WO2004078415A1 - Verfahren und vorrichtung zur oberflächenbearbeitung von metallischen werkstücken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur oberflächenbearbeitung von metallischen werkstücken Download PDF

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WO2004078415A1
WO2004078415A1 PCT/EP2004/002154 EP2004002154W WO2004078415A1 WO 2004078415 A1 WO2004078415 A1 WO 2004078415A1 EP 2004002154 W EP2004002154 W EP 2004002154W WO 2004078415 A1 WO2004078415 A1 WO 2004078415A1
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vibration
workpieces
holding device
workpiece
treatment
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PCT/EP2004/002154
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Busch
Heinz Sättler
Original Assignee
Schenck Process Gmbh
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/06—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving oscillating or vibrating containers
    • B24B31/064—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving oscillating or vibrating containers the workpieces being fitted on a support

Definitions

  • burrs develop on edges, hole edges or hole intersections, which have to be removed in a post-processing step.
  • finishing of workpieces also includes cleaning, smoothing or surface compaction.
  • the workpieces to be machined can be designed in many different ways and often also have locations that are difficult to access.
  • the so-called brush deburring the surfaces of the workpieces to be machined are machined with rotating steel brushes. Attachments with specially shaped brushes can be used for internal bores.
  • Deburring processes are also known which work with high-pressure water jets.
  • the vibratory finishing machines the workpieces to be machined are conveyed in a container with abrasive grinding bodies by oscillations in a circle, whereby this method is only suitable for smaller workpieces and a relatively long machining time is required to deburr the workpieces.
  • a deburring and cleaning supply device known.
  • This device comprises a mounting plate on which the workpiece to be treated is placed and which is set in vibration.
  • the mounting plate is structurally arranged on a frame such that the workpiece to be treated is in the path of a freely falling cascade of an abrasive material.
  • a surface treatment of the workpiece is achieved by the 'oscillating movement of the mounting plate and the freely falling abrasive material.
  • No. 4,581,853 describes a system in which the workpieces to be treated are fastened to a swivel arm, the swivel arm being provided with a vibration exciter.
  • the workpiece is immersed in a container filled with processing medium by means of a swiveling movement of the swivel arm.
  • the container is also vibrated by means of a vibration exciter so that deburring and cleaning of the surface is achieved due to the relative movement between the workpiece and the processing medium.
  • the object of the present invention is to develop a method and a device for surface machining of workpieces in such a way that a short machining time and an individual adaptation to the workpiece are achieved.
  • the inventive method for immersing the workpiece of which is arranged on the treatment vibration exciter to be processed is first operated such ⁇ in a first step that a loose bed of the treatment medium is established, and the workpieces to be treated against overall rings resistance with little effort and very fast can be immersed in the treatment medium. Since the holding device on which the workpieces to be machined are attached is also set in vibration, and the vibration parameters can be set, the treatment medium can get into all internal cavities.
  • Filling can be set simply by the frequency of the excitation, but also by the vibration amplitude or both.
  • the processing time required for the surface treatment or deburring process depends on the shape and material of the workpiece to be machined and the type of vibration selected.
  • two unbalanced shafts are selected for the holding device of the workpiece, and their arrangement and mode of operation can be adjusted. A multitude of oscillating movements can thus be impressed on the workpiece.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a device according to the invention for deburring mechanically processed metallic workpieces
  • Fig.2 a section along the line II-II acc. Fig.l.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for deburring workpieces, which essentially consist of an oscillating device drivable treatment bath 2 and a vibratable drivable holding device 3 for the workpiece 4 to be treated. ..
  • the treatment bath 2 which can be driven in an oscillating manner has a base plate 5 which is elastically supported on a foundation 7 via spring elements 6.
