DE60126619T2

DE60126619T2 - Endbearbeitung von metallischen oberflächen

Info

Publication number: DE60126619T2
Application number: DE2001626619
Authority: DE
Inventors: Mario Burwood GIROLAMO
Original assignee: Megara Australia Pty Ltd
Current assignee: Megara Australia Pty Ltd
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-08-11
Also published as: NZ524075A; EP1309423A1; EP1309423A4; US20030171074A1; EP1309423B1; US6866562B2; NZ535191A; CA2418721A1; WO2002014016A1; CA2418721C; AUPQ930800A0; JP2004504952A; ATE353738T1; DE60126619D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Endbearbeitung von Metalloberflächen und ist insbesondere für die Präparation von Oberflächen von Metallendbearbeitungswalzen nützlich, die z. B. bei dem Prägen extrudierter Kunststoffplatten, wie z. B. Polypropylenplatten, verwendet werden. Die Erfindung wird mit besonderem Bezug auf die letzte Anmeldung beschrieben, aber es wird hervorgehoben, dass die Konzepte der Erfindung eine wesentlich breitere Anwendung haben.
STAND DER TECHNIK
Eine Polypropylenplatte entsteht durch Ziehen einer extrudierten Vorhangschmelze durch gegenüberliegende Matrizen, die genau einstellbar sind, um die Platteneigenschaften festzulegen. Die Oberflächenprofilierung der sich ergebenden Platte wird festgelegt über einen Durchgang über eine große rostfreie Stahlwalze, die eine entsprechende komplementäre Oberflächenendbearbeitung aufweist. Die Walzen sind in dem Sinne teuer, dass, obwohl der Austausch aufgrund von Abnutzung nur gelegentlich auftritt, diese leicht während der Walzenhandhabung oder Maschineneinstellung beschädigt werden und selbst wenn diese nur in geringfügiger Art und Weise beschädigt sind, zwangsläufig abgeschrieben sind.
Polypropylenplatten, die in dieser Art und Weise hergestellt werden, haben eine große Vielzahl von Anwendungen und ein großer Anteil dieser schließt Bedrucken der Platten ein. Um z. B. den Offsetdruck zu optimieren, ist eine hochqualitative Endbearbeitung wünschenswert, die ausreichend matt ist, um die Tinte zu halten, und die dennoch eine Oberflächentopographie hat, die eine optimale Gleichmäßigkeit der Tintenausbreitung erreicht. Vergrößerungen von bedruckten Oberflächen dieser Art zeigen oftmals Unterbrechungen in der Tintenabdeckung, die aufgrund von Wechselwirkung zwischen der Tintenflüssigkeit, welche eine hohe Oberflächenspannung hat, und feinen topographischen Merkmalen der Oberfläche auftritt. Solche Tintenunterbrechungen sind mit dem bloßen Auge möglicherweise nicht leicht ersichtlich, beeinflussen jedoch nichtsdestotrotz die Druckqualität nachteilig.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist, dass Polypropylen Oberflächen, mit denen es in Kontakt tritt, genau nachbildet und somit jegliche Unvollkommenheiten in der Endbearbeitungs-Walzenoberfläche genau auf der Oberfläche der Plastikplatte nachgebildet sein werden.
Ein bekanntes Verfahren zum Endbearbeiten von rostfreien Stahlwalzen besteht in dem Bestrahlen mit Aluminiumoxidpartikeln bei einem Strahldüsenluftdruck von 60 psi. Eine erste Folge von Durchgängen verwendet Aluminiumoxidstrahlgut in einem größeren Größenbereich, gefolgt von einer Folge mit einem Strahlgut in einem kleineren Größenbereich und dann einen einzelnen Durchgang in dem gleichen, größeren Größenbereich. Diese werden alle bei einem gleichbleibenden Strahldüsenluftdruck ausgeführt. Das Verfahren wird mit einem einzigen Durchgang mit feinen, kugelförmigen Glasperlen mit einer Größe in der Größenordnung kleiner als das Aluminiumoxid und bei einem geringeren Luftdruck als bei den Aluminiumoxiddurchgängen beendet.
Die Druckschrift DE 11 09 561 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Endbearbeiten einer Metalloberfläche bereitzustellen, um die optimale Gleichmäßigkeit der Oberfläche mit begrenzten aber minimalen Höhenunterschieden zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung festgestellt, dass der zuvor genannte bekannte Prozess durch ein neuartiges System von Sandstrahl- bzw. Strahlgutdurchgängen angepasst und wesentlich verbessert werden kann.
Entsprechend stellt die Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Endbearbeiten einer Metalloberfläche mit dem Unterwerfen der Oberfläche aufeinanderfolgender Strahlgutdurchgänge bereit, einschließlich:

(a) einer ersten Folge von aufeinanderfolgenden Strahldurchgängen mittels eines abrasiven Strahlguts mit einem Durchmesser in einem ersten Bereich, angewandt mit einem Strahldüsenluftdruck in einem ersten Bereich;
(b) einer zweiten Folge von aufeinanderfolgenden Strahldurchgängen mittels eines abrasiven Strahlguts mit einem Durchmesser in einem zweiten Bereich kleiner als der Durchmesser des ersten Bereiches, angewandt mit einem Strahldüsenluftdruck in einem zweiten Bereich, niedriger als der erste Bereich;
(c) anschließend eine dritte Folge von aufeinanderfolgenden Strahldurchgängen mittels eines Glasstrahlgutes mit einem Durchmesser in einem dritten Bereich, kleiner als der Durchmesser des zweiten Bereiches, angewandt mit einem Strahldüsenluftdruck in einem dritten Bereich, niedriger als der Erste.

Bevorzugt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Endbearbeiten einer Platte aus einem Kunststoffmaterial mit den Schritten bereit: Endbearbeiten einer Metalloberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, und In-Kontakt-Bringen der Plastikplatte mit der Metalloberfläche.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Die bevorzugte durch das Verfahren endbearbeitete Metalloberfläche ist die eines Walzstahls, der geeignet für Prägewalzen ist, z. B. einen Stahl, der insbesondere für eine anschließende Endbearbeitung von Kunststoffplatten verwendbar ist.
Zweckmäßigerweise besteht zumindest einer und bevorzugt alle von den Folgen aufeinanderfolgender Durchgänge aus drei Durchgängen, aber jeder hat zumindest zwei Durchgänge.
Das abrasive Strahlgut kann in geeigneter Weise ein Metalloxidstrahlgut wie Alumina (Aluminiumoxid) sein. Andere mögliche Strahlgüter umfassen Siliziumdioxid und Mangandioxid, sind auf diese jedoch nicht beschränkt. Ein bevorzugtes Glasstrahlgut besteht aus kugelförmigen Glasperlen.
Nach dem Glasstrahlgut-Strahldurchgang wird die Oberfläche bevorzugt verchromt oder auf andere Weise mit einer schützenden Metallschicht versehen, z. B. mit einer Dicke im Bereich von 10–100 Mikrometern. Eine insbesondere geeignete Art dieses Ablaufschrittes ist Blitzverchromen mit 25 Mikrometer Dicke.
Eine einfache schematische Darstellung eines geeigneten Sandstrahl- bzw. Strahlaufbaus wird in 1 bereitgestellt. Eine Strahldüse 12 überfährt die Walze 10 längs, während die Walze auf einer Haltewelle oder -spindel 14 gedreht wird. Die Düse 12 wird über einen Leitungskanal 16 und eine Drossel 18, welche den Strahlgutdüsenkopfdruck und dadurch den zuvor erwähnten Strahldüsenluftdruck festlegt, mit luftgeführtem Strahlgut versorgt.
Der erste Bereich des Strahldüsenluftdruckes ist bevorzugt 50–70 psi und zweckmäßigerweise ungefähr 60 psi. Der zweite Bereich von Strahldüsenluftdruck ist bevorzugt 30–50 psi, insbesondere bevorzugt ungefähr 40 psi.
Bevorzugt sind der zweite und dritte Bereich des Strahldüsenluftdruckes im wesentlichen dieselben.
Obwohl diese Beschreibung sich auf Strahldüsen"luft"druck bezieht, umfasst der Begriff andere Gase für besondere Anwendungen.
Es ist zu verstehen, dass es aus der Aussage, dass ein Durchmesserbereich kleiner ist als ein anderer Bereich, ersichtlich ist, dass der erste erwähnte Bereich nicht notwendigerweise von dem anderen Bereich getrennt sein müssen, sondern dass die zwei sich auch überlappen können. Tatsächlich ist ein Überlappen zwischen erstem und zweitem Durchmesserbereich bevorzugt. Es ist jedoch vorgesehen, dass die obere Begrenzung des unteren Bereichs nicht die obere Begrenzung des höheren Bereichs übersteigt.
Bevorzugt überlappen sich die ersten und zweiten Durchmesserbereiche. Zum Beispiel kann der erste Bereich 50–100 Mikro meter (150–230er Strahlgut) und in geeigneter Weise 180er Strahlgut, d. h. 63–90 Mikrometer (ein kommerziell verfügbarer Bereich für Aluminiumoxidstrahlgut) sein, während der zweite Durchmesserbereich 40–90 Mikrometer (180–320er Strahlgut) z. B. 220er Strahlgut, d. h. 53–75 Mikrometer, ist. Der dritte Durchmesserbereich kann 30–75 Mikrometer, z. B. 320er Strahlgut, d. h. 40–50 Mikrometer sein.
