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Verfahren zum Schleifen und Polieren der Oberfläche von Werkstücken und Schleuderrad und Strahlmittel zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich vor allem auf ein Verfahren zum Schleifen und Polieren von Werkstücken aus Metall u. ähnl. Werstoffen durch Aufschleudern von Strahlmitteln.
Bei den bekannten Schleuderstrahlverfahren zum Reinigen und Verdichten der Oberfläche von Werk- stücken wurde die Oberfläche aufgerauht, und man verwendete diese Verfahren manchmal bewusst. um glatten glänzenden Flächenteilen ein mattes Aussehen zu geben.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einSchleuderstrahlverfahren zum Schleifen und Polieren der Oberfläche von Werkstücken zu schaffen, bei dem die Oberfläche poliert wird, und verwendet hiezu Strahlmittel aus Kunststoff. Es war bereits früher bekannt, Strahlmittel aus Kunststoff ohne Zugabe von Schleifmittel oder mit in das Strahlmittel eingebettetem Schleifmittel, z. B. feinkörnigem bzw. pulverförmigem Metall oder natürlichen bzw. künstlichen Mineralien zu verwenden.
Das erfindungsgemässe Verfahren besieht nun darin, dass das Strahlmittel in Form von Kugeln oder kugelähnlichen Körpern aus Elastomeren oder an sich bekannten thermoplastischen Kunststoffen während seiner Vorwärtsbewegung gegen die Werkstückoberfläche in Drehung versetzt wird, wobei die auftreffenden Kugeln durch ihre Drehung gemeinsam mit einemSchleif-undPoliermittel die Oberfläche des Werkstückes bearbeiten.
Entsprechend einem weiteren Erfindungsmerkmal wird bei in einem spitzen Winkel gegen die Oberfläche des Werkstückes gerichtetem Strahl die zu bearbeitende Oberfläche entgegengesetzt zur Drehrichtung des Strahl mittels vorgeschoben. In einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens werden die Werkstücke vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufschleudern des Strahlmittels mit einem das Schleif- und Poliermittel enthaltenden Überzug versehen. Zu dem gleichen Zweck schlägt die Erfindung vor, die Oberfläche des Werkstückes vor dem Strahlvorgang mit einer Flüssigkeit zu benetzen.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Schleuderrad zur Durchführung des Verfahrens, dessen mit dem Strahlmittel in Berührung tretende Oberfläche zur Führung des Strahlmittels Rillen aufweist, die quer zur Drehachse verlaufen, wobei die Schaufeln des Rades in Drehrichtung nach vom gekrümmt sind. In einer andern, in der Erfindung vorgeschlagenen Ausführungsform ist das Schleuderradwie an sich bekannt-zylindrisch ausgebildet, wobei dem zylindrischen Teil eine stillstehende Leitfläche zugeordnet ist, die von diesem Teil einen Abstand aufweist. In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführung ist der Umfang des Schleuderrades oder auch die stillstehende Leitfläche mit einer Mehrzahl von Längsrillen versehen, die im seitlichen Abstand voneinander angeordnet sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren verwendet als Strahlmittel Kugeln oder kugelähnliche Körper aus einem elastischen Material mit einem Elastizitätsmodul, der vom Werkstoff sowie von der gewünschten Oberfläche des Werkstückes abhängt. Es können auch Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften für das Vorpolieren, für den Zwischenarbeitsgang und für das endgültige Polieren verwendet werden.
Als Werkstoff für das Strahlmittel können beispielsweise verwendet werden : natürlicher oder künst- licher Gummi, Elastomere, Polyäthylene, Polybutylene, Polyamide, Polyester, Cellulose-Acetat-Buty- rat, Nitrocellulose-Polyvinyl-Acetat, Polyvinyl-Chlorid, Vinyl-Chlorid, Vinyl-Acetat-Copolymer u. dgl.