  • the treatment medium is selected depending on the geometry and the material of the workpiece to be treated. Glass, metal, steel balls or arbitrarily shaped ceramic particles can be used as the treatment medium, for example. Hardened steel balls are preferably used to achieve a polishing effect on the surface of the workpiece to be machined. Ceramic particles are preferably used to remove lacquer on the surface of the workpiece to be treated or to remove cast sand residues. Ceramic particles are abrasive materials that roughen the surface and thus also cause a cleaning effect. In the embodiment variants shown in the figures, metal balls are preferably used as the treatment medium.
  • two unbalance motors 9 are arranged as vibration exciters, which generate a vertically directed vibration in the exemplary embodiment shown (represented by arrow 10). This vertical swinging motion creates a horizontal surface of the metal balls in the container.
  • Imbalance exciters, magnetic exciters and thrust crank drives are generally used to excite vibrations. Imbalance exciters are particularly suitable for deburring or surface processing of metallic workpieces, which is why only imbalance exciters are described below.
  • the vibration specialist also differentiates between circular, linear and torsional vibration excitation according to the vibration pattern.
  • the circular exciter consists of a shaft with an imbalance and causes a circular movement of the oscillating system when it is arranged in its center of gravity. As the distance of the unbalanced shafts (also known as unbalanced shafts) to the system center of gravity increases, the circular movement to the ellipse deforms.
  • the unbalanced shafts can be designed to be self-synchronizing or force-synchronizing, depending on the design.
  • the vibration exciter (unbalance motor, judge exciter) is adjustable in terms of its vibration parameters.
  • the size of the directed force generated can be variably adjusted.
  • the directional force depends on the unbalance and the frequency of the rotating unbalanced shafts.
  • the phase position of the unbalanced shafts relative to one another can also be adjusted, whereby both the force and the resulting vibrations of the treatment medium can be changed.
  • the surface of the treatment medium in the container can also be set differently from a horizontal surface.
  • the form of movement and energy of the container and thus the vibrations transmitted to the balls can be adjusted.
  • the treatment medium is increasingly loosened at higher frequencies.
  • a holding device 3 Arranged above the treatment bath 2, which can be driven in vibration, is a holding device 3, which can be driven in vibration, which essentially consists of a base plate 12 which is elastically supported by spring elements 13 on an element (not shown) fixed to the frame.
  • Two vibration exciters 14 are arranged on the base plate 12, each of which has rotating shafts provided with unbalanced masses and are driven in the same direction (represented by arrows 15).
  • the oscillation parameters of the oscillation exciters 14 are designed to be adjustable in the same way.
  • the size of the semi-axes is determined by the size of the unbalanced masses, their phase relationship to each other, the horizontal and vertical and vertical distances to the respective gravity lines and the total mass of the system.
  • the unbalanced shafts can be driven rotating in the same direction or in opposite directions.
  • the position of the waves relative to one another can be varied, i.e. parallel arrangement of the shafts or any angle of the central axis to each other.
  • the holding device 3 is provided with means so that the workpieces 4 to be treated can be immersed in the treatment bath 2 and lifted out again after the surface treatment provided that allow movement of the holding device 3 in the vertical direction.
  • means could also be provided which enable the container to be lowered and raised in the vertical direction.
  • the holding device is arranged clamped to be deburred cylinder heads initially in such a way that the lower edge not yet immersed the single workpieces to be deburred 4 in the treatment bath.
  • the vibration exciters 9 of the treatment bath 2 are first operated at a high frequency in a first step, so that a loose bed of the metal balls is created in the container 8 due to the impressed vibrations.
  • the holding device 3 is then lowered vertically so that the workpieces 4 can be immersed in the loose bed of the metal balls with little effort.
  • the treatment medium in this case the metal balls, get into all internal cavities of the workpiece to be machined.
  • the frequency of the judge exciter 9 is correspondingly reduced in a second step, so that a compact ball bed is achieved for the deburring process.
  • the Froude see the indicator (vibration amplitude x angular frequency high 2 / acceleration due to gravity), i.e. the ratio of inertial force to gravity and the throwing ratio, the ratio of machine acceleration perpendicular to the area that initiates the impulse and the acceleration due to gravity.
