Entgraten ist ein Endbearbeitungsprozess, bei dem unerwünschtes Material entfernt wird, das nach Bearbeitungsvorgängen, Schneiden, Umformen oder additiver Fertigung zurückbleibt.
Diese kleinen Unvollkommenheiten – bekannt als Grate – mögen geringfügig erscheinen, können jedoch sowohl die Leistung als auch die Sicherheit eines Werkstücks beeinträchtigen. Effektive Entgratungsverfahren verbessern nicht nur die Oberflächengüte und Maßgenauigkeit, sondern tragen auch dazu bei, Verletzungen zu vermeiden, Produktschäden zu reduzieren und die Lebensdauer von Bauteilen zu verlängern.
Von Turbinen in der Luft- und Raumfahrt über Kraftstoffsysteme in Automobilen bis hin zu chirurgischen Instrumenten und hochpräzisen CNC-gefertigten Bauteilen ist das Entgraten ein entscheidender Schritt zur Gewährleistung der Produktqualität und -zuverlässigkeit.
Ob es darum geht, strenge Industriespezifikationen zu erfüllen oder einfach nur sicherzustellen, dass Metallteile, Edelstahlarmaturen und Verteiler reibungslos funktionieren – das Entgraten spielt eine zentrale Rolle in Fertigungsprozessen, bei denen es auf Präzision ankommt.
WAS IST EIN GRAT UND WARUM IST ER WICHTIG?
Definition
Per Definition ist ein Grat eine erhabene Kante oder ein kleines Materialfragment, das nach der Bearbeitung mit einem Schneidwerkzeug oder einer Endbearbeitungsmaschine an einem Werkstück aus Metall, Aluminium oder Kunststoff zurückbleibt.
Nach dem “Deutsches Institut für Normung”(DIN) können Kanten als gratfreie Kanten, scharfe Kanten oder Kanten mit Graten klassifiziert werden . Ein Grat ist im Wesentlichen ein unerwünschter Überstand, der durch unzureichende Kontrolle der Bearbeitungsvorgänge entsteht.
Die Art und Weise, wie Grate charakterisiert werden, hängt vom Kontext ab:
- Im Hinblick auf das Entgraten ist möglicherweise die Festigkeit des am Werkstückmaterial haftendenGrans der entscheidende Faktor.
- Die Schärfe des Grates ist möglicherweise das wichtigste Kriterium für Sicherheitsaspekte.
- Das Volumen des Grates und seine Ausrichtung spielen ebenfalls eine Rolle bei der Festlegung des Entfernungsprozesses.
- Das Material beeinflusst ebenfalls die Wahl der Oberflächenbehandlung, da bestimmte Verfahren beispielsweise bei duktilen Materialien nicht gut funktionieren.
Arten von Graten
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Umformgrate – entstehen durch Materialdehnung während der Bearbeitung.
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Rollgrate – wenn sich das Material beim Schneiden über die Kante faltet.
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Rissgrate – entstehen, wenn das Material bricht, anstatt sauber geschnitten zu werden.
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Schnittgrate – bleiben am Ende eines Schnitts zurück, häufig an gesägten oder gescherten Teilen.
Häufige Ursachen für die Bildung von Graten
- Bohren – Grate um Ein- und Austrittslöcher.
- Fräsen und Drehen – scharfe Kanten oder Rollgraten an den Werkzeugwegen.
- Stanzen und Scheren – Schnittgrate und Kantenunregelmäßigkeiten.
- Laserschneiden – Mikrograte durch Erstarrung von geschmolzenem Metall.
- Additive Fertigung (3D-Druck) – Restmaterial oder Rückstände der Stützstruktur.
Kurz gesagt, Grate sind ein unvermeidbares Nebenprodukt fast jedes Materialabtragungs- oder Umformungsprozesses, weshalb ein Entgraten immer erforderlich ist.
WARUM IST ENTGRAATEN SO WICHTIG?
Selbst kleinste Grate können große Auswirkungen haben. Unbehandelt führen Grate zu Problemen, die die Funktionalität, Sicherheit, Leistung und Konformität beeinträchtigen.