Diese Werkstoffe können zu kleinen Körpern geformt oder bearbeitet werden, welche kugelige oder kugel-
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ähnliche z. B. vieleckige Formen aufweisen, wobei ein Strahlmittel mit reiner Kugelform im Durchmes- serbereich von 3 bis 50 mm vorzuziehen ist. Die Grösse der Kugeln ist abhängig von der Ausdehnung und der Gestalt der zu behandelnden Oberfläche. Grössere Kugeln beschleunigen den Poliervorgang. Bei ver- hältnismässig breiter und ebener Oberfläche sind Kugeln von grösserem Durchmesser und bei scharfkanti- gen Innenflächen kleinere Kugeln zu empfehlen.
Kugeln mit höherem Elastizitätsmodul oder mit härterer
Oberfläche beschleunigen den Polierprozess, u. zw. offensichtlich dadurch, dass die Kugeln mit einem höheren Druck auf das Werkstück wirken, wenn bei einer gegebenen Geschwindigkeit ein höherer Elastizi- tätsmodul vorhanden ist. Für andere Anwendungsfälle ist es dagegen empfehlenswert, einen geringeren
Elastizitätsmodul und eine höhere Geschwindigkeit zu wählen. Um den Kugeln Gewicht und Behar : ngs- vermögen zu erteilen, können dieselben mit einem oder mehreren Kernen mit hohem spezifischem Ge- wicht und mit einer Ummantelung aus einem Werkstoff mit der verlangten Weichheit und einem be- stimmten Elastizitätsmodul versehen werden. Zu diesem Zweck können Kerne beispielsweise aus Blei oder anderem Metall oder Werkstoff mit einem höheren spez. Gewicht Verwendung finden.
Als Poliermittel, welches bei der Berührung der Kugeln mit der zu behandelnden Oberfläche zur Wir- kung kommt, kann ein allgemein übliches Poliermittel verwendet werden, beispielsweise Magnesium-
Oxyd, Polierrot, Aluminium-Oxyd u. dgl. in Pulverform. Die Grösse der einzelnen Teilchen im Polier- mittel hat Einfluss auf das Polierverfahren, weil feiner gemahlenes Poliermittel eine feiner polierte Ober- fläche ergibt. Auf diese Weise kann das Polierverfahren mindestens teilweise durch die Wahl des Polier- mittels beeinflusst werden. Das Poliermittel kann auf die zu behandelnde Oberfläche durch einen nassen oder trockenen Sprühprozess, durch eine Rolle oder tropfenweise mit oder ohne Träger auf die zu behan- delnde Oberfläche aufgebracht werden.
Das Poliermittel kann aber auch kurz vor dem Aufschlag auf die
Kugeln durch Verwendung einer Paste oder eines Kuchens aus Poliermittel auf dem Weg der Kugeln in der Weise aufgebracht werden, dass die Kugeln ein derartiges Poliermittel unter einem flachen Winkel unter Verwendung des den Kugeln erteilten Dralles bestreichen.
Anstatt das Poliermittel in die Oberfläche der Kugeln oder in das Material der Kugeln einzuarbeiten, kann das Poliermittel auf die Oberfläche der Kugeln aufgetragen oder auf andere Weise in die Oberfläche der Kugeln eingebracht werden. Man kann das Poliermittel aber auch dem Werkstoff, aus dem die Kugeln geformt werden, in gleichmässiger Verteilung beimischen, so dass das Poliermittel selber einen Teil des Körpers der Kugeln bildet. Auf diese Weise ist auf der Oberfläche der Kugeln, welche mit der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes in Berührung kommt, immer Poliermittel vorhanden, unabhängig vom Verschleiss der Kügelchen. Bei solchen Kugeln ist eine Kontrolle über das Vorhandensein von Schleifmittel auf der Oberfläche der Kugeln nicht notwendig.
Wenn die Kugeln aus elastischem, gummiähnlichem Werkstoff hergestellt sind, kann das Poliermittel als Füller beigemischt werden, beispielsweise im Bereich von 5 bis 40 % des Endgewichtes der Kugeln.