  • the Froude number and litter code are the same for the treatment bath. If the Froud number is less than 2, this is for balls with a diameter of 2.7-3.2 mm a deburring time of less than one minute is sufficient. If the Froud number is less than 1.8 in the treatment phase (second step, surface compaction can be observed with aluminum workpieces.
  • the workpiece should be immersed in the treatment bath in a short period of time, and its Froude number should therefore be set to greater than 2.
  • the immersion speed is approx. 1 m / min if the Froud number is between 3 and 4.
  • the workpiece to be deburred vibrates with a much higher Froud number, its size and the size of the throw number are determined by the geometry of the workpiece.
  • the Froude number is 15-20 (preferably 17) and the throw number is less than 1. These sizes can be kept constant for all processing phases (i.e. for the first step, diving; second step, deburring; removal and cleaning). Depending on the geometry of the cavities, it may make sense to choose a larger throw number or to vary it during the various processing phases.
  • the relative movement of the workpieces 4 to the metal balls results in surface treatment, i.e. deburring and cleaning of the surface achieved. Additional cleaning liquids can be added to the treatment bath for surface cleaning.
  • the chipped burrs as well as any paint residues or cast sand residues are rinsed out with the cleaning liquid.
  • a grid and a collecting container is provided in the container bottom or the container side walls.

Landscapes

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

Abstract

Ein Verfahren zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken, wobei das zu beaufschlagende Werkstück an einer Haltervorrichtung mittels mindestens einen ersten Schwingungserreger schwingend angetrieben wird und in einen mit Behandlungsmedium befüllten schwingend mittels einen mindestens zweiten Schwingungserreger schwingend angetriebenen Behälter eingetaucht wird, wobei die Schwingungserreger in ihrer Frequenz und Amplitude einstellbar ausgebildet sind, soll derart weitergebildet werden, dass eine kurze Bearbeitungszeit und eine individuelle Anpassung an das Werkstück erzielt wird, dies wird dadurch erreicht, dass zum Eintauchten des Werkstückes (4) in den Behälter (8) der mindestens zweite Schwingungserreger (9) derart betrieben wird, dass sich eine lockere Schüttung des Behandlungsmediums einstellt und dass zur Oberflächenbehandlung der mindestens zweiten Schwingungserreger (9) derart betrieben wird, dass sich eine kompakte Schüttung des Behandlungsmediums einstellt, und dass der mindestens erste Schwingungserreger (14) hinsichtlich seiner Schwingungsparameter einstellbar ausgebildet ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von metallischen Werkstücken
Bei der mechanischen Fertigung von Werkstücken entstehen zum Beispiel an Kanten, Bohrungsrändern oder Bohrungsüberschneidungen Grate, die in einem Nachbearbeitungsschritt entfernt werden müssen. Zur Nachbearbeitung von Werkstücken gehören au- ßer dem Entgraten auch beispielsweise das Reinigen, Glätten oder das Oberflächenverdichten.
Die zu bearbeitenden Werkstücke können vielfältig ausgestaltet sein und weisen oft auch schwer zugänglich zu bearbeitende Stellen auf. Mit bislang üblichen Verfahren beispielsweise der sogenannten Bürstenentgratung werden die Oberflächen der zu bearbeitenden Werkstücke mit rotierenden Stahlbürsten bearbeitet. Für innenliegende Bohrungen können Aufsätze mit speziell geformten Bürsten eingesetzt werden. Weiterhin sind Entgra- tungsverfahren bekannt, die mit Hochdruckwasserstrahlen arbeiten. Bei den Gleitschleifanlagen werden die zu bearbeitenden Werkstücke in einem Behälter mit abrassiven Schleifkörpern durch Schwingungen im Kreis gefördert, wobei dieses Verfahren nur für kleinere Werkstücke geeignet ist und eine relativ hohe Bearbeitungszeit zum Entgraten der Werkstücke erforderlich ist.