Funktionale Probleme
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Schlechte Passgenauigkeit und Interferenzen zwischen Bauteilen.
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Blockaden in Flüssigkeits- oder Gaskanälen.
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Leckagen in Hydraulik-, Pneumatik- oder Kraftstoffsystemen.
Sicherheitsprobleme
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Scharfe Kanten, die eine Verletzungsgefahr für Bediener oder Endnutzer darstellen.
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Möglichkeit, dass sich Grate lösen und kritische Systeme (z. B. medizinische Geräte, Luft- und Raumfahrt) verunreinigen.
Leistungsprobleme
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Spannungskonzentrationspunkte, die die Ermüdungsfestigkeit verringern.
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Ausgangsstellen für Risse, Verschleiß oder Korrosion.
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Erhöhte Reibung oder ungleichmäßiger Verschleiß an beweglichen Teilen.
Einhaltung von Industriestandards
Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik stellen strenge Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung. Die Erfüllung dieser Standards bedeutet oft, dass nachgewiesen werden muss, dass alle sichtbaren oder versteckten Grate effektiv entfernt wurden.
ENTGRATEN ALS WICHTIGER WIRTSCHAFTLICHER FAKTOR
Über die technischen und funktionalen Anforderungen an die Entgratung hinaus ist auch der wirtschaftliche Aspekt zu berücksichtigen.
Die Kosten sind ein entscheidender Aspekt der Fertigung, und das Entgraten wird oft erst nachträglich berücksichtigt, was sich nachteilig auswirkt. Es ist interessant, die Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung und das Entgraten bereits bei der Festlegung des Fertigungsprozesses zu bestimmen.
Die Bearbeitungsstrategie beeinflusst das Vorhandensein, die Größe und die Ausrichtung der Grate. Diese Parameter dienen als Einstiegskriterien, um zu bestimmen, welcher Entgratungsprozess angemessen ist und wie viel er kosten wird.
Schließlich ist auch der Arbeitsaufwand ein entscheidender Faktor. Verfügen Sie über qualifizierte Arbeitskräfte? Können Sie einfach und schnell skalieren?
Wenn dies ein Engpass oder ein Risiko darstellt oder wenn die Kostenauswirkungen zu einem Hindernis werden, ist es an der Zeit, sich von manuellen Arbeitsabläufen zu verabschieden und den Einsatz von Maschinen und Automatisierung in Betracht zu ziehen, um Ihren Prozess zu rationalisieren.
KONVENTIONELLE ENTGRAUTUNGSLÖSUNGEN
Die in der Industrie am häufigsten eingesetzte Entgratungsmethode ist die manuelle Arbeit. Obwohl das manuelle Entgraten flexibel ist, geringe Anfangsinvestitionen erfordert und leicht skalierbar ist, ist es alles andere als konsistent. Da für das manuelle Entgraten Geschick und Konzentration erforderlich sind, ist es fast unmöglich, über einen langen Zeitraum eine gleichbleibende Qualität der Ergebnisse zu gewährleisten.
Lange Arbeitszeiten, Fehlzeiten und Fluktuation sind einige der ständigen Herausforderungen. In der Regel führt manuelles Entgraten in jeder Massenproduktionsumgebung zu Engpässen. Darüber hinaus gelten unzugängliche Bereiche des Bauteils immer als verdächtig.
VORTEILE:
Standardmäßige, wirtschaftliche Methode.
Geringe Kapitalinvestition durch einfache Werkzeuge.
NACHTEILE:
Einschränkungen treten auf, wenn Sie schwer zugängliche Bereiche haben und enge Toleranzen und anspruchsvolle Formen wie Fasen oder Radien erzielen müssen.
Hohes Risiko einer falschen Bewegung, die dazu führen könnte, dass ein Teil mit dem höchsten Wert im Produktionszyklus verschrottet werden muss.
Schwierigkeiten, in einigen Regionen der Welt qualifizierte Arbeitskräfte zu erschwinglichen Kosten zu finden.