Die Befeuchtung der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes mit Flüssigkeit, welche an den Aufschlagstellen der Kugeln vorhanden ist, unterstützt den Schleifprozess. Es ist deshalb vorzuziehen, das Schleifmittel oder Schleifpulver einer Flüssigkeit beizugeben, welche die Oberfläche des Werkstückes gleichmässig bedeckt. Man kann an Stelle eines Schleifmittel auch nur eine Flüssigkeit getrennt von den Kugeln auf die Oberfläche des Werkstückes in jeder beliebigen Menge kurz bevor oder gleichzeitig mit den Kugeln selber auf die Oberfläche des Werkstückes aufschleudern.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Schleuderrades gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung desselben in Seitenansicht, Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1 in vergrössertem Massstab, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform in Seitenansicht und Fig. 4 eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig. 3.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird ein Schleuderrad 16 verwendet, welches durch zwei Seitenscheiben 18 und 20 und mehrere Schaufeln 22 gebildet ist. Die Schaufeln 22 erstrecken sich radial nach aufwärts, u. zw. von einer Kernzone mit geringem Durchmesser bis zum Umfang der Seitenscheiben. Die Schaufeln sind zweckmässig spiralförmig vom inneren bis zum äusseren Ende gekrümmt, wobei die Krümmung der Schaufeln in der Drehrichtung des Schleuderrades verläuft. Die Kugeln 10 werden durch die zentrale Öffnung 24 des Schleuderrades 16 auf die inneren Enden der Schaufeln 22 befördert und rollen infolge der Zentrifugalkraft auf der Oberfläche der Schaufeln ab, wobei sie einen erheblichen Drall erhalten.
Auf diese Weise wird das Strahlmittel 10 gegen die Oberfläche 12 des zu behandelnden Werkstückes 14 geschleudert.
Wenn auch die Verwendung von Schaufeln, deren Krümmung in der Drehrichtung des Schleuderrades verläuft, zu bevorzugen ist, kann mit ebenen Schaufeln oder Schaufeln mit einer Krümmung in einer be-
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liebigen Richtung ebenfalls eine befriedigende, geradlmige Fortbewegung und eine Drehbewegung der
Kugeln erreicht werden.
Es können Schaufeln mit glatter Oberfläche verwendet werden. Die Drehbewegung der Kugeln kann jedoch erheblich verbessert werden, wenn die Schaufeln mit in gleichmässigem Abstand voneinander ver- laufenden Längsrillen versehen sind, welche sich über die ganze Länge der Schaufel erstrecken. Die
Längsrillen bewirken, dass die Kugeln 10 in der Längsrichtung der Schaufel auf einem kleineren Kreis ab- rollen, als dem Durchmesser der Kugeln entspricht, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Werkstück 14, beispielsweise ein Metallband, wird gleichmässig in einer Richtung, welche par- allel zur Achse des Schleuderrades verläuft, vorwärtsbewegt. Die Vorschubbewegung des Metallbandes erfolgt auch quer zur Flugrichtung der Kugeln, so dass die ganze Oberfläche des Metallbandes während des
Arbeitsprozesses von sich drehenden Kugeln berührt wird. Das Metallband kann recktwinkelig zur Bahn der
Kugeln vorwärtsbewegt werden ; es ist jedoch zweckmässiger, das Metallband oder die Oberfläche des
Werkstückes unter einem Winkel von weniger als 400. insbesondere einem im Bereich von 5 bis 150 zur
Bahn der geschleuderten Kugeln anzuordnen. Dieser Winkel ist der Drehbewegung der Kugeln entgegen- gesetzt gewählt, so dass die Kugeln beim Auftreffen auf das Band abrollen, sobald sie letzteres bertihren.