Bevorzugt ist der dritte Bereich des Strahlgutdurchmessers deutlich schmaler als die anderen Bereiche.
Es wird davon ausgegangen, dass die bevorzugte Anwendung einer Vielzahl von Durchgängen mit kugelförmigen Glasperlen statt nur eines Durchganges wie zuvor, in der Optimierung des Endresultats nützlich ist. Einerseits wird davon ausgegangen, dass ein Durchgang unzureichend ist um die topographischen Spitzen in dem Oberflächenprofil ausreichend zu reduzieren und dadurch lokale Unterbrechungen des Tintenfilms, verursacht durch Tintenabfluss von diesen Spitzen in Täler, welcher aus der Oberflächenspannung der Tinte resultiert, zu reduzieren. Andererseits glätten zu viele Durchgänge die Oberfläche zu stark ab: ein gewisser Grad von abschließender Rauheit, wenngleich eine gleichmäßige Rauheit, ist notwendig für die Tinten-Rückbehaltung.
Es wird davon ausgegangen, dass die Verringerung des Luftdruckes für den zweiten Durchgang mit abrasivem Strahlgut, was im Gegensatz zu der vorher erwähnten Praktik steht, vorteilhaft in der Reduzierung oder Beseitigung des Eindringens von Strahlgutpartikeln in die Metalloberfläche ist: es wird angenommen, dass dies mit der vorherigen Praktik auftrat und natürlich bezüglich der gleichzeitigen Reduzierung von topogra phischen Spitzen durch die Strahlgutpartikel kontraproduktiv ist.
Es wird beobachtet, dass die Oberfläche, die durch das Walzen von Polypropylenplatten mit einer Stahlwalze, welche eine endbearbeitete Oberfläche entsprechend der Erfindung hat und anschließend verchromt wurde, hergestellt ist, eine topographische Tal-zu-Peak Höhenschwankung im Allgemeinen kleiner als 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 4 Mikrometer und am meisten bevorzugt ungefähr 3 Mikrometer hat, aber nicht hoch poliert erscheint, nicht glänzend endbearbeitet ist, sondern vielmehr einen Anschein von Mattheit aufweist. Ein vorteilhaftes Merkmal der gewalzten Oberfläche der Polypropylenplatte ist das Fehlen von sehr hohen Peaks bzw. Spitzen im Profil. Die maximale Profilspitzenhöhe ist bevorzugt kleiner als 2 Mikrometer und typischerweise 1–1,5 Mikrometer. Diese Kenngröße ist insbesondere zum Erreichen hochqualitativer Druckeigenschaften vorteilhaft, wenn die Oberfläche bedruckt wird.
2 ist ein optisches Gefügebild einer exemplarischen endbearbeiteten Walzenoberfläche, hergestellt durch Anwendung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung. 3 ist ein optisches Gefügebild einer konventionell gestrahlten Walzenoberflächen-Endbearbeitung mit derselben Vergrößerung. Beim Vergleich der beiden wird ersichtlich sein, dass die Kornmikrostruktur relativ gesehen wesentlich feiner ist bei der Walze, welche durch Anwendung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung hergestellt ist, in einer Größenordnung von 5 Mikrometer oder weniger und relativ gesehen sehr gleichförmig in seiner Verteilung ist: die konventionelle Kornmikrostruktur ist wesentlich größer mit geringerer Regelmäßigkeit. Die Reliefmikrostruktur der konventionellen Oberfläche ist in der Größenordnung von 50–100 Mikrometern.
Die 4 und 5 sind korrespondierende optische Gefügebilder der Oberfläche von Polypropylenplatten, welche mit den in den 2 bzw. 3 dargestellten Walzen gewalzt wurden. Wiederum stellen diese Ansichten die wesentlich feinere und gleichmäßigere Mikrostruktur der Oberfläche (4), die durch eine Walzenoberfläche, welche gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, dar. Tatsächlich ist der zuvor festgelegte Rauheitskennwert bei der Oberfläche von 4 ungefähr 0,5 Mikrometer im Vergleich zu 3–3,5 Mikrometern bei der Oberfläche von 5. Das mittlere Tal/Spitzenverhältnis ist deutlich kleiner als 5 Mikrometer bei der Oberfläche von 4, typischerweise ungefähr 3 Mikrometer, allerdings ungefähr 20 Mikrometer bei der konventionellen Oberfläche von 5. Es wurde festgestellt, dass die maximale Profilspitzenhöhe 1,5 Mikrometer bei der Oberfläche von 4, allerdings 7,5 Mikrometer bei der konventionellen Oberfläche ist.