Bei den vorgenannten Verfahren können insbesondere innenliegende zu bearbeitende Stellen nur ungenügend bearbeitet wer- den.
Mit den nachfolgend aufgeführten Vorrichtungen und Verfahren können auch Werkstücke nachbearbeitet werden, die innenliegende Bohrungen und von außen schlecht zugängliche Stellen auf- weisen. Aus der US 4,829,714 ist eine Entgratungs- und Reini- gungsvorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Befestigungsplatte, auf der das zu behandelnde Werkstück angebracht und die in Schwingungen versetzt wird. Die Befestigungs.platte ist an einem Rahmen konstruktiv derart angeordnet, 'daß sich das zu behandelnde Werkstück in der Bahn einer frei fallenden Kaskade eines abrasiven Materials befindet. Durch die' Schwingbewegung der Befestigungsplatte und des frei fallenden abrasiven Materials wird eine Oberflächenbehandlung des Werkstückes erzielt .
Die US 4,581,853 beschreibt eine Anlage, bei der die zu behandelnden Werkstücke an einem Schwenkarm befestigt sind, wobei der Schwenkarm mit einem Schwingungserreger versehen ist. Das Werkstück wird zur Oberflächenbearbeitung mittels einer Schwenkbewegung des Schwenkarmes in einen mit Bearbeitungsmedium befüllten Behälter eingetaucht. Der Behälter wird ebenfalls mittels eines Schwingungserregers in Schwingung versetzt, so daß aufgrund der Relativbewegung zwischen Werkstück und dem Bearbeitungsmedium ein Entgraten und Reinigen der 0- berfläche erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oberflächenbearbeiten von Werkstücken derart auszubilden, daß eine kurze Bearbeitungszeit und eine individuelle Anpassung an das Werkstück erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Eintauchen des zu bearbeitenden Werkstückes der an dem Behandlungsbad angeordnete Schwingungserreger zunächst in einem ersten Schritt derart ■ betrieben, daß sich eine lockere Schüttung des Behandlungsmediums einstellt, und die zu behandelnden Werkstücke gegen ge- ringen Widerstand mit geringem Kraftaufwand und sehr schnell in das Behandlungsmedium eingetaucht werden können. Da die Haltevorrichtung an der die zu bearbeitenden Werkstücke befestigt sind, ebenfalls in Schwingungen versetzt wird,, wobei die Schwingungsparameter einstellbar sind, kann das Behandlungsme- dium in alle innenliegenden Hohlräume gelangen.
Bei dem eigentlichen Entgratungsvorgang wird der an dem Be- handlungsb'ad angeordnete Schwingungserreger in einem zweiten Schritt dann so betrieben, daß eine kompakte Schüttung des Be- handlungsmediums erzielt wird. Der Fluidisierungsgrad der
Schüttung kann einfach durch die Frequenz der Erregung, aber auch durch die Schwingamplitude oder beides eingestellt werden.
Die erforderliche Bearbeitungszeit für die Oberflächenbehandlung bzw. den Entgratungsvorgang hängt ab von der Form und dem Material des zu bearbeitenden Werkstückes und der Art der ausgewählten Schwingung. Vorzugsweise werden für die Haltevorrichtung des Werkstückes zwei Unwuchtwellen gewählt, die in ihrer Anordnung und Betriebsweise einstellbar sind. Somit können dem Werkstück eine Vielzahl von Schwingbewegungen aufgeprägt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.l: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgraten von mechanisch bearbeiteten metalli- sehen Werkstücken,
Fig.2: einen Schnitt längs der Linie II-II gem. Fig.l.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Entgraten von Werkstücken, die im Wesentlichen aus einem schwingfähig antreibbaren Behandlungsbad 2 und einer schwingfähig antreibbaren Haltevorrichtung 3 für das zu behandelnde Werkstück 4 besteht. ..
