DE19911381A1

DE19911381A1 - Steel workpiece edges and surfaces, e.g. of distributor cross-bore interiors, are deburred and/or smoothed by immersion in an aqueous chemical medium

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Publication number: DE19911381A1
Application number: DE1999111381
Authority: DE
Original assignee: ISS GRADEWALD IND SCHIFFS SERV
Current assignee: ISS GRADEWALD IND SCHIFFS SERV
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-21

Abstract

Steel workpiece edge and surface deburring and/or smoothing, comprises immersion in an aqueous chemical medium. Unalloyed and/or low alloy steel workpieces are treated for fine deburring and/or smoothing of edges and faces by dipping in an aqueous chemical agent medium without electrical energy supply.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Werk stücken aus unlegiertem und/oder niedrig legiertem Stahl zwecks Feinentgratung und/oder Glättung von Kanten und Flächen.The invention relates to a method for treating work pieces of unalloyed and / or low-alloy steel for fine deburring and / or smoothing edges and surfaces.

Eine derartige Behandlung ist aus dem praktischen Stand der Technik bekannt und erfolgt üblicherweise durch Anwendung verschiedener Verfahren wie Extrudhonen, elektrolytisch- chemisches Entgraten, bspw. Elektropolieren oder nach dem ECM-Verfahren, oder manuell auf mechanischem Wege. Diese Verfahren haben jedoch einige Nachteile.Such treatment is from the practical state of the Technology known and usually done by application various processes such as extrudons, electrolytic chemical deburring, for example electropolishing or after ECM process, or manually by mechanical means. This However, methods have some disadvantages.

So führt das Extrudhonen zwar zu einer guten Verrundung der Kanten, doch sind der maschinelle Aufwand und die erforder liche anschließende Reinigung sehr arbeitsintensiv. Auch das mechanische Entgraten erfordert einen hohen Personal aufwand und führt darüberhinaus häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen. Das gilt auch für das ECM-Verfahren wegen des aufwendigen Kathodenabbaus bzw. der rauhen Oberfläche nach der Behandlung. Einen erheblichen Aufwand erfordert schließ lich auch das Elektropolieren, bei dem noch die geringe er zielbare Abtragsgeschwindigkeit sowie das sehr schwierige Handling nachteilig ins Gewicht fällt.So the extrudhoning leads to a good rounding of the Edges, but the machine effort and the required subsequent cleaning is very labor intensive. Also mechanical deburring requires a high level of personnel effort and often leads to unsatisfactory Results. This also applies to the ECM procedure because of the elaborate cathode degradation or the rough surface after Treatment. Close requires considerable effort Lich also electropolishing, where the low er targeted removal speed as well as the very difficult Handling is disadvantageous.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an zugeben, das diese Nachteile beseitigt und gleichermaßen eine Entgratung und Verrundung der Kannten sowie eine Glät tung der Oberflächen mit geringem Aufwand und zuverlässigem Ergebnis ermöglicht.The invention has for its object a method admit that eliminates these drawbacks and alike deburring and rounding the edges and smoothing surfaces with little effort and reliable Result enabled.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens, bei dem als Bearbeitungswerkzeug ein chemisches und ohne Zufuhr elektrischer Energie wirksames wässeriges Wirkmedium im Tauchverfahren zum Einsatz kommt.To solve this problem, the application of the invention leads according to the method in which as a processing tool chemical and effective without the supply of electrical energy aqueous active medium is used in the immersion process.

Die vorteilhafte Wirkung dieses Verfahrens besteht insbeson dere darin, daß sobald das zu bearbeitende Werkstück in das Bad getaucht ist, die Bearbeitung an allen benetzten Oberflä chen weitgehend unabhängig von der Größe und Form des Bau teils erfolgt. Dabei wird Werkstoff durch chemische Auflösung von der Oberfläche abgetragen, die dabei eingeebnet und ge glättet, d. h. poliert wird. Im Gegensatz zu mechanischen Schleif- und Polierverfahren beginnt die Einebnung im Mikro bereich und erfaßt erst mit zunehmender Behandlungsdauer auch größere Strukturen, die verrundet und an der Oberfläche geglättet werden. Dabei bleiben diese Strukturen jedoch in der Regel auch nach der Bearbeitung mikroskopisch als Wel ligkeit erhalten.The advantageous effect of this method is in particular the fact that as soon as the workpiece to be machined in the Bath dipped, processing on all wetted surfaces Chen largely independent of the size and shape of the building partly done. Thereby material becomes by chemical dissolution removed from the surface, which thereby leveled and ge smoothes, d. H. is polished. In contrast to mechanical The grinding and polishing process starts the leveling in the micro area and only registers with increasing duration of treatment even larger structures that are rounded and on the surface to be smoothed. However, these structures remain in usually microscopic even after processing as Wel received maturity.

