Entgraten mit Ultraschall

Transkript

1 Entgraten mit Ultraschall Fachforum parts2clean 2016 Dr. Thomas Dreyer Seite 1

2 ENTGRATEN ALLGEMEIN» Bei mechanischer Bearbeitung von Metallen und anderen Materialien durch Fräsen, Bohren, Drehen, etc. an Kanten Grate durch Materialverdrängung» Grat: Ein unerwünschtes Materialstück, das teilweise aber nicht vollständig von dem Hauptelement getrennt wird» Verringerung der Präzision dadurch Probleme in der Teilmontage Seite 2

3 ENTGRATEN ALLGEMEIN Unterschied verschiedener Grate (Grob-/Feinentgraten)» Je nach Härte (Dichte), Breite und Bearbeitungsvorgang unterschiedliche Gratbildung» Feinentgraten: Besonders empfindliche Materialien z.b. Präzisionsteile, Leiterplatten, Pins, Micro/NanoSIM, etc.» Grobentgraten: Zylinderkopf, Wasserhähne (Armaturen), Kolben, etc.» Je nach Materialbeschaffenheit Grob- oder Feinentgratung Relevante Faktoren, um die geeignete Methode einzusetzen:» Gratwurzel» Gratgröße» Material» Bearbeitung (Bohren, Stanzen, Sägen, etc.) Seite 3

4 ENTGRATEN ALLGEMEIN Methode Vorteile Nachteile Maschinelles Entgraten, Handentgraten Gleitschleifen Hochdruckwasserstrahlentgraten (HDW) Elektrochemisches Entgraten (ECM) Aufwand nach der Entgratung wird verringert, optimale Vorbereitung für weiteren Prozess keine Vorrichtung nötig, Kanten werden verrundet gezielt, für große Serien geeignet, Teile werden auch entspannt und gewaschen gezieltes Formentgraten einer ausgewählten Stelle feinste Grate bleiben immer übrig, längere Bearbeitungszeit der Maschinen komplexe Vertiefungen werden nicht erreicht, Grate können in die Bohrung gebogen werden großer Programmieraufwand (CNC), lange Durchlaufzeiten, großer Aufwand, hohe Anschaffungskosten hohe Einrichtungskosten, lange Bearbeitungszeit, kostenintensiv, nur gezielte Stellen werden entgratet, sehr teures verfahren insgesamt Thermisches Entgraten Gesamtes Bauteil auf einmal entgratet Verzug bei Präzisionsbauteilen, nachfolgende Reinigung immer erforderlich, thermische Belastung Seite 4

5 TEILESPEKTRUM (HDW-ENTGRATEN) Seite 5

6 TEILESPEKTRUM (HDW-ENTGRATEN)» Blindnieten, Zahnräder, Schließzylindergehäuse, etc.» Jegliche metallische Stanz- und Gussteile (zum Beispiel Armaturen)» Eisenmetalle (unterschiedliche Härte, Sprödigkeit)» Nichteisenmetalle: NE-Leichtmetalle (meist spröde Grate oder NE-Schwermetalle)» Zylinderköpfen, Zylinder- und Ventilblöcke (Automobilbranche)» Alu-Gussteile, Stanzteile, Einspritzpumpen, Wasserpumpen, Bremskomponente» Seite 6

7 ENTGRATEN MIT ULTRASCHALL: DAS PRINZIP Ultraschallwandler Schallwelle Kavitation Booster Sonotrode Kavitation Flüssigkeitstank Werkstück Seite 7

8 ENTGRATEN MIT ULTRASCHALL» Kavitation erodiert Gratwurzel» Hohe US-Intensitäten notwendig» Entgrat-Effekt bestimmt durch Amplitude, Leistung, Frequenz, Abstand zum Werkstück und Behandlungszeit» An Werkstückgeometrie adaptierte Werkzeuge möglich (z.b. Rund-, Messersonotrode)» Handentgraten oder automatisiert in Anlagen realisierbar» Berührungslos» Geringer Energieaufwand Seite 8