Schleifmittel oder Schleifpulver kann auf die Oberfläche des Metallbandes 14 aufgebracht werden, bevor oder während dasselbe durch die Kugeln bestrahlt wird. Das Auftragen von Schleifmittel kann durch eine oder mehrere Laufrollen oder durch eine Gruppe von Düsen 26, welche sich über die Breite des Me- tallbandes erstrecken, erfolgen. Das Schleifmittel wird an der Stelle, auf welche die Kugeln auftreffen, mit dem Werkstück in Berührung gebracht. Um das Schleifmittel oder Schleifpulver auf der Oberfläche des Werkstückes zu halten, oder letzteres zu schmieren, kann das Schmiermittel einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, fein verteilt beigefügt werden. Das Schleifmittel kann aber auch unmittelbar in den Strahl von Kugeln eingespritzt werden, worauf die Kugeln das Schleifmittel auf die Oberfläche des Werkstückes befördern.
Trotzdem die zuletzt genannte Methode zu bevorzugen ist, kann das Schleifmittel aber auch direkt oder nachdem die Kugeln beschleunigt sind, auf diese aufgetragen werden.
In den Fig. 3 und 4 ist ein auf einer Achse 42 sitzendes Schleuderrad 40 dargestellt. Vor dem Schleuderrad ist eine dessen Umfang teilweise umfassende und mit demselben zusammenarbeitende stationäre Bahn 48 angeordnet, welche aus einem gebogenen Teil besteht, der vom Umfang des Schleuderrades so weit entfernt ist, dass sich die Kugeln 10 im Zwischenraum bewegen können. Die dem Schleuderrad 40 gegenüberliegende Seite der Bahn 48 kann glatt ausgeführt sein. Es ist jedoch vorzuziehen, in dieser Bahn Längsrillen 50, wie in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt, vorzusehen. Das Schleuderrad kann ebenfalls mit einer glatten zylindrischen Oberfläche oder mit Rillen 46 versehen sein, welche auf der Oberfläche 44 des Schleuderrades parallel zu den Rillen 50 in der Bahn 48 verlaufen.
Die Kugeln 10 werden vom Behälter 52 in den Zwischenraum 54 zwischen dem Umfang des Schleuderrades und dem oberen Ende der Bahn 48 fallen gelassen. Die Kugeln treten in die Rillen der Bahn 48 bzw. des Schleuderrades 40 ein und rollen entsprechend der Drehung des Schleuderrades um dessen Achse mit hoher Geschwindigkeit in diesen Rillen abwärts. Auf diese Weise wird den Kugeln eine Drehbewegung erteilt, worauf dieselben vom Umfang des Schleuderrades weggeschleudert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Richtung, in welcher die Kugeln geschleudert werden, besser zu steuern und dabei das Auftreffbild der Kugeln zu beeinflussen. Die erwünschte Drehbewegung wird den Kugeln auch dann erteilt, wenn die eine oder beide Bahnen mit einer glatten Oberfläche versehen sind ; ein grösserer Drall wird jedoch durch eine Bahn erreicht, welche mit Rillen versehen ist.
Wo der Verschleiss dies erlaubt, wird die Oberfläche der Schaufeln oder des Schleuderrades aus einem Material mit einem hohen Reibungskoeffizienten hergestellt, um den Drall der durchlaufenden Kugeln zu gewährleisten. Selbstverständlich sind verschiedene Kombinationen von Rillenwinkeln und Drehzahlen anwendbar, um einen gewünschten Drall und eine bestimmte Auftreffgeschwindigkeit zu erreichen.
Das Werkstück 14 wird linear vorgeschoben, u. zw. quer zum Auftreffbild der Kugeln. Die Oberfläche 12 kann zeitlich vor dem Bestrahlen überzogen werden, u. zw. mit einem Schleifmittel oder einem Schleifpulver oder mit einer Schleifflüssigkeit, welche durch Sprühdüsen 25 auf die Oberfläche des Bandes gesprüht werden kann.
Mit den beschriebenen S chleuderrädern gestattet das erfindungsgemässe Verfahren, das Schleifen eines Werkstückes, z. B. der Oberflächen von Metallbändern, bei geringen Kosten und ununterbrochenem Arbeitsvorgang in Serienherstellung auszuführen.