Bei Ecken und Kanten ist der Werstoffabtrag um ein Mehr faches verstärkt, was bewirkt, daß diese Bereiche bevorzugt abgebaut werden. Dabei werden Grate bis zu einigen Zehntel Millimeter Größe zuverlässig beseitigt. Der Werkstoffabtrag erfolgt ohne jede Belastung des Werkstücks und während der Bearbeitung wird an der Werkstückoberfläche nur Sauerstoff freigesetzt, so daß jegliche Gefahr einer Wasserstoffver sprödung zuverlässig ausscheidet. Aufgrund der Belastungs freiheit des Verfahrens können weiche und biegeempfindliche Teile gefahrlos bearbeitet werden.With corners and edges, the material removal is more times reinforced, which causes these areas to be preferred be dismantled. Burrs are up to a few tenths Millimeter size reliably eliminated. The material removal takes place without any load on the workpiece and during the Machining is only oxygen on the workpiece surface released so that any risk of hydrogen ver reliably eliminates brittleness. Because of the stress Freedom of the process can be soft and sensitive to bending Parts can be processed safely.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet in einem weiten Kon zentrationsbereich sehr gleichförmig, bewirkt eine lange Le bensdauer des Bades und ermöglicht zuverlässig reproduzier bar die Einhaltung enger Toleranzen.The inventive method works in a wide range centering area very uniform, causes a long le lifespan of the bath and enables reliable reproducibility compliance with narrow tolerances.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in weitem Bereich anwend bar und eignet sich insbesondere für folgende Aufgabenstel lungen:
Entgraten von Kanten und Flächen im gesamten Oberflächenbe reich, also auch an nur schwer zugänglichen Stellen wie im Inneren von Bohrungen und Durchbrüchen;
Beseitigung von Schuppen, Flittern, Überlappungen und Par tikeln von Oberflächen zur Schaffung partikelarmer Systeme und um die Verunreinigung von Betriebsmedien zu vermeiden;
Herstellung metallisch reiner Oberflächen;
Glättung der Oberflächen zur Verminderung von Reibung und Verschleiß;
Erhöhung der Dauerfestigkeit durch Beseitigung von lokalen Zugspannungen und Rißkeimen;
Vorbehandlung vor dem Beschichten, Galvanisieren und Email lieren zur Verbesserung von Schichthaftung und -aufbau so wie der Kantenüberdeckung;
Vorbehandlung vor PVD-, CVD- und Diffusionsverfahren;
Verbesserung der Löt- und Schweißbarkeit;
Verbesserung der Reinigungsfähigkeit;
Erzielung fadenfeiner Oberflächen bei Textilmaschinen.The method according to the invention can be used in a wide range and is particularly suitable for the following tasks:
Deburring of edges and surfaces throughout the entire surface area, i.e. also in places that are difficult to access, such as inside bores and openings;
Removal of scales, tinsel, overlaps and particles from surfaces to create low-particle systems and to avoid contamination of operating media;
Manufacture of clean metallic surfaces;
Smoothing the surfaces to reduce friction and wear;
Increase in fatigue strength by removing local tensile stress and crack germs;
Pretreatment before coating, electroplating and enamelling to improve layer adhesion and build-up as well as edge coverage;
Pretreatment before PVD, CVD and diffusion processes;
Improvement of solderability and weldability;
Improvement of cleanability;
Achieving thread-like surfaces in textile machines.

Was die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitbaren Werkstoffe betrifft, so sind Stähle bis zu einem Kohlen stoffgehalt von 1,3% geeignet. Zu beachten ist dabei, daß glänzende Oberflächen bis zu einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,4% erzielbar sind. Bei steigenden Kohlenstoffgehalten wird die Oberfläche nach der Bearbeitung immer dunkler und erscheint bei Kohlenstoffgehalten über 1% schließlich dun kelgrau bis schwarz. Die Ursache hierfür liegt in der gerin gen Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Bad, wodurch sich beim Abbau des Eisens der darin enthaltene Kohlenstoff auf der Oberfläche anreichert. Dieser Kohlenstoffbelag läßt sich jedoch im Ultraschallbad zumindest teilweise wieder entfernen. What can be processed with the inventive method As far as materials are concerned, steels are up to a carbon material content of 1.3% is suitable. It should be noted that shiny surfaces up to a carbon content of approx. 0.4% can be achieved. With increasing carbon levels the surface becomes darker and darker after processing finally appears dun at carbon contents above 1% kel gray to black. The reason for this lies in the gerin solubility of carbon in the bath, causing When the iron is broken down, the carbon it contains enriches the surface. This carbon coating can be however, remove it at least partially in the ultrasonic bath.