9 EQUIPMENT» Rundsonotroden: 3 bis 13 mm, Messersonotrode: 60 mm» Generator: 1000 Watt, 18 khz Seite 9

10 VIDEO: ENTGRATEN MIT HANDSONOTRODE Seite 10

11 ERSTER VERSUCH: ALUMINIUMPROFIL VORHER NACHHER Seite 11

12 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN)» Material: Edelstahl» Equipment: 1000 W, 18 khz» Medium: Wasser (Raumtemperatur)» Entgratzeit: 3 s» Distanz: 3 bis 5 mm Seite 12

13 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 13

14 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 14

15 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 15

16 VERSUCH: ALUMINIUMTEIL (AUTOMOBILZULIEFERER)» Material: Aluminium» Equipment: 1000 W, 18 khz» Medium: Wasser (Raumtemperatur)» Entgratzeit: 5 bis 7 s» Distanz: 3 bis 5 mm Seite 16

17 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 17

18 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 18

19 VERSUCH: PRÄZISIONSTEILE (FEINENTGRATEN) VORHER NACHHER Seite 19

20 VERSCHIEDENE TEILE MIT AUTOMATISCHER WERKZEUGFÜHRUNG Seite 20

21 ANWENDUNGEN Welche Teile könnten mit Ultraschall entgratet werden?» Stanzteile» Elektronikindustrie» Automobilindustrie» Maschinenbau» Diverse Aluminiumgussteile» Automobilindustrie z.b. Zylinderköpfe, Getriebegehäuse, etc.» Diverse Zink-Druckgussteile» Elektronikindustrie» Automobilindustrie» Maschinenbau Seite 21

22 BETRIEBSKOSTEN HDW UND ULTRASCHALLENTGRATEN Annahme» Bei den Betriebskosten wurden Extremwerte herangezogen wie z.b. bei einem 8-Stunden-Schichtbetrieb ohne Unterbrechung.» Ein Strompreis von 28,8 Cent dient nur als Basis, welcher als Verbraucherpreis für 2015 pro kwh festgelegt wurde. Seite 22

23 BETRIEBSKOSTEN HDW UND ULTRASCHALLENTGRATEN Anschlussleistungen der Hauptkomponenten HOCHDRUCKWASSERENTGRATEN ULTRASCHALLENTGRATEN Vergleich bei einem Strompreis von 28.8 Cent/kWh (2015) und einer 8-Stunden- Schicht HD-PUMPE kw GENERATOR 1000 W KÜHLUNG kw PUMPE 1 2 kw VORDRUCKPUMPE 2 3 kw HOCHDRUCKWASSERENTGRATEN ULTRASCHALLENTGRATEN Minimum 262 kw Maximum 418 kw Minimum 2 kw Maximum 3 kw x 8 h (1 Schicht) kwh kwh x 0, ,65 963,07 x 8 h (1 Schicht) 16 kwh 24 kwh x 0,288 4,61 6,90 Seite 23

24 ZUSAMMENFASSUNG/FAZIT Vorteile» Sehr niedrige Betriebskosten» Lage- und Positionierungstolerant (Anpassung des Werkzeuges)» Schnell: Entgratzeit innerhalb weniger Sekunden (< 5 Sekunden)» Kompakt (Sonotrode und Generator)» Einfache und kostengünstige Wartung (Austausch Kavitationswerkzeug)» Gezieltes Reinigen der behandelten Flächen» Geeignet für das Feinentgraten Nachteile» Nur in Flüssigkeiten einsetzbar» Werkzeugverschleiß durch Kavitation» Keine Abrundung der Gratstellen am Werkstück (Phase)» In Bohrungen seitlich entgraten noch nicht möglich (Longitudinal) Seite 24

25 ZUSAMMENFASSUNG/FAZIT Derzeitiger Stand» Sehr gute Entgratwirkung bei Aluminiumteilen» Stahl und Titan bislang nur feine Grate» Teile werden gleichzeitig vorgereinigt» Weniger gute Wirkung bei Stahl & Kunststoff» Am besten geeignet für Flittergrate mit schwachen Gratwurzeln und feinen Graten Seite 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns: Halle 5 Stand D45 Seite 26