Das schwingfähig antreibbare Behandlungsbad 2 besitzt eine ' Grundplatte 5 die über Federelemente 6 auf einem Fundament 7 elastisch abgestützt ist. Auf der Grundplatte 5 ist ein Behälter 8 befestigt, der mit einem Behandlungsmedium befüllt ist. In Abhängigkeit von der Geometrie und dem Material des zu be- handelnden Werkstückes wird das Behandlungsmedium ausgewählt. Als Behandlungsmedium können beispielsweise Glas-, Metall-, Stahlkugeln oder willkürlich geformte keramische Teilchen eingesetzt werden. Um einen Poliereffekt der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes zu erzielen, werden vorzugsweise ge- härtete Stahlkugeln verwendet. Zum Entfernen von Lacken auf der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes oder zum Beseitigen von Gußsandresten werden vorzugsweise keramische Teilchen eingesetzt. Keramische Teilchen sind abrasive Materialien, die ein Aufrauhen der Oberfläche und somit auch einen Reinigungseffekt bewirken. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten werden als Behandlungsmedium vorzugsweise Metallkugeln verwendet.
An der Unterseite der Grundplatte 5 sind als Schwingungserre- ger zwei Unwuchtmotore 9 angeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine senkrecht gerichtete Schwingung erzeugen (dargestellt durch Pfeil 10) . Diese senkrechte Schwingbewegung erzeugt eine horizontale Oberfläche der in dem Behälter befindlichen Metallkugeln.
Zur Schwingungserregung werden im allgemeinen Unwuchterreger, Magneterreger und Schubkurbelantriebe eingesetzt. Zum Entgraten bzw. für die Oberflächenbearbeitung von metallischen Werkstücken eignen sich vor allem Unwuchterreger weshalb im folgenden nur Unwuchterreger beschrieben sind. Der Schwingungsfachmann unterscheidet zudem nach dem Schwingungsbild Kreis-, Linear- und Drehschwingungserregung. Der Kreiserreger, besteht aus einer Welle mit einer Unwucht und bewirkt eine kreisförmige Bewegung des schwingenden Systems, wenn er in seinem Schwerpunkt angeordnet ist. Mit zunehmendem Abstand der mit Unwucht versehenen Wellen, (auch Unwuchtwelle genannt) , zum Systemschwerpunkt deformiert sich die Kreisbewegung zur Ellipse.
Zwei mit gleichgroßen Unwuchtmassen ausgerüstete Wellen, die zu gegensinnigem Umlauf (Pfeil 11) mit gleicher Drehzahl angetrieben werden, erzeugen eine gerichtete lineare Schwingung. Dabei können die mit Unwucht versehenen Wellen, je nach konstruktiver Ausgestaltung selbstsynchronisierend oder zwangs- synchronisierend ausgebildet sein. Der Schwingungserreger (Unwuchtmotor, Richterreger) ist hinsichtlich seiner Schwingungsparameter einstellbar ausgebildet. Hierbei läßt sich beispielsweise die Größe der erzeugten gerichteten Kraft variabel einstellen. Die gerichtete Kraft ist dabei abhängig von der Unwucht und der Frequenz der umlaufenden Unwuchtwellen. Weiterhin einstellbar ist die Pasenlage der Unwuchtwellen zueinander, wobei hierdurch sowohl die Kraft als auch die resultierenden Schwingungen des Behandlungsmediums veränderbar sind. Durch diese Einstellmöglichkeit kann die Oberfläche des in dem Behälter befindlichen Behandlungsmediums auch abweichend von einer horizontalen Oberfläche eingestellt werden.
Durch verändern der oben genannten Größen, vorzugsweise der Frequenz, können die Bewegungsform und Energie des Behälters und somit die auf die Kugeln übertragenen Schwingungen eingestellt werden. Mit zunehmenden Kräften, z.B. höheren Frequenzen wird das Behandlungsmedium zunehmend aufgelockert.
Prinzipiell kann auch nur eine mit Unwuchten versehene Welle vorgesehen sein, die bei Anordnung im Massenschwerpunkt Sl des schwingenden Systems eine kreisförmige bzw. beabstandet vom Massenschwerpunkt eine elliptische Schwingung erzeugt.
