WO1999012665A1 - Verfahren zum entgraten von metallteilen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum entgraten von metallteilen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Thomas Piller
Rolf WANKMÜLLER
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    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
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    • Y10T29/5182—Flash remover

Definitions

  • the invention relates to a method for deburring metal parts by means of a high-pressure liquid jet which emerges from a high-pressure nozzle and is directed onto the workpieces to be treated, and to an apparatus for carrying out the method on a metalworking machine.
  • the high-pressure liquid jet is formed with a high pressure up to 500 bar using an olemulsion.
  • oil emulsions contain a maximum of 10 to 15% oil in water and additives, preferably emulsifiers, which promote the finest distribution of the oil in the water with which the oil does not mix.
  • the deburring effect is achieved by the specifically heavier water and is usually used in the systems on the market worked with a maximum of 350 bar.
  • This high pressure is sufficient for the high pressure liquid jet, which mainly consists of water, in order to achieve a sufficient deburring and cleaning effect.
  • the deburring and cleaning process can, as this prior art shows, easily in the manufacturing process integrate the workpiece if this is carried out in the machine chamber and the drilling or cutting oil emulsion already used for cooling the workpiece to be machined is used for the high-pressure liquid jet.
  • the method according to the invention is characterized in that a high-pressure liquid jet with an oil content> 50% and a high pressure> 400 bar is used and that the high-pressure nozzle with the workpiece to be machined are accommodated in an encapsulated workpiece chamber during machining.
  • the high pressure> 400 bar the specific light oil achieves a sufficient deburring and cleaning effect.
  • the encapsulated housing of the high-pressure nozzle and the workpiece to be treated in an encapsulated workpiece chamber means that the oil mist formed during deburring no longer poses a fire and explosion hazard, since the volume of the workpiece chamber is kept small and from the machine chamber with the door to be opened and closed can be clearly decoupled and processes that take place there do not interfere with each other The oil mist cannot get into the machine chamber, emerge from it and lead to contamination.
  • the safety of the system is increased further by supplying the workpiece chamber with carbon dioxide or nitrogen during the treatment of the workpiece via a gas supply
  • a device for performing the method on a metal-cutting machine with at least one processing station in the machine chamber and a high-pressure nozzle directed towards the workpiece to be treated and fed with the high-pressure liquid jet is characterized in that the medium for the high-pressure liquid jet from an oil tank removed from the metalworking machine, brought to a high pressure> 400 bar via a high-pressure generating device and fed to the high-pressure nozzle accommodated with the workpiece in an encapsulated workpiece chamber, the workpiece chamber being arranged in the machine chamber
  • the oil from the oil tank of the metalworking machine is supplied to the high-pressure generating device directly or via an intermediate oil tank
  • a plurality of high-pressure nozzles fed by the high-pressure generating device are arranged in the workpiece chamber, the machining direction and distance of which from the workpiece can be adjusted.
  • Several high-pressure nozzles can be directed at a single workpiece or one or more high-pressure nozzles can be assigned to each workpiece from several workpieces.
  • the configuration can also be designed such that the high-pressure generating device is designed as a separate unit from the metalworking machine.
  • Fig. 1 is a block diagram for explaining the new method
  • FIG. 2 shows a block diagram with a method integrated in a commercially available metalworking machine.
  • the medium with an oil content of> 50% is contained in an oil tank ⁇ V, from which it can be fed to a high-pressure generating device HD-Q, as shown in FIG. 1.
  • the medium is brought to a high pressure> 400 bar in the high-pressure generating device HD-Q, pumps, pneumatic control devices and the like being used in a known manner.
  • the medium is then fed to a high-pressure nozzle HD-D, which is arranged in an encapsulated workpiece chamber WK and is directed at the point to be deburred of the workpiece WS introduced into the workpiece chamber WK.
  • the high-pressure liquid jet HD-FS emerging from the high-pressure nozzle HD-D is very energy-intensive and breaks off the burrs on the workpiece or removes them.
  • the medium that accumulates in the workpiece chamber WK flows back to the oil tank ⁇ V via an outlet AL.
  • the workpiece chamber WK has a connection AS for a line coming from a corresponding gas supply GV. If this additional safety measure is not required, the AS connection can also be closed.
  • Fig. 2 shows how the new deburring process can be integrated into the manufacturing process of the workpiece on a commercially available metalworking machine (rotary and rotary probes with oil cooling and / or oil lubrication).
  • the oil from the metalworking machine MBM is also used as a medium for deburring. It is removed from the oil tank ⁇ T of the metalworking machine MBM and fed directly or via an oil tank ⁇ V to the high-pressure generating device HD-Q and to a high pressure
  • the metalworking machine MBM has several processing stations into which the workpiece is brought one after the other. Each processing station is assigned special tools for the processing operations to be carried out therein.
  • oil from the oil tank ⁇ T can be used for the machining operations for cooling and / or lubricating the workpiece WS and / or the tools. The oil is transported away with the chips, the chips are removed and the oil tank is returned to the ⁇ T. Deburring is carried out in the last processing station in the cycle of the production process.
  • This machining station has an encapsulated workpiece chamber WK into which the workpiece WS held and finished in a workpiece holder WA is inserted.
  • the high-pressure nozzle HD-D is arranged in the workpiece chamber WK and aligned with the part of the workpiece WS to be deburred.
  • the orientation and the distance of the high-pressure nozzle HD-D from the workpiece can be changed and adjusted.
  • several high-pressure nozzles HD-D can also be arranged in the workpiece chamber WK and aligned with one and the same workpiece WS or with several workpieces.
  • the outlet AL of the workpiece chamber WK leads to an indicated, machine-side collecting outlet ALm and finally back to the oil tank ⁇ T.
  • the workpiece chamber WK can be connected via the connection AS to a gas supply GV for carbon dioxide C02 or nitrogen N.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