Gesundheit: potenzielle Probleme durch repetitive Bewegungen.
Eine weitere häufig eingesetzte Technik ist das Bürsten. Ob manuell oder automatisiert, es ist noch nicht perfekt, und das Werkzeugmanagement wird schnell zu einem Problem, wenn es darum geht, eine gleichbleibende Qualität beim Entgraten zu gewährleisten.
Die Konsistenz der Gratgröße, die maximale Gratgröße und die genaue Steuerung der Bürstenrotationsgeschwindigkeit gehören zu den entscheidenden Parametern für einen erfolgreichen Bürstvorgang.
Und denken Sie daran: Eine Bürstengröße und eine Drehzahl passen nicht für alle Situationen.
VORTEILE:
Eine standardmäßige, wirtschaftliche Methode, wenn sie manuell oder mit kostengünstigen Robotern angewendet wird.
NACHTEILE:
Beschränkt auf erreichbare Bereiche und ohne enge Toleranzen und anspruchsvolle Formen, wie z. B. Fasen oder Radien, wenn erforderlich.
Hohes Risiko einer falschen Bewegung; bei manueller Steuerung kann dies zum Ausschuss eines Teils mit dem höchsten Wert im Produktionszyklus führen.
Bei manueller Ausführung Schwierigkeiten, in einigen Regionen der Welt qualifizierte Arbeitskräfte zu erschwinglichen Kosten zu finden.
Wenn der Prozess einen Bediener erfordert, können durch repetitive Bewegungen und die Exposition gegenüber abrasivem Staub potenzielle Gesundheitsprobleme auftreten.
Obwohl diese Verfahren produktiver und wiederholbarer sind als das manuelle Entgraten, bleibt das Risiko einer unvollständigen Gratentfernung hoch. Unzugängliche Bereiche bleiben verdächtig.
Ein unerwünschter Nebeneffekt dieser Methoden ist die Kreuzkontamination, bei der ein Teil durch Grate kontaminiert wird, die von vorherigen Teilen zurückgeblieben sind.
VORTEILE:
Gehört zu den gängigsten Verfahren der Gleitschleiftechnik. Leistungsstark bei leicht zu bearbeitenden Bauteilen ohne spezifische Kantentoleranzen.
NACHTEILE:
Beschränkt auf erreichbare Bereiche. Bei komplexeren Teilegeometrien oder empfindlicheren Bauteilen sind wahrscheinlich fortschrittlichere Lösungen wie das Schlepppolieren erforderlich.
Diese Verfahren garantieren keine gratfreien Teile.
Die vorgegebenen Kantenformen können nicht erreicht werden, insbesondere bei engen Toleranzen.
Da sich Ihr Teil bereits in einer CNC-Maschine befindet, warum nicht einige zusätzliche Feinbearbeitungszyklen durchführen, um die Grate zu entfernen?
Das ist möglicherweise keine gute Idee, da dies zeitaufwändig wäre und Ihr Stundensatz die Produktivität beeinträchtigen könnte. Nicht zuletzt hinterlässt selbst eine exakte Feinbearbeitung, bei der es sich um einen Schneidprozess mit rotierenden Werkzeugen handelt, Mikrograte. Auch die Werkzeugkosten könnten schnell zu einer Belastung werden.
Sind Roboterzellen besser? Vielleicht nicht immer. Allerdings ermöglichen fortschrittlichere Werkzeuge, darunter schwimmende Werkzeugkonstruktionen mit spezifischen Geometrien, eine effektivere Entgratung.
VORTEILE:
Präzision der Endbearbeitung in erreichbaren Bereichen.
NACHTEILE:
Auf erreichbare Bereiche beschränkt und langsam.
Die Werkzeugkosten könnten zu einem Hindernis werden, insbesondere wenn hohe Anforderungen an die Präzision der Kantenbearbeitung gestellt werden.
Entweder verbrauchen Sie kostbare Zeit auf Ihren vorhandenen Maschinen oder Sie müssen Kapital in die Roboterzelle investieren.