Oberhalb des schwingfähig antreibbaren Behandlungsbades 2 ist eine schwingfähig antreibbare Haltevorrichtung 3 angeordnet, die im wesentlichen aus einer Grundplatte 12 besteht, die über Federelemente 13 an einem nicht dargestellten gestellfesten Element elastisch abgestützt ist. Auf der Grundplatte 12 sind zwei Schwingungserreger 14 angeordnet, die jeweils' mit Un- wuchtmassen versehene rotierende Wellen besitzen und gleichsinnig angetrieben werden (dargestellt durch Pfeile 15).
Wie es bereits zu dem Schwingungsantrieb des Behandlungsbades 2 beschrieben ist, sind auch hier die Schwingungsparameter der Schwingungserreger 14 in gleicher Weise einstellbar ausgebildet .
Auf der in Vertikalrichtung nach unten weisenden Seite der Grundplatte 12 sind wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zwei zu behandelnde Werkstücke (hier Zylinderköpfe) aufgespannt. Aufgrund der Einstellbarkeit der Schwingungsparameter können den aufgespannten Werkstücken unterschiedlichste Bewegungsformen aufgeprägt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß die Mittellinien der Unwuchtwellen beabstandet von der vertikalen und der horizontalen Schwerelinie (Schwerelinien verlaufen durch den Massenschwerpunkt S2 des schwingenden Systems) angeordnet sind, so daß bei Rotation der Schwingungserreger bei gleichsinniger Drehrichtung, mit gleicher Drehzahl und gleichgroßen Unwuchtmassen dem Werkstück eine elliptische Bewegung in der dargestellten Blattebene aufgeprägt wird. (Ebene definiert durch x-Richtung
(Horizontale) und y-Richtung (Vertikale) des
Koordinatensystems in Fig.l). Die Größe der Halbachsen wird dabei bestimmt von der Größe der Unwuchtmassen, ihrer Phasenlage zueinander, den horizontalen und vertikalen und vertikalen Abständen zu den jeweiligen Schwerelinien sowie der Gesamtmasse des Systems.
Bei der oben beschriebenen Anordnung von zwei als Unwuchtwel- len ausgebildeten Schwingungserregern sind prinzipiell folgende Alternativanordnungen bzw. Einstellmöglichkeiten der Schwingungsparameter möglich. Hierbei sind alle aufgezählten Einstellmöglichkeiten beliebig kombinierbar.
a) Die Unwuchtwellen können gleichsinnig oder gegensinnig rotierend angetrieben werden.
b) Die Lage der Wellen zueinander kann variiert werden, d.h. parallele Anordnung der Wellen oder auch beliebiger Win- kel der Mittelachse zueinander.
c) Änderung der Phasenlage
d) Änderung der Unwuchtmassen
e) Änderung der Anordnung und der Größe der Unwuchtmassen auf einer Welle zueinander.
f) Änderung der Betriebsfrequenz
g) Betrieb der Unwuchtwellen mit gleicher oder unterschiedlicher Frequenz
Es ist selbstverständlich, daß anstelle der Anordnung von zwei Unwuchtwellen auch eine andere Anzahl von Unwuchtwellen angeordnet werden kann.
Damit die zu behandelnden Werkstücke 4 in das Behandlungsbad 2 eingetaucht und nach der Oberflächenbehandlung wieder herausgehoben werden können, ist die Haltevorrichtung 3 mit Mitteln versehen, die eine Bewegung der Haltevorrichtung 3 in Vertikalrichtung ermöglichen. Alternativ hierzu könnten auch Mittel vorgesehen sein, die ein Absenken und Anheben des Behälters in Vertikalrichtung ermöglichen.