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. Eine Integration der Entgratung in den Herstellungsablauf der Teile auf handelsüblichen Metallbearbeitungsmaschinen wird dadurch ermöglicht, daß ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl mit einem Ölanteil > 50 % und einem Hochdruck > 400 bar verwendet wird.

Description

Verfahren zum Entgraten von etalϊteiϊen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten von Metallteilen mittels eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahles, der aus einer Hochdruck-Duse austritt und auf das zu behandelnde Werkstücke gerichtet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens auf einer Metallbearbeitungsmaschine.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 1 95 33 579 A 1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird der Hochdruck-Flussigkeitsstrahl mit einem Hochdruck bis 500 bar unter Verwendung einer Olemul- sion gebildet. Derartige Ölemulsionen enthalten maximal 1 0 bis 1 5 % Ol in Wasser und Additiven vorzugsweise Emulgatoren, die die feinste Verteilung des Ols in dem Wasser begünstigen, mit dem sich Ol nicht vermischt Dabei wird die Entgratungswirkung von dem spezifisch schwereren Wasser erreicht und üblicherweise wird bei den auf dem Markt befindlichen Anlagen mit maximal 350 bar gearbeitet. Dieser Hochdruck reicht bei dem vorwiegend aus Wasser bestehenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl aus, um eine ausreichende Entgratungsund Säuberungswirkung zu erreichen. Der Entgratungs- und Sauberungsprozeß läßt sich, wie dieser Stand der Technik zeigt, leicht in den Herstellungsprozeß des Werkstückes integrieren, wenn dieser in der Maschinenkammer durchgeführt wird und für den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl die schon für die Kühlung des zu bearbeitenden Werkstückes verwendete Bohr- oder Schneidölemulsion verwendet wird .
Nun werden aber immer mehr Metallbearbeitungsmaschinen eingesetzt, bei denen als Kühl- und Schmiermittel Schneidöle oder Bohröle verwendet werden, bei denen das Öl nicht in Emulsionen fein verteilt ist, sondern mit Additiven als Lösung vorliegt und demzufolge nur noch einen vernachlässigbaren Anteil an Wasser aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen auch Öle als Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl mit ausreichend großer Entgratungs- und Säuberungswirkung ohne Gefahr eingesetzt werden können .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruck-Flussigkeitsstrahl mit einem Ölanteil > 50 % und einem Hochdruck > 400 bar verwendet ist und daß die Hochdruck-Düse mit dem zu bearbeitenden Werkstück während der Bearbeitung in einer gekapselten Werkstückkammer untergebracht werden. Mit dem Hochdruck > 400 bar wird mit dem spezifisch leichten Öl eine ausreichende Entgratungs- und Säuberungswirkung erreicht. Die gekapselte Unterbringung von Hochdruck-Düse und zu behandelndem Werkstück in einer gekapselten Werkstückkammer bewirkt, daß der beim Entgraten gebildete Ölnebel keine Brand- und Explosionsgefahr mehr darstellt, da das Volumen der Werkstückkammer klein gehalten und von der Maschinenkammer mit der zu öffnenden und zu schließenden Tür eindeutig entkoppelt werden kann und Vorgänge, die dort ablaufen, sich nicht gegenseitig beeinträchtigen können Der Olnebel kann nicht in die Maschinenkammer gelangen, aus dieser austreten und zu Verschmutzungen fuhren.
Die Sicherheit der Anlage wird nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch noch erhöht, daß der Werkstuckkammer wahrend der Behandlung des Werkstuckes über eine Gasversorgung Kohlendioxid oder Stickstoff zugeführt werden
Eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens auf einer spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschine mit mindestens einer Bearbeitungsstation in der Maschinenkammer und einer auf das zu behandelnde Werkstuck gerichteten und mit dem Hochdruck-Flussigkeitsstrahl gespeisten Hochdruck-Duse ist dadurch gekennzeichnet, daß das Medium für den Hochdruck-Flussigkeitsstrahl aus einem Öltank der Metallbearbeitungsmaschine entnommen, über eine Hochdruck-Erzeugungseinrichtung auf einen Hochdruck > 400 bar gebracht und der mit dem Werkstuck in einer gekapselten Werkstuckkammer untergebrachten Hochdruck-Duse zugeführt ist, wobei die Werkstuckkammer in der Maschinen kammer angeordnet ist
Für die Werkstucke ist für die Entgratung und Säuberung kein zusätzlicher Handhabungsaufwand mehr erforderlich. Die Fertigungszeit der Teile laßt sich dadurch erheblich verkurzen. Die gelosten Grate werden in der Metallbearbeitungsmaschine auf gleiche Weise abtransportiert, wie die Spane bei der spanabhebenden Bearbeitung Dazu ist lediglich vorzusehen, daß die Werk stuckkammer mit einem Ablaufausgang versehen ist, der mit der Olablaufem- πchtung der Metallbearbeitungsmaschine in Verbindung steht oder gebracht werden kann Ist eine Zufuhr von Schutzgasen in die gekapselte Werkstuckkammer 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 Werkstucken kann zudem vorgesehen sein, daß in der Werkstückkammer mehrere, von der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung gespeiste Hochdruck-Düsen angeordnet sind, deren Bearbeitungsrichtung und Abstand zum Werkstuck einstellbar sind . Dabei können mehrere Hochdruck-Dusen auf ein einziges Werkstuck gerichtet sein oder es kann jedem Werkstuck von mehreren Werkstücken jeweils eine oder mehrere Hochdruck-Düsen zugeordnet sein.
Die Ausgestaltung kann weiterhin so ausgeführt sein, daß die Hochdruck- Erzeugungseinrichtung als von der Metallbearbeitungsmaschine getrennte Baueinheit ausgebildet ist.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen als Blockschaltbilder dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des neuen Verfahrens und
Fig. 2 ein Blockschaltbild mit in eine handelsübliche Metallbearbeitungsmaschine 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 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 gerichtet ist. Der aus der Hochdruck-Düse HD-D austretende Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 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 C02 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 Eπtgratungsverfahren in den Fertigungsablauf des Werkstückes auf einer handelsüblichen Metallbearbeitungsmaschine (Dreh- und Rundtastmaschinen mit Ölkühlung und/oder Ölschmierung) integriert werden kann. Das Öl der Metallbearbeitungsmaschine MBM wird auch als Medium zum Entgraten verwendet. Es wird aus dem Öltank ÖT der Metallbearbeitungsmaschine MBM entnommen und direkt oder über einen Ölbehälter ÖV der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung HD-Q zugeführt und auf einen Hochdruck
ERSATZBUVTT REGEL 26 > 400 bar gebracht. Die Metallbearbeitungsmaschine MBM weist mehrere Bearbeitungsstationen 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 Bearbeitungsgänge Öl aus dem Öltank ÖT zur Kühlung und/oder Schmierung des Werkstückes 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 gekapselte Werkstückkammer WK auf, in die das in einer Werkstückaufnahme WA gehaltene und fertig bearbeitete Werkstück WS eingeführt wird. In der Werkstückkammer WK ist die Hochdruck-Düse HD-D angeordnet und auf die zu entgratende Stelle des Werkstückes WS ausgerichtet. Dabei kann die Ausrichtung und der Abstand der Hochdruck-Düse HD-D zum Werkstück verändert und eingestellt werden. Selbstverständlich können in der Werkstückkammer WK auch mehrere Hochdruck-Düsen HD-D angeordnet und auf ein und dasselbe Werkstück 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 Gasversorgung GV für Kohlenstoffdioxyd C02 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 entsorgt werden können.