Meistens in Verbindung mit Elektropolieren, löst es die Grate mithilfe eines säurebasierten Bades oder einer zirkulierenden Flüssigkeit auf.
Es handelt sich um einen umgekehrten Beschichtungsprozess.
VORTEILE:
Eignet sich gut für Mikrograte.
Dringt tief in die Teile ein, selbst in komplizierten Bereichen.
Eine kontrollierte Oberflächenverbesserung wird durch präzises und gleichmäßiges Abtragen dünner Materialschichten erreicht, wodurch eine konsistente Leistung von Teil zu Teil gewährleistet wird.
Bietet Korrosionsschutz durch Erhöhung des Chromgehalts an der Oberfläche der Komponente – eine der bevorzugten Methoden bei der Endbearbeitung medizinischer Komponenten.
NACHTEILE:
Vor der chemischen Veredelung müssen große Grate behandelt werden.
Es ist ein fein abgestimmter Prozess erforderlich, um eine Beschädigung empfindlicher Strukturen zu vermeiden.
Elektrolyt ist eine Mischung aus Schwefelsäure und Phosphorsäure, die Umweltbedenken auslösen kann.
Nach dem Prozess ist eine mehrstufige Spülung mit bis zu 10 Stationen erforderlich.
Die Eindringtiefe der Chemikalien in poröse Materialien muss bewertet werden.
Ein Wasserstrahl ist ein weiteres häufig verwendetes Entgratungsverfahren, bei dem mit einem Korrosionsschutzmittel versetztes Wasser unter hohem Druck zum Entfernen von Graten eingesetzt wird. Es funktioniert, solange sich die Grate in der Sichtlinie des Wasserstrahls befinden. Das Verfahren basiert auf einem NC-Mehrachsenkopf, der mehrere Lanzen mit Düsen trägt, die einen feinen Hochdruckstrahl (10 bis 70 MPa) auf die Zielstelle richten. Alternativ dazu wird bei anderen Gerätekonstruktionen das Teil (durch eine NC-Achse oder einen Roboterarm) um die Düsen herum bewegt.
VORTEILE:
Fähigkeit, alle Arten von Graten zu entfernen, auch innerhalb des Bauteils, sofern sie sich in der Sichtlinie befinden.
Entfernung von Spänen.
Reinigung und Entgraten in einem Arbeitsgang.
Geeignet für Teile, die nicht für Hitze oder korrosive Mittel geeignet sind.
NACHTEILE:
Die Entgratungswirkung bei duktilem Material ist begrenzt, da sich Grate eher falten als lösen.
Garantiert keine gratfreien Teile.
Die vorgegebenen Kantenformen können nicht erreicht werden.
Hohe Investitionskosten und hohe Betriebskosten.
| Methode | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Manuelles Entgraten | - Standardmäßige, kostengünstige Methode - Geringe Investitionskosten, einfache Werkzeuge - Flexibel, skalierbar | - Eingeschränkt bei schwer zugänglichen Bereichen und anspruchsvollen Geometrien (Fasen, Radien) - Hohes Risiko der Verschrottung hochwertiger Teile - Fachkräftemangel, hohe Kosten - Gesundheitsrisiken (Wiederholungsbelastung) |
| Bürsten | - Wirtschaftlich bei manueller oder einfacher Automatisierung - Kann mit Robotern integriert werden | - Beschränkt auf zugängliche Bereiche - Uneinheitliche Toleranzen - Probleme beim Werkzeugverschleißmanagement - Gesundheitsrisiken durch Staub/Wiederholungsbewegungen |
| Strahl-, Vibrations- und Trommelverfahren | - Produktiv und wiederholbar für einfache Teile - Gängige Lösung für die Massenbearbeitung | - Risiko einer unvollständigen Entgratung - Eingeschränkt bei komplexen Geometrien - Keine präzisen Kantenformen möglich - Risiko einer Kreuzkontamination |