Zum Entgraten der' dargestellten Zylinderköpfe ist die Haltevorrichtung mit aufgespannten zu entgratenden Zylinderköpfen zunächst derart angeordnet, daß die Unterkante der zu entgratenden Werkstücke 4 noch nicht in das Behandlungsbad 2 ein- taucht. Zum Eintauchen der Werkstücke 4 werden die Schwingungserreger 9 des Behandlungsbades 2 in einem ersten Schritt zunächst mit einer hohen Frequenz betrieben, so daß in dem Behälter 8 eine lockere Schüttung der Metallkugeln aufgrund der aufgeprägten Schwingungen entsteht. Die Haltevorrichtung 3 wird anschließend vertikal abgesenkt, so daß die Werkstücke 4 mit geringem Kraftaufwand in die lockere Schüttung der Metallkugeln eingetaucht werden können. Beim Eintauchen des Werkstückes ist es wichtig, daß das Behandlungsmedium, in diesem Fall die Metallkugeln, in alle innenliegenden Hohlräume des zu be- arbeitenden Werkstückes gelangen. Sobald die Werkstücke 4 im Kugelbad eingetaucht sind, wird in einem zweiten Schritt die Frequenz des Richterregers 9 entsprechend abgesenkt, so daß eine kompakte Kugelschüttung zum Entgratvorgang erzielt wird.
In der Schwingfördertechnik wird das Maschinen- und das Schüttgutverhalten durch zwei Kenngrößen beschrieben, die Froude sehe Kennzahl (Schwingamplitude x Kreisfrequenz hoch 2 / Erdbeschleunigung) d.h. dem Verhältnis von Trägheitskraft zur Schwerkraft und die Wurfkennziffer, dem Verhältnis Maschi- nenbeschleunigung senkrecht zur impulseinleitenden Fläche und der Erdbeschleunigung.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind für das Behandlungsbad Froudezahl und Wurfkennziffer gleich groß. Ist die Froudzahl kleiner 2 ist bei Kugeln mit 2,7-3,2 mm Durchmesser eine Entgratungszeit von weniger als eine Minute ausreichend. Bei einer Froudzahl kleiner 1,8 in der Behandlungsphase (zweiter Schritt kann bei Werkstücken aus Aluminium eine Oberflächenverdichtung beobachtet werden.
Das Eintauchen des Werkstückes in das Behandlungsbad sollte in einer kurzen Zeit erfolgen, seine Froudezahl sollte daher größer als 2 eingestellt werden. Im dargestellten Beispiel beträgt die Eintauchgeschwindigkeit ca. 1 m/min, wenn die Froud- zahl zwischen 3 und 4 liegt.
Das zu entgratende Werkstück schwingt mit wesentlich höherer Froudzahl, ihre Größe und die Größe der Wurfkennziffer werden durch die Geometrie des Werkstückes bestimmt. Im beschriebenen Beispiel beträgt die Froudezahl 15-20 (vorzugsweise 17) und die Wurfkennziffer kleiner 1. Diese Größen können für alle Bearbeitungsphasen (d.h. für den ersten Schritt Tauchen; zweiter Schritt Entgraten; Herausnehmen und Abreinigen) konstant gehalten werden. Je nach Geometrie der Hohlräume kann es je- doch sinnvoll sein, die Wurf ennziffer größer zu wählen oder während der verschiedenen Bearbeitungsphasen zu variieren.