Claims

A n s p r ü c h e
1 . Verfahren zum Entgraten von Metaliteilen mittels eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahles, der aus einer Hochdruck-Düse austritt und auf das zu behandelnde Werkstück gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (HD-FS) mit einem Ölanteil > 50 % und einem Hochdruck > 400 bar verwendet ist und daß die Hochdruck-Düse (HD-D) mit dem zu bearbeitenden Werkstück (WS) während der Bearbeitung in einer gekapselten Werkstückkammer (WK) untergebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückkammer (WK) während der Behandlung des Werk-stückes (WS) über eine Gasversorgung (GV) Kohlendioxid oder Stickstoff zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck-Flüssigkeitsgehalt (HD-FS) aus bei spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschinen (MBM) verwendetem Öl (z.B. Schneidol) gebildet wird .
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf einer spanabhebenden Metallbearbeitungsmaschine mit mindestens einer Bearbeitungsstation in der Maschinenkammer und einer auf das zu behandelnde Werkstück gerichteten und mit dem Hochdruck-Flussigkeitsstrahl gespeisten Hochdruck-Düse, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium für den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (HD-FS) aus einem Öltank (ÖT) der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) entnommen, über eine Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) auf einen Hochdruck > 400 bar gebracht und der mit dem Werkstück (WS) in einer gekapselten Werkstückkammer (WK) untergebrachten Hochdruck-Düse (HD-D) zugeführt ist, wobei die Werkstückkammer (WK) in der Maschinenkammer angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (WS) nach seiner spanabhebenden Fertigstellung in einer Werkstückaufnahme (WK) gehalten in die gekapselte Werkstückkammer (WK) einführbar ist und daß bei einer Metallbearbeitungsmaschine (MBM) mit mehreren Bearbeitungsstationen in der Maschinenkammer die gekapselte Werkstückkammer (WK) als letzte Bearbeitungsstation vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückkammer (WK) mit einem Ablaufausgang (AL) versehen ist, der mit der Olablaufeinrichtung der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) in Verbindung steht oder gebracht werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus dem Öltank (ÖT) der Metallbearbeitungsmaschine (MBM) direkt oder über einen Ölbehälter (ÖV) der Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) zugeführt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückkammer (WK) mit einem Anschluß (AS) für eine von einer Gasversorgung (GV) kommende Leitung versehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkstückkammer (WK) mehrere, von der Hochdruck-Erzeu¬ gungseinrichtung (HD-Q) gespeiste Hochdruck-Düsen (HD-D) angeordnet sind, deren Bearbeituπgsrichtung und Abstand zum Werkstück (WS) einstellbar sind .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Erzeugungseinrichtung (HD-Q) als von der Metallbe¬ arbeitungsmaschine (MBM) getrennte Baueinheit ausgebildet ist.
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