DE19739868A1 - Verfahren zum Entgraten von Metallteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten von Metallteilen mittels eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahles, der aus einer Hochdruck-Düse austritt und auf das zu entgratende Werkstück gerichtet wird und eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Viele Metallteile müssen nach der spanabhebenden Bearbeitung nachträglich entgratet werden. Dazu werden die verschiedenartigsten Verfahren angewandt. Das Entgraten kann elektrochemisch oder thermisch vorgenommen werden. In vielen Fällen reicht ein Bürsten oder ein Sandstrahlen aus. Bekannt ist auch ein Entgraten mit einem Hochdruck-Wasserstrahl oder einem Emulsions-Strahl. Die Emulsion besteht aus Wasser-Ölgemisch mit einem Ölanteil < 15%.

Bei diesem bekannten Entgratungsverfahren mit Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen wird die Flüssigkeit in einer separaten Hochdruck-Versorgungsanlage bereitge­ stellt und auf den erforderlichen Hochdruck gebracht. Die zu entgratenden Werkstücke werden in eine Arbeitseinheit gebracht und darin mit dem Hoch­ druck-Flüssigkeitsstrahl entgratet.

Die bekannte Hochdruck-Flüssigkeitsentgratung findet also meistens getrennt von der spanabhebenden Herstellung der Werkstücke statt und ist mit ent­ sprechend hohem Arbeitsaufwand verbunden.

Bei den bekannten thermischen Entgratungsverfahren (Explosionsentgraten) fin­ det die Entgratung stets getrennt von der spanabhebenden Herstellung der Werkstücke statt.

Bei Metallbearbeitungsmaschinen ist es bekannt, Schneidöle über Düsen auf die Werkstücke zu spritzen, um diese und die Werkzeuge zu kühlen oder zu schmie­ ren. Außerdem übernehmen die Schneidöle die Abfuhr der Späne bei Drücken bis maximal 150 bar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Entgraten von Metallteilen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das sich optimal in den spanabhebenden Fertigungsablauf herkömmlicher Metallbearbeitungsmaschinen integrieren läßt und so den Arbeitsaufwand für das Entgraten wesentlich reduziert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl mit einem Ölanteil < 50% und einem Hochdruck < 400 bar verwendet wird.

Für den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl kann damit das gleiche Medium verwendet werden, mit dem die handelsüblichen Metallbearbeitungsmaschinen betrieben und/oder gekühlt werden. Damit läßt sich die Entgratung auf einfache Weise als abschließender Vorgang in den Fertigungsablauf des Werkstückes auf der Metallbearbeitungsmaschine integrieren. Es entstehen bei der Entgratung nur geringe Umweltbelastungen und Entsorgungskosten, da keine gesonderten flüs­ sigen Medien mehr benötigt werden. Der hohe Ölanteil im Hochdruck-Flüssig­ keitsstrahl schützt das Werkstück gegen Korrosion. Der an der Hochdruck-Düse austretende Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wird auf die zu entgratende Stelle des Werkstückes gerichtet. Durch die hohe Energie im Strahl wird der Grat ge­ brochen oder abgetragen. Die gelösten Grate und Späne werden aus dem Werk­ stück ausgespült.

Um jegliche Brand- oder Explosionsgefahr durch den beim Entgraten gebildeten Ölnebel zu vermeiden, sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, daß die Hochdruck-Düse und das zu entgratende Werkstück in eine gekapselte Werk­ stückkammer gebracht werden. Dabei kann die Sicherheit dadurch noch erhöht werden, daß der Werkstückkammer zumindest während der Zuführung des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls zusätzlich Kohlenstoffdioxyd oder Stickstoff aus einer Gasversorgung zugeführt wird.

Eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Medium für den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl aus einem Öltank einer spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschine entnommen, über eine Hochdruck-Erzeugungseinrichtung auf einen Hochdruck < 400 bar ge­ bracht und der in einer Bearbeitungsstation der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) zugeordneten Hochdruck-Düse zugeführt ist.

Mit diesem Kreislauf wird das Öl der Metallbearbeitungsmaschine auch für den Entgratungsvorgang verwendet. Die Entgratung des Werkstückes ist dadurch optimal in den Herstellungsablauf des Werkstückes integriert, daß die spanab­ hebende Metallbearbeitungsmaschine mehrere Bearbeitungsstationen aufweist, daß die letzte Bearbeitungsstation im Bearbeitungszyklus mit einer gekapselten Werkstückkammer versehen ist, in die das in einer Werkstückaufnahme gehal­ tene Werkstück nach seiner spanabhebenden Fertigstellung einführbar ist, und daß der in der Werkstückkammer angeordneten Hochdruck-Düse das Öl aus dem Öltank der Metallbearbeitungsmaschine über eine Hochdruck-Erzeugungs­ einrichtung mit dem Hochdruck < 400 bar zugeführt ist.

Für die Werkstücke ist für die Entgratung kein zusätzlicher Handlingsaufwand mehr erforderlich. Die Fertigungszeit der Teile läßt sich dadurch erheblich ver­ kürzen. Die gelösten Grate werden in der Metallbearbeitungsmaschine auf gleiche Weise abtransportiert, wie die Späne bei der spanabhebenden Bear­ beitung. Dazu ist lediglich vorzusehen, daß die Werkstückkammer mit einem Ablaufausgang versehen ist, der mit der Ölablaufeinrichtung der Metallbearbei­ tungsmaschine in Verbindung steht oder gebracht werden kann.

Ist eine Zufuhr von Schutzgasen in die gekapselte Werkstückkammer vorgesehen, dann ist nach einer Ausgestaltung die Werkstückkammer mit einem Anschluß für eine von der Gasversorgung kommende Leitung versehen.

Das Öl aus dem Öltank der Metallbearbeitungsmaschine ist direkt oder über einen Ölzwischenbehälter der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung zugeführt.

Bei größeren Werkstücken kann zudem vorgesehen sein, daß in der Werk­ stückkammer mehrere, von der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung gespeiste Hochdruck-Düsen angeordnet sind, deren Bearbeitungsrichtung und Abstand zum Werkstück einstellbar sind. Dabei können mehrere Hochdruck-Düsen auf ein einziges Werkstück gerichtet sein oder es kann jedem Werkstück von mehreren Werkstücken jeweils eine oder mehrere Hochdruck-Düsen zugeordnet sein.

Die Ausgestaltung kann weiterhin so ausgeführt sein, daß die Hoch­ druck-Erzeugungseinrichtung als von der Metallbearbeitungsmaschine getrennte Bau­ einheit ausgebildet ist.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen als Blockschaltbilder darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des neuen Verfahrens und

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit in eine handelsübliche Metallbearbeitungs­ maschine integriertem Verfahren.

Das Medium mit einem Ölanteil von < 50% ist in einem Ölbehälter ÖV enthalten, aus dem es einer Hochdruck-Erzeugungseinrichtung HD-Q zuführbar ist, wie Fig. 1 zeigt. Das Medium wird in der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung HD-Q auf einen Hochdruck < 400 bar gebracht, wobei in bekannter Weise Pumpen, pneumatische Regeleinrichtungen, Filtereinheiten und dgl. verwendet werden. Das Medium wird dann einer Hochdruck-Düse HD-D zugeführt, die in einer gekapselten Werkstückkammer WK angeordnet und auf die zu entgratende Stelle des in die Werkstückkammer WK eingebrachten Werkstückes WS ge­ richtet ist. Der aus der Hochdruck-Düse HD-D austretende Hochdruck-Flüssig­ keitsstrahl HD-FS ist sehr energiereich und bricht die Grate am Werkstück ab oder trägt sie ab. Das sich in der Werkstückkammer WK ansammelnde Medium fließt über einen Ablauf AL wieder zum Ölbehälter ÖV zurück.

Damit sich der Ölnebel in der Werkstückkammer WK nicht entzünden oder explodieren kann, wird zusätzlich Kohlenstoffdioxyd CO2 oder Stickstoff N in die Werkstückkammer WK eingeleitet und dies zumindest während des Entgra­ tungsvorganges. Die Werkstückkammer WK hat dabei einen Anschluß AS für eine von einer entsprechenden Gasversorgung GV kommende Leitung. Ist diese zusätzliche Sicherheitsmaßnahme nicht erforderlich, dann kann der Anschluß AS auch verschlossen werden.

Fig. 2 zeigt nun, wie das neue Entgratungsverfahren in den Fertigungsablauf des Werkstückes auf einer handelsüblichen Metallbearbeitungsmaschine (Dreh- und Rundtaktmaschinen mit Ölkühlung und/oder Ölschmierung) integriert wer­ den kann. Das Öl der Metallbearbeitungsmaschine MBM wird auch als Medium zum Entgraten verwendet. Es wird aus dem Öltank ÖT der Metallbearbeitungs­ maschine MBM entnommen und direkt oder über einen Ölbehälter ÖV der Hoch­ druck-Erzeugungseinrichtung HD-Q zugeführt und auf einen Hochdruck < 400 bar gebracht. Die Metallbearbeitungsmaschine MBM weist mehrere Bearbei­ tungsstationen auf, in die das Werkstück nacheinander gebracht wird. Dabei sind jeder Bearbeitungsstation spezielle Werkzeuge für die darin vorzunehmend Bearbeitungsgänge zugeordnet. In bekannter Weise kann für die Bearbeitungs­ gänge Öl aus dem Öltank ÖT zur Kühlung und/oder Schmierung des Werk­ stückes WS und/oder der Werkzeuge verwendet werden. Das Öl wird mit den Spänen abtransportiert, von den Spänen befreit und wieder dem Öltank ÖT zugeführt. In der letzten Bearbeitungsstation im Zyklus des Herstellungsablaufes wird die Entgratung durchgeführt. Diese Bearbeitungsstation weist eine gekap­ selte Werkstückkammer WK auf, in die das in einer Werkstückaufnahme WA gehaltene und fertig bearbeitete Werkstück WS eingeführt wird. In der Werk­ stückkammer WK ist die Hochdruck-Düse HD-D angeordnet und auf die zu ent­ gratende Stelle des Werkstückes WS ausgerichtet. Dabei kann die Ausrichtung und der Abstand der Hochdruck-Düse HD-D zum Werkstück verändert und ein­ gestellt werden. Selbstverständlich können in der Werkstückkammer WK auch mehrere Hochdruck-Düsen HD-D angeordnet und auf ein und dasselbe Werk­ stück WS oder auf mehrere Werkstücke ausgerichtet sein.

Der Auslauf AL der Werkstückkammer WK führt zu einem angedeuteten, ma­ schinenseitigen Sammelauslauf ALm und darüber schließlich zum Öltank ÖT zurück. Die Werkstückkammer WK kann über den Anschluß AS mit einer Gas­ versorgung GV für Kohlenstoffdioxyd CO2 oder Stickstoff N verbunden sein.

Diese Integration der Entgratung in den üblichen Herstellungsablauf des Teiles hat weitreichende Vorteile, da dadurch nicht nur der Arbeitsablauf vereinfacht und die Herstellkosten reduziert werden können, es wird auch keine weitere Umweltbelastung vorgenommen, da die gebrochenen Grate wie die Späne der Bearbeitungsgänge in der Metallbearbeitungsmaschine abtransportiert und ent­ sorgt werden können.

Claims (11)

1. Verfahren zum Entgraten von Metallteilen mittels eines Hoch­ druck-Flüssigkeitsstrahles, der aus einer Hochdruck-Düse austritt und auf das zu entgratende Werkstück gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (HD-FS) mit einem Ölanteil < 50% und einem Hochdruck < 400 bar verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (HD-FS) aus bei spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschinen (MBM) verwendetem Öl (z. B. Schneidöl) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Düse (HD-D) und das zu entgratende Werkstück (WS) in eine gekapselte Werkstückkammer (WK) gebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückkammer (WK) zumindest während der Zuführung des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (HD-FS) zusätzlich Kohlenstoffdioxyd (CO2) oder Stickstoff (N) aus einer Gasversorgung (GV) zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium für den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (HD-FS) aus einem Öltank (ÖT) einer spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschine (MBM) entnommen, über eine Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) auf einen Hochdruck < 400 bar gebracht und der in einer Bearbeitungs­ station der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) angeordneten Hoch­ druck-Düse (HD-D) zugeführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spanabhebende Metallbearbeitungsmaschine (MBM) mehrere Bearbeitungsstationen aufweist,
daß die letzte Bearbeitungsstation im Bearbeitungszyklus mit einer gekap­ selten Werkstückkammer (WK) versehen ist, in die das in einer Werk­ stückaufnahme (WA) gehaltene Werkstück (WS) nach seiner spanab­ hebenden Fertigstellung einführbar ist, und
daß der in der Werkstückkammer (WK) angeordneten Hochdruck-Düse (HD-D) das Öl aus dem Öltank (ÖT) der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) über eine Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) mit dem Hochdruck < 400 bar zugeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückkammer (WK) mit einem Ablaufausgang (AL) versehen ist, der mit der Ölablaufeinrichtung der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) in Verbindung steht oder gebracht werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus dem Öltank (ÖT) der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) direkt oder über einen Ölbehälter (ÖV) der Hochdruck-Erzeugungsein­ richtung (HD-Q) zugeführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, da die Werkstückkammer (WK) mit einem Anschluß (AS) für eine von einer Gasversorgung (GV) kommende Leitung versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkstückkammer (WK) mehrere, von der Hochdruck-Erzeu­ gungseinrichtung (HD-Q) gespeiste Hochdruck-Düsen (HD-D) angeordnet sind, deren Bearbeitungsrichtung und Abstand zum Werkstück (WS) ein­ stellbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) als von der Metallbe­ arbeitungsmaschine (MBM) getrennte Baueinheit ausgebildet ist.