Da den zu behandelnden Werkstücken 4 ebenfalls über die einstellbaren Schwingungserreger 14 eine Schwingbewegung aufge- prägt wird, wird durch die Relativbewegung der Werkstücke 4 zu den Metallkugeln eine Oberflächenbearbeitung d.h. ein Entgraten sowie Reinigen der Oberfläche erzielt. Zur Oberflächenreinigung können zusätzliche Reinigungsflüssigkeiten dem Behandlungsbad zugefügt werden. Die abgeschlagenen Grate sowie even- tuelle Lackreste oder Gußsandreste werden mit der Reinigungsflüssigkeit ausgespült. Hierfür ist im Behälterboden oder den Behälterseitenwänden ein Gitter und ein nicht dargestellter Sammelbehälter vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken, wobei das zu beaufschlagende Werkstück an einer Haltevor- richtung mittels mindestens einen ersten Schwingungserreger schwingend angetrieben wird und in einen mit Behandlungsmedium befüllten schwingend mittels einen mindestens zweiten Schwingungserreger schwingend angetriebenen Behälter eingetaucht wird, wobei die Schwingungserreger in ihrer Frequenz und Amplitude einstellbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eintauchten des Werkstückes (4) in den Behälter (8) der mindestens zweite Schwingungserreger (9) derart betrieben wird, dass sich eine lockere Schüttung des Behandlungsmediums einstellt und dass zur Oberflächenbehandlung der mindestens zweiten Schwingungserreger (9) derart betrieben wird, dass sich eine kompakte Schüttung des Behandlungsmediums einstellt, und dass der mindestens erste Schwingungserreger (14) hinsichtlich seiner Schwingungsparameter einstellbar aus- gebildet ist.
2. Verfahren zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken, nach Patentanspruch 1, wobei der Fluidisierungsgrad der Schüttung durch Veränderung der Frequenz der Erregung und / oder die Schwingamplitude des mindestens zweiten (9) Schwingungserregers einstellbar ist.
3. Vorrichtung zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken, die eine Haltevorrichtung zur Aufnahme der zu behandeln- den Werkstücke umfasst, wobei an der Haltevorrichtung ein' Schwingungsantrieb angeordnet ist und Mittel vorgesehen sind, die eine Einstellung der Amplitude und der Frequenz des Schwingungsantriebs ermöglichen, und weiterhin ein Behandlungsbad vorgesehen ist, das einen schwingfähig e- lastisch abgestützten Behälter umfasst, der mit einem Behandlungsmedium gefüllt ist, und wobei an dem Behälter ein einstellbarer Schwingungsantrieb angeordnet ist, und wobei weiterhin Mittel vorgesehen sind, die ein Eintauchen und herausheben der Werkstücke in bzw. aus dem Be- handlungsbad ermöglichen, .dadurch gekennzeichnet, dass der an der Haltevorrichtung (3) angeordnete Schwingungsantrieb mindestens zwei Schwingungserreger (14) umfasst und Mittel vorgesehen sind, durch die eine unabhängige Einstellung der Schwingungsparameter sowie der Anordnung der Schwingungserreger (14) vorgenommen werden kann.
4. Vorrichtung zum Ob.erflächenbeaufschlagen von Werkstücken nach Patentanspruch 3, wobei die mindestens zwei Schwingungserreger (14) der Haltevorrichtung (3) beabstandet von der vertikalen und der horizontalen Schwerelinie der Haltevorrichtung (3) angeordnet sind.
5. Vorrichtung zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken nach Patentanspruch 3 oder Patentanspruch 4, wobei als Schwingungserreger (14) Magneterreger vorgesehen sind, die derart betrieben und angeordnet sind, dass deren Wirkrichtung unterschiedlich von der Vertikalen ist.
6. Vorrichtung zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei als
Schwingungserreger (14) der Haltevorrichtung ein oder mehrere Unwuchtwellen vorgesehen sind.
7. Vorrichtung zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken nach Patentanspruch 6, wobei bei der Anordnung von mehreil ren Unwuchtwellen über die Mittel zum Einstellen der Schwingungsparameter die Phasenlage der Unwuchtwellen zueinander eingestellt werden kann.
Vorrichtung zum Oberflächenbeaufschlagen von Werkstücken nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei bei der Anordnung von mehreren Unwuchtwellen über die Mittel zum Einstellen der Schwingungsparameter und / oder der Anordnung die Unwuchtmassen bzw. die Unwuchtwellen derart gewählt werden, dass eine Drehschwingung erzeugt wird.
PCT/EP2004/002154 2003-03-08 2004-03-04 Verfahren und vorrichtung zur oberflächenbearbeitung von metallischen werkstücken WO2004078415A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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DE10310241.8 2003-03-08

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Cited By (1)

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