Eisenstrahlen/-entgraten - ein innovatives Bearbeitungsverfahren zum bedarfsorientierten Entgraten von Bauteilen und Werkstücken
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt wurde die Nutzung von tiefkalten Eispartikeln für die Entgratstrahlbearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe untersucht. Um den Einsatz überhaupt erst untersuchen zu können, wurde eine Prototypenanlage mit der Bezeichnung Cryo-Röhre (CR) entwickelt und optimiert. Vor allem die Inbetriebnahme der Anlage und die Optimierung des Herstellprozesses der tiefkalten Eispartikel war hierbei ein Schwerpunkt des Forschungsprojektes. Hier konnten Arbeits- und Betriebsparameter für den fehlerfreien Betrieb der Anlage ermittelt werden. Auch eine zeitweise Unterbrechung des Herstellprozesses mit anschließendem Weiterbetrieb wurde untersucht und konnte realisiert werden. Die hergestellten Eispartikel wurden analysiert und der Einsatz einer Emulsion wurde nachgeprüft und bestätigt. Bis zu einer Volumenkonzentration von 5 % ist der Einsatz einer gefrorenen Emulsion mit gleichen Eigenschaften wie reines Wasser möglich. Dadurch wird die Korrosionsbildung an bearbeiteten Bauteilen unterbunden. Das Hauptanliegen des Forschungsprojektes war die Untersuchung des Einsatzes tiefkalter Wassereispartikel als Strahlmittel für die Entgratstrahlbearbeitung komplexer und aufwendig zu reinigender Bauteile. Die hier erlangten Ergebnisse zur Entgratleistung waren nur teilweise zufriedenstellend. Mit dem in der CR hergestellten Eis war eine Beseitigung des Makrogrates an Bohrungen bei allen untersuchten Werkstoffen möglich. Eine definierte Kantenverrundung konnte jedoch bei metallischen Werkstoffen nicht erreicht werden. Die Entgratstrahlbearbeitung von