Entgraten von Metall

Maschinelles Entgraten nutzt Fräs- oder Bürstwerkzeuge, um Grate von Werkstücken zu entfernen und Kanten zu verrunden. Diese Methode ist für Serienproduktionen, große Bauteile und die präzise Entgratung von Metallteilen ideal. Die Maschinen ermöglichen eine hohe Präzision, Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit im Entgratungsprozess, was sie insbesondere für schnellgetaktete Prozesse in der Automobilindustrie unerlässlich macht.

Die Stärke maschineller Verfahren liegt in ihrer Fähigkeit, große Stückzahlen an Teilen effizient zu bearbeiten. Die Prozessautomatisierung sorgt für eine konstante Qualität der entgrateten Teile. Diese Methode ist anpassungsfähig für verschiedene Materialien und ermöglicht eine präzise Kontrolle über den Entgratungsprozess. Sollen an CNC-Teilen exakte Kantenradien eingestellt werden, führt zudem oft kein Werk am maschinellen Entgraten vorbei. Hierfür gibt es jedoch auch innovative und flexible Alternativen, siehe Plasmaentgraten.

Allerdings erfordert maschinelles Entgraten eine Investition in spezialisierte Maschinen, was anfängliche Kosten verursacht. Zudem erfordert der Verschleiß von Werkzeugen eine regelmäßige Wartung. Insbesondere an komplexen Geometrien ist die Zugänglichkeit für diese Werkzeuge zudem einschränkt, sodass kein Entgraten möglich ist.

Das thermische Entgraten ist ein Verfahren, das der thermisch-chemischen Gratentfernung basiert. In einem geschlossenen Reaktionsraum wird ein Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff gezündet. Die entstehende Wärmeenergie dissipiert innerhalb von weniger als einer Sekunde, verbrennt bzw. verdampft dabei aber die von bauteilkanten abstehenden Grate. Diese Methode ist besonders effektiv bei harten Materialien und kann Grate beseitigen, die durch Bearbeitungsprozesse wie Fräsen oder Schleifen entstanden sind.

Einsatzbereiche für thermisches Entgraten umfassen häufig Teile, bei denen eine hohe Genauigkeit und Präzision erforderlich sind. Es eignet sich gut für industrielle Anwendungen, in denen Grate an schwer zugänglichen Stellen oder in komplexen Geometrien im Bauteilinneren entfernt werden müssen. Stärken dieses Verfahrens liegen in seiner Fähigkeit, Grate an Metallbauteilen effizient und präzise zu beseitigen. Dank der gezielten Verbrennung sind selbst Innenbohrungen mit großen Aspektverhältnis kein Problem. Zudem weist das Thermische Entgraten, insbesondere in der Serie, eine der geringsten Stückkosten für die Bearbeitung auf.

Nachteile des thermischen Entgratens ergeben sich aus der Wirkung des Brenngases – Oxidationen, Verfärbungen und andere ungewünschte Effekte sind zu erwarten. Diese müssen insbesondere bei Eisenwerkstoffen in einem Nachprozess korrigiert werden. Auch ist es möglicherweise nicht für empfindliche Materialien geeignet, da diese durch die Wärmebehandlung beschädigt werden könnten. Eine Verrundung von Kanten durch Thermisches Entgraten ist nicht möglich, was seine Anwendung insbesondere in der Medizintechnik einschränkt. Zudem wird die maximale Bauteilgröße durch die Größe der Brennkammer begrenzt.

Chemisches Entgraten ist ein Verfahren, das chemische Lösungen zur Gratentfernung nutzt, die den zu bearbeitenden Werkstoff auflösen. Dabei wird eine auf die Bearbeitungsaufgabe abgestimmte Chemie eingesetzt. Diese greift das Bauteil an allen, auch schwer erreichbaren Stellen an, jedoch bevorzugt an hervorstehenden Graten. Diese werden schneller, aber nicht ausschließlich aufgelöst. Insofern kommt es je nach Einwirkzeit im Bad auch zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Bearbeitung der Oberfläche durch das Reduzieren von Rauheiten. Das Verfahren eignet sich besonders gut für komplexe Geometrien und schwer zugängliche Bereiche, da die Lösung in der Lage ist, alle Grate problemlos zu erreichen. Industriell wird es meist für unlegierte Stähle als Schüttgut eingesetzt, da hier eine besonders effiziente Entgratwirkung möglich ist.

Eine Stärke des chemischen Entgratens liegt in seiner Fähigkeit, gleichmäßig und schonend zu entgraten. Insbesondere bei feinen Graten kann so eine prozesssichere Entfernung bei kurzen Taktzeiten sichergestellt werden. Es ist jedoch wichtig, äußerste Vorsicht bei der Handhabung der chemischen Lösungen zu walten, da diese in der Regel stark umwelt- und gesundheitsgefährdend sind.

Entgraten durch Gleitschleifen nutzt Schleifkörper und Wasser, um Grate von Metallbauteilen zu entfernen. Dieses Verfahren ist besonders geeignet für wenig komplexe Teile ohne schwer zugängliche Bereiche. Hier ermöglicht es eine gleichmäßige Bearbeitung und trägt in der regel zur gleichzeitigen Verbesserung der Oberflächenqualität bei.