Claims

Verfahren zur Endbearbeitung einer Metalloberfläche, einschließlich dem Unterwerfen der Oberfläche aufeinander folgenden Sandstrahldurchgängen, einschließlich: (a) einer ersten Folge von aufeinander folgenden Sandstrahldurchgängen mittels eines abrasiven Strahlguts mit einem Durchmesser in einem ersten Bereich, angewandt mit einem Strahldüsenluftdruck in einem ersten Bereich; (b) einer zweiten Folge von aufeinander folgenden Sandstrahldurchgängen mittels eines abrasiven Strahlguts mit einem Durchmesser in einem zweiten Bereich kleiner als der Durchmesser des ersten Bereichs, angewandt mit einem Strahldüsenluftdruck in einem zweiten Bereich, niedriger als der erste Bereich; gekennzeichnet durch (c) eine anschließende dritte Folge von aufeinander folgenden Sandstrahldurchgängen mittels eines Glasstrahlguts mit einem Durchmesser in einem dritten Bereich kleiner als der Durchmesser des zweiten Bereichs, angewandet mit einem Strahldüsenluftdruck in einem dritten Bereich, niedriger als der erste Bereich.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metalloberfläche aus einem Walzstahl hergestellt ist, der geeignet ist, für Prägewalzen genutzt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Stahl zur nachträglichen Endbearbeitung extrudierter Kunststoffplatten geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest eine der ersten, zweiten, und dritten Folge aufeinander folgender Sandstrahldurchgänge aus drei Durchgängen besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jeder der ersten, zweiten und dritten Folge aufeinander folgender Sandstrahldurchgänge aus drei Durchgängen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das abrasive Strahlgut metalloxidisches Strahlgut ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glasstrahlgut aus kugelförmigen Glasperlen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches das Versehen der Oberfläche mit einer schützenden metallischen Beschichtung nach den Strahlgutdurchgängen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Oberfläche mit einer schützenden Metallschicht durch Verchromen der Oberfläche versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Metallschicht eine Dicke in dem Bereich von 10 bis 100 μm hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich des Strahldüsenluftdruckes 50 bis 70 psi umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich des Strahldüsenluftdruckes 30 bis 50 psi umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite und der dritte Bereich des Strahldüsenluftdruckes im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste und der zweite Durchmesserbereich überschneiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Durchmesserbereich deutlich enger ist als die anderen Bereiche.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die endbearbeitete Metalloberfläche durch eine maximale Welligkeit, die im Allgemeinen geringer als 5 μm ist, gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die durchschnittliche Welligkeit der endbearbeiteten Metalloberfläche in etwa 3 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die endbearbeitete Metalloberfläche durch einen Wert geringer als 0,5 μm einer Rauhigkeitskenngröße gekennzeichnet ist, welche das arithmetische Mittel der Abweichung des Rauhigkeitsprofil von der Mittellinie innerhalb einer Abtastlänge, beträgt.
Verfahren zur Endbearbeitung einer Platte aus Kunststoffmaterial, mit der Endbearbeitung einer Metalloberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und einem in Kontakt bringen der Kunststoffplatte mit der Metalloberfläche.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Metalloberfläche eine zylindrische Oberfläche einer Walze ist (10) und der Kontakt, durch das Walzen mit der zylindrischen Oberfläche erreicht wird.