| Mechanische Roboter-/CNC-Endbearbeitung | - Hohe Präzision in zugänglichen Bereichen - Integration in CNC- oder Roboterzellen möglich | - Zeitaufwendig, verringert die CNC-Produktivität - Hohe Werkzeugkosten - Erzeugt weiterhin Mikrograte - Erfordert teure Investitionen |
| Chemisches Entgraten (Elektropolieren) | - Wirksam bei Mikrograte und komplizierten Bereichen - Bietet kontrollierte Oberflächenbeschaffenheit und Korrosionsschutz - Bevorzugt in der Medizinbranche | - Große Grate müssen zuerst entfernt werden - Risiko der Beschädigung empfindlicher Strukturen - Umweltbedenken (Verwendung von Säure) - Komplexe mehrstufige Spülung erforderlich |
| Hochdruckwasserstrahl | - Entfernt die meisten Arten von Graten im Sichtbereich - Kombiniert Reinigung und Entgraten - Funktioniert ohne Hitze oder ätzende Mittel | - Begrenzte Wirksamkeit bei duktilen Werkstoffen – Garantiert keine gratfreien Teile - Keine präzise Kantengeometrie möglich - Hohe Investitions- und Betriebskosten |
ÜBER DAS ENTFERNEN VON GRATEN HINAUS MIT EXTRUDE HONE-ENTGRATUNGSLÖSUNGEN
Entgraten ist eine Sache, aber Sie müssen sich überlegen, ob Sie überall oder nur an bestimmten Stellen entgraten möchten oder ob Sie über das Entgraten hinausgehen und gleichzeitig Radien und Polieren erzielen möchten.
Thermisches Entgraten (TEM)
An vorderster Front unseres Angebots steht das thermische Entgraten (TEM), ein Verfahren, das über das Herkömmliche hinausgeht und kostengünstiges Innen- und Außenentgraten für die Massenproduktion ermöglicht.
In dem komplexen Zusammenspiel der Hydraulikleistung, bei der Sauberkeit von größter Bedeutung ist, erweist sich TEM als Schutz vor potenziellen Ausfällen und gewährleistet ein nahtloses Benutzererlebnis.
TEM ermöglicht je nach Anwendungsbedarf unterschiedliche Entgratungsansätze.
- Massenentgraten kleiner Bauteile mit einer Charge von Teilen, die in einem Korb gehandhabt werden.
- Gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Teile, die sorgfältig in einer Vorrichtung angeordnet sind. Das ist die typische Anwendung für mittelgroße Hydraulikgehäuse.
- Fortschrittliches TEM-Entgraten für empfindliche Bauteile. Der High-End-TEM-Prozess nutzt speziell für die jeweilige Anwendung entwickelte Werkzeuge, um den Strahl und die Wärme zu optimieren und gleichzeitig die Geometrie der feinen Bauteile zu erhalten.
Elektrochemische Bearbeitung (ECM)
Die effiziente Herstellung hochpräziser Oberflächen mit minimalem Aufwand für das Entgraten und Nachbearbeiten von Werkstücken ist ein vorrangiges Ziel für Fertigungsingenieure, die in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Transport und Energietätig sind .
Häufig werden Bauteile mit komplexen Formen und sehr geringen Fertigungstoleranzen benötigt. Die Auswirkungen der durch den Fertigungsprozess verursachten Belastungen auf die Bauteile sind auch für Bauteile von Bedeutung, die unter extremen Betriebsbedingungen eingesetzt werden.
Das elektrochemische Bearbeitungsverfahren(ECM) bietet Lösungen zum Entgraten, Abrunden und Polieren genau ausgewählter Bereiche und liefert die Ergebnisse, die Sie benötigen, wenn Präzision, Konsistenz, Zeit und Qualität entscheidend sind.
Abrasive Flow Machining (AFM)
Die Abrasive Flow Machining (AFM) wurde als Polierverfahren entwickelt und ist eine leistungsstarke Entgratungslösung für komplexe Geometrien. Sowohl interne als auch externe Konstruktionen können von dem Abrasivmittelstrom profitieren, der die Grate abschleift.