Die Stärken des Gleitschleifens liegen in seiner Anpassungsfähigkeit an verschiedene Formen und Materialien sowie der Fähigkeit, diverse Geometrien gleichzeitig zu entgraten. Da die Anlagentechnik etabliert und günstig ist, können Prozesse oft mit geringen Investitions- und Betriebskosten aufgebaut werden.

Die maximale Bauteilgröße ist beim Gleitschleifen anlagenseitig begrenzt. Es ist jedoch zeitaufwändiger als einige andere Methoden und kann bei ungünstiger Handhabung zu Oberflächenveränderungen führen.

Das elektrochemische Entgraten ist ein präzises Verfahren, das auf elektrochemischen Reaktionen basiert, um Grate von Metallbauteilen zu entfernen. Das Bauteil, die Gegenelektrode und ein Elektrolyt bilden eine elektrochemische Zelle, in der unter einer Gleichspannung herausstehende Oberflächenmerkmale wie Rauheitsspitzen und Grate gezielt abgetragen werden. Im Grunde ist es das Gegenteil von galvanischer Beschichtung. Das abgetragene Metall sammelt sich im Elektrolyten an, und muss hieraus entfernt werden. Das elektrochemische Entgraten wird häufig eingesetzt, um Grate an schwer zugänglichen Stellen oder in komplexen Geometrien zu beseitigen.

Die Stärken dieses Verfahrens liegen in seiner Präzision und Unabhängigkeit von der Härte des Werkstoffs. So können auch gehärtete Metallbauteile, die mechanisch eine Herausforderung darstellen würden, problemlos bearbeitet werden. Die schnelle Entgratwirkung ermöglicht eine der schnellsten Taktzeiten unter den Entgratverfahren.

Zentraler Nachteil ist zunächst die geometriespezifische Werkzeugkathode. Diese erfordert entsprechende Erstinvestitionen für jede neue Bauteilform. Zudem braucht es beim elektrochemischen Entgraten eine spezialisierte Ausrüstung und Expertise sowie eine genaue Kenntnis der Materialverträglichkeit, da nicht alle Metalle für das Verfahren geeignet sind. Zudem ist die Technologie nur für Metallteile mit feinen und sehr konstanten Graten geeignet, da größere den Arbeitsspalt zur Kathode überragen und zu einem Kurzschluss führen können.

Ultraschall-Entgraten wirkt nicht durch die Ultraschallwellen selbst, sondern macht sich die Trägheit von Wasser zunutze. Das Bauteil befindet sich bei diesem Verfahren in einem Prozesswasserbecken, begleitet von einer gratnah geführten Sonotrode – einem Ultraschallschwinger. Diese schwingt so schnell vor und zurück, dass das umgebende Medium nicht hinterher kommt und in sogenannten Kavitationsblasen implodiert. Hierdurch wird ein hochbeschleunigter Wasserstrahl ausgestoßen, der Grate entsprechend prozesssicher abreißt.

Das Ultraschallentgraten wirkt punktuell, und kann Grate schonend von Metallbauteilen entfernen. Die Methode eignet sich gut für kleinere Teile und ermöglicht präzise Entgratung. Das eingesetzte Prozessmedium ist arbeitsschutzseitig als unkritisch zu bewerten – in der Regel handelt es sich um Wasser mit Calcium-Carbonat als Zusatz.

Seine Grenze findet das Ultraschallentgraten in größeren Bauteile oder bei massiven Gratbildungen, insbesondere ausgeprägten Gratwurzeln. Zudem sind nicht alle Werkstoffe bearbeitbar.

Bei abrasiven Strahltechnologien werden abrasive Partikel verwendet, um Grate von Metallbauteilen zu entfernen. Diese werden mithilfe von Druckluft oder Rotation beschleunigt und treffen mit entsprechend hoher kinetischer Energie auf das Bauteil auf.

Dieses Verfahren erweist sich als effektiv, und kann uafgrund der lokalisierten Wirkung im Aufprallbereich gezielt gesteuert werden, wenngleich aufgrund der Abpraller nicht exakt in einem abgegrenzten Bereich. Für das Partikelstrahlen ist auch eine Handführung möglich.

Die Methode kann für weichere Materialien weniger geeignet sein. Dabei ist eine präzise Steuerung wichtig, um Schäden am Bauteil zu vermeiden. Zudem erfordert diese Technologie oft eine genaue Überwachung des Prozesses, z. B. des Verschleißes des Strahlmediums, welcher das Ergebnis signifikant beeinflusst.

Beim kryogenen Entgraten werden Teile bei extrem niedrigen Temperaturen behandelt, um Grate sicher zu entfernen. Mithilfe von flüssigem Stickstoff werden die Grate auf Temperaturen unterhalb von -100°C heruntergekühlt, was sie fest und spröde macht. Anschließend wird das Metallbauteil mit Granulat, in der regel Kunststoff, beschossen, was die Grate abschlägt.

Das kryogene Entgraten wirkt schonend und verzugsfrei, wobei keine negative Beeinflussung der Oberfläche zu verzeichnen ist.

Dieses Verfahren ist effektiv, jedoch können die Ausrüstungskosten hoch sein und die Handhabung extrem niedriger Temperaturen stellt eine Herausforderung dar. Es eignet sich gut für eine Vielzahl an Metallen, weist aber auch Grenzen auf. So ist z. B. das kryogene Entgraten von Stählen nicht möglich.