für Verbrennungsmotoren im Fahrzeugbau, bei deren Betrieb der Kraftstoff in einer gemeinsamen Zufuhrleitung mit entsprechenden Abgängen zur Versorgung der einzelnen Zylinder ständig unter Druck steht. Dafür sind Pumpaggregate erforderlich. Sie enthalten Drehteile mit höchsten Anforderungen an die Maßhaltigkeit, die sich über Toleranzen, Ebenheit und Planparallelität definiert.

In der Fahrzeugindustrie werden diese Angaben für die statistische Prozesssteuerung (SPC) im cpk-Wert gebündelt: einer Kennzahl zur Leistungsbewertung eines Fertigungsprozesses, die in jüngster Vergangenheit erheblich verschärft wurde. Noch vor wenigen Jahren erlaubte ein ausreichender cpk-Wert von 1,33 µm eine Maßgenauigkeit im Bereich bis ±10 µm. Heute ist ein Wert von 1,67 erforderlich – und damit eine Toleranz, die höchstens ±5 µm beträgt.

Diese Entwicklung hat Auswirkungen auf die Maschine (Bild 1). Deren Leistungsfähigkeit spiegelt sich in der statischen Prozesssteuerung des cmk-Wertes wider. Er steht mit dem cpk-Wert in Relation. Das heißt: Der cmk-Wert wurde ebenso eingeschränkt. So verlangt eine auf maximal ±5 µm begrenzte Maßtoleranz bis zu ±2 µm genaue Bewegungen der Maschine.

Damit ist man der Grenze zwischen der Zerspanung im Mikro- und Nanometerbereich schon sehr nahe, weshalb bei der mechanischen Fertigung von Präzisionsdrehteilen nicht nur Sondermaschinen zum Feinschleifen, Läppen und Polieren erforderlich sind, sondern auch sehr spezifische Fertigungsabläufe (Bild 2 – siehe Bildergalerie).

Optimierte Maschinentechnik reicht für Hochpräzisionsbearbeitung nicht mehr

Aufgrund dieser Bedingungen ist eine Hochpräzisionsbearbeitung bei einem Lohnfertiger wie der FLP Microfinishing GmbH, Zörbig bei Halle, – der ehemaligen FLP Stähle GmbH – wirtschaftlich. FLP Microfinishing bietet das Feinschleifen, Läppen, Polieren und Bürst-Entgraten als Dienstleistung an, seit 2001 auch im Bereich Mikrozerspanung, für das ein zweiter Fertigungsbau erstellt wurde.

Seitdem hat sich der Schwerpunkt in Richtung Hochpräzisionsbearbeitung verlagert. Das Know-how basiert auf der Entwicklung und Herstellung von Feinschleif-, Läpp- und Poliermaschinen für Ein- und Zwei-Scheiben-Prozesse und dem Handel mit Werkzeugen und Bearbeitungshilfsstoffen.

Die Anforderungen an diese Maschinen haben sich mit der Einschränkung des cpk-Wertes stark erhöht. Sie sind mit der Halbierung der Maßtoleranz von ±10 µm nicht verdoppelt worden; vielmehr machen sie neue Genauigkeitskriterien im Maschinenbau erforderlich. Mit konventionellen Mitteln kommt man da nicht weiter. Zur reproduzierbaren Einhaltung einer Toleranzgrenze von ±5 µm sind Neukonzeptionen erforderlich, die mittlerweile nicht nur die Maschine betreffen.

Hochpräzisionsbearbeitung verlangt Spezialisierung

Prinzipiell sind das Feinschleifen, Läppen und Polieren aufgrund der Bearbeitungsbedingungen in zwei Genauigkeitsklassen zu unterteilen. In der Lohnfertigung von FLP Microfinishing gibt es dazu Grau- und Weißbereiche.

Die Hochpräzisionsbearbeitung – der Weißbereich – findet in klimatisierten Reinräumen statt, die eine Folge der gestiegenen Anforderungen sind. Das erfordert heute mehr denn je ein wirtschaftliches Energie-Management – unter Einbeziehung von reversiblen Energiequellen oder Energiesparmaßnahmen, zum Beispiel Wärmerückgewinnung.

Außerdem zahlen sich die Aufbereitung und Wiederverwendung flüssiger Bearbeitungshilfsstoffe wirtschaftlich aus. Nur so lässt sich bei dem gestiegenen Aufwand noch eine optimale Kostenstruktur für den Endkunden beibehalten.

Auslegung von Finishing-Verfahren auf die Hochpräzisionsbearbeitung bringt Rationalisierung

Vor allem führt die spezifische Auslegung dieser drei Verfahren auf die Hochpräzisionsbearbeitung zu Rationalisierungseffekten. So nutzte man bei FLP Microfinishing die Verfahrensspezifizierung dazu, um das Feinschleifen, Läppen und Polieren im Bereich der Mikrozerspanung in die Komplettfertigung mechanischer Komponenten und Systeme integrieren zu können (Bild 3).

Daher ist FLP nicht nur Maschinenbauer und Lohnfertiger, sondern auch Systemanbieter mit breitem Anwendungsspektrum, der außer der Fahrzeugindustrie auch die Luft- und Raumfahrttechnik sowie den Maschinen- und medizinischen Gerätebau umfasst. Hochpräzise Drehteile sind zum Beispiel Bestandteil von Hydraulik- und Turboaggregaten.

Thomas Rehfeldt ist Geschäftsführer der FLP Microfinishing GmbH in 06780 Zörbig.

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