AFM verwendet einen dicken, pastenartigen Polymerträger, in den Schleifpartikel eingebettet sind, um Grate zu entfernen.
Das Abrasive Flow Machining bietet Lösungen zum Entgraten, Abrunden und Polieren präzise ausgewählter Bereiche an anspruchsvollen, komplexen Formen und besonders wertvollen Hydraulikkomponenten:
- Einfach auf Innenformen anzuwenden.
- Geeignet für alle metallischen Werkstoffe.
- Möglichkeit, für kleine Bauteile Werkzeuge zu konstruieren, die mehrere Teile aufnehmen, um die Produktivität zu steigern.
MICROFLOW für das Entgraten von Mikrobohrungen
Bei der Bearbeitung von Mikrobohrungen werden Mikrograte von den Einlasskanten kleiner Öffnungen entfernt, die in der Regel zwischen 0,012 mm und 3,0 mm (0,0005″ bis 0,12″) groß sind.
MICROFLOW unterscheidet sich etwas von AFM. Es verwendet eine fließfähige Flüssigkeit unter hohem Druck, die suspendierte Schleifpartikel enthält, die in winzige Durchgänge passen.
Aufgrund seiner geringen Viskosität lässt sich MICROFLOW nach der Bearbeitung leicht reinigen und eignet sich gut für automatisierte Anwendungen.
Das MICROFLOW-Verfahren bietet Lösungen für das Mikroentgraten, einschließlich Bohrungskreuzungen mit komplexer Geometrie oder schwer zugänglichen Stellen, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreichbar sind.
| Lösungen | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Thermisches Entgraten (TEM) | - Rundumentgraten entfernt Grate innen und außen - Schnell (30–60 Sekunden Zykluszeit) - 100 % Zuverlässigkeit - Erreicht unzugängliche Bereiche - Geringe Kosten pro Teil bei Massenproduktion | - Hohe Anfangsinvestition - Teile müssen frei von Spänen und Öl sein - Bei Stahlteilen ist eine Nachbearbeitung erforderlich, um Oxidation zu entfernen, wenn keine Wärmebehandlung folgt |
| Elektrochemische Bearbeitung (ECM) | - Bearbeitet nur ausgewählte Bereiche mit Präzision - Entgratet, rundet Kanten ab und poliert in einem Schritt - Schnelle Zykluszeit (unter 30 Sekunden) - Mehrfach Vorrichtungen steigern die Produktivität - Dynamische ECM ermöglicht die Bearbeitung in Bereichen welche mit standarmäßigen Technologien nicht zu erreichen sind - Schutzanode verhindert Schäden durch Streustrom | - Erfordert spezifische Vorrichtung pro Bauteil (weniger geeignet für Teile mit geringem Volumen/geringerem Wert) - Die Grate dürfen nicht größer als 0,2 mm sein - Teile müssen sauber sein (span- und ölfrei) - Nachbearbeitung durch Spülen des Elektrolyten erforderlich |
| Abrasive Flow Machining (AFM) | - Hervorragend geeignet für komplexe Geometrien (innen/außen) - Funktioniert bei allen metallischen Werkstoffen - Gleichzeitiges Entgraten, Verrunden und Polieren - Mehrfach Vorrichtungen für höhere Produktivität möglich - Besonders effektiv für Hydraulikkomponenten | - Erfordert aufwendige Werkzeuge für Außenflächen - Beschränkt auf Grate < 0,2 mm - Medienentfernung erfordert Ausblasen und Spülen |
| Microflow (Entgraten von Mikrobohrungen) | - Ideal für kleinste Bohrungen (0,012–3,0 mm) - Bearbeitet einzelne oder mehrere Löcher gleichzeitig - Vorteile durch Abrundung der Einlasskante und Voralterung - Geeignet für schwerzugängliche /sich kreuzende Mikrokanäle - Einfache Reinigung, kompatibel mit Automatisierung | - Hohe Investitionskosten - Am besten geeignet für die Großserienfertigung |
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