Aber auch bei höheren Kohlenstoffgehalten ist ein Entgraten noch in vielen Fällen ohne weiteres möglich. Selbst Werk stücke aus Stahlguß können mit gutem Ergebnis bearbeitet wer den. Gehalte an Chrom, Nickel und anderen metallischen Le gierungsbestandteilen beeinträchtigen die Wirkung des Ver fahrens praktisch nicht, wenn diese unter 1,2% und der Ge halt an Silizium unter 1% liegen.However, deburring is also necessary with higher carbon contents still easily possible in many cases. Even work Cast steel pieces can be machined with good results the. Contains chromium, nickel and other metallic le Alloy components impair the effect of the ver driving practically not if this is below 1.2% and the Ge hold silicon below 1%.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die oberste Werk stoffschicht abgetragen und das Werkstoffgefüge freigelegt. Die erzielbaren Polierergebnisse sind um so besser, je fein körniger und homogener das Gefüge ist. Nicht metallische Ein schlüsse wie Karbide, Nitride und Boride zeigen ein zum Grundwerkstoff unterschiedliches Abtragverhalten und be einträchtigen daher bei höherer Konzentration das erzielbare Ergebnis. Härteverfahren wie Einsatzhärten, Nitrieren und Borieren ziehen daher nur schlecht polierbare Oberflächen nach sich. Dagengen sind durch Gefügeumwandlung gehärtete oder vergütete Werkstoffe in der Regel gut bearbeitbar.In the method according to the invention, the uppermost plant removed the material layer and exposed the material structure. The achievable polishing results are the better, the finer the structure is more granular and homogeneous. Not metallic one conclusions such as carbides, nitrides and borides show a to Base material different abrasion behavior and be therefore impair the achievable at higher concentration Result. Hardening processes such as case hardening, nitriding and Boroning therefore only pull surfaces that are difficult to polish after itself. Dagengen are hardened by structural transformation or tempered materials are usually easy to machine.

Um eine homogene Bearbeitung sicherzustellen, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren einen durch Abkochen, alkalische Ultraschallreinigung oder einen elektrolytischen Prozeß durchführbaren Entfettungsvorgang mit anschließender Spülung. Eine optimale Wirkung im Sinne einer hogenen Bearbeitung wird erreicht, wenn das wässerige Wirkmedium während des Behand lungsprozesses bspw. durch Umpumpen fließend gehalten und mit Ultraschall beaufschlagt wird.To ensure homogeneous processing, this includes method according to the invention by boiling, alkaline Ultrasonic cleaning or an electrolytic process feasible degreasing process followed by rinsing. An optimal effect in the sense of a hogenetic processing reached when the aqueous active medium during treatment development process, for example by pumping around and keeping it flowing Ultrasound is applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand eines beispielhaften Prozeßfolgeplans näher erläutert.The method according to the invention is described below using a exemplary process sequence plan explained in more detail.

Wie aus diesem Plan hervorgeht erfolgt die Bearbeitung mit tels des erfindungsgemäßen Verfahrens in mehreren Stufen, die sich in - Vorbehandlung - Entgraten und Polieren - Nach behandlung - unterteilen lassen. Zwischen den einzelnen Bear beitungsschritten liegen jeweils sorgfältige Spülvorgänge, die eine Verschleppung der jeweiligen Prozeßmedien in die nächste Behandlungsstufe verhindern helfen, was andernfalls zu einer Schädigung der Bäder bis hin zur Unbrauchbarkeit führen kann.As can be seen from this plan, the processing is done with means of the method according to the invention in several stages, which are in - pretreatment - deburring and polishing - after treatment - have it divided. Between each bear processing steps each involve careful rinsing processes, which entrained the respective process media into the next level of treatment will help prevent what else damage to the baths or even unusability can lead.

Die Behandlung in den einzelnen Verfahrensstufen erfolgt zweckmäßigerweise in getrennten Tauchbädern, wobei Kleinteile als Schüttgut in Trommeln bearbeitet werden können, sofern sie nicht zum Verigeln oder gegenseitiger Beschädigung nei gen. Empfindliche und größere Teile können in Körben oder an individuellen Haltemitteln gehaltert bearbeitet werden. Durch lange Bohrungen kann die Badflüssigkeit durchgepumpt werden, während Drähte, Bänder und Ketten zweckmäßig im Durchzugverfahren behandelt werden können. Sehr große Teile können durch Berieseln bearbeitet werden. The treatment takes place in the individual process stages expediently in separate immersion baths, small parts can be processed as bulk material in drums, provided that they do not pretend to be attached or damaged Sensitive and larger parts can be in baskets or processed on individual holding devices. The bath liquid can be pumped through long holes be, while wires, ribbons and chains in the Pull procedures can be treated. Very large parts can be processed by sprinkling.

Die Arbeitstemperatur des Bades liegt im Bereich von 20°C +/- 2°C. Da die Reaktionen während der Bearbeitung exotherm verlaufen, steigt dabei die Badtemperatur an. Bei höherer Belastung des Bades ist daher eine ausreichend dimensionier te Kühlung erforderlich. Sollte die Temperatur des Bades in Arbeitspausen zu tief abgesunken sein, kann das Bad durch Bearbeiten von Schrottmaterial erwärmt werden. Eine direkte Erwärmung durch Tauchheizkörper ist nicht zulässig, da durch die hohe Oberflächentemperatur der Heizkörper die Bad flüssigkeit lokal erhitzt und irreversibel geschädigt wird. Sollte ein Aufheizen erforderlich sein, so kann dies durch Beschicken des Kühlkreislaufes mit Warmwasser von ca. 50°C geschehen. Badtemperaturen über 25°C und unter 15°C führen zur Verschlechterung der Bearbeitungsergebnisse. So bewirkt zu hohe Badtemperatur: vermehrten Sauerstoffverlust im Bad, eine Zunahme der Abtraggeschwindigkeit und eine verminderte Entgratungswirkung. Zu niedrige Badtemperatur bewirkt: eine Abnahme des Glanzgrades, eine verringerte Abtraggeschwin digkeit und eine verringerte Entgratungswirkung.The working temperature of the bath is in the range of 20 ° C +/- 2 ° C. Since the reactions during processing are exothermic run, the bath temperature rises. At higher The load on the bathroom is therefore sufficiently large cooling required. Should the temperature of the bath in The bathroom may have sunk too deeply during work breaks Machining scrap material to be warmed. A direct one Heating by immersion heaters is not permitted because due to the high surface temperature of the radiators the bathroom liquid is heated locally and irreversibly damaged. If heating is necessary, this can be done by Feed the cooling circuit with hot water at approx. 50 ° C happen. Lead bath temperatures above 25 ° C and below 15 ° C to deteriorate the machining results. This is how it works bath temperature too high: increased oxygen loss in the bath, an increase in the removal rate and a reduced one Deburring effect. Bath temperature that is too low causes: one Decrease in the degree of gloss, a reduced removal rate and a reduced deburring effect.

Bei korrekter Arbeitstemperatur kann bei unlegiertem und un gehärtetem Stahl bei Standardeinstellung des Bades und bei normaler Badbewegung als Richtwert eine Abtragsrate von 0,8 µm/min erwartet werden. Bei höheren Legierungsgehalten und größerer Härte der Werkstoffe sowie geringerer Badkon zentrarion können die Abtragsraten erheblich niedriger sein.If the working temperature is correct, unalloyed and un hardened steel with standard setting of the bath and with normal bath movement as a guideline a removal rate of 0.8 µm / min can be expected. With higher alloy contents and greater hardness of the materials as well as lower Badkon The removal rates can be considerably lower centrarion.

Die Behandlungszeit hängt von dem geforderten Ergebnis und dem Ausgangszustand der Oberfläche ab. In der Regel liegen die Bearbeitungszeiten zwischen einer und fünfzehn Minuten. Sollten Bearbeitungszeiten deutlich unter einer Minute er forderlich sein, ist es im Sinne der Kontrollierbarkeit bes ser, das Bad stärker zu verdünnen und die Abtraggeschwin digkeit auf das o. g. Niveau zu senken. Bei längeren Behand lungszeiten wegen notwendiger hoher Abtragsraten ist es mitunter vorteilhaft, zwischendurch zu spülen. Dies insbe sondere, um bei Legierungen mit höherem Kohlenstoff- oder Siliziumgehalt die sich auf den Oberflächen bildenden Beläge zu entfernen und ein gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis zu sichern.The treatment time depends on the required result and the initial state of the surface. Usually lie processing times between one and fifteen minutes. Processing times should be significantly less than one minute be required, it is in the sense of controllability esp water to dilute the bath more and the removal rate attention to the above Lower level. For longer treatments It is due to the necessary high removal rates sometimes advantageous to rinse in between. This in particular special, in the case of alloys with higher carbon or Silicon content the deposits that form on the surfaces to remove and an even machining result to back up.

Claims

1. Method for treating workpieces made of unalloyed and / or low alloy steel for fine deburring and / or Smoothing edges and surfaces, using as machining tool a chemical and without the supply of electrical energy gie effective aqueous active medium in the immersion process Application comes.

2. The method of claim 1, comprising treatment preceding process steps degreasing and pickling and / or Descaling and / or rust removal.

3. The method according to claim 2, characterized in net that degreasing by boiling, alkaline ultra sonic cleaning or by electrolytic processes.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized records that each process step rinsing course follows.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that it can be used for deburring e.g. Cross holes in distributors, so-called rails for use is coming.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the aqueous active medium during the treatment process, e.g. by pumping around fluently is held.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the aqueous active medium sonicated during the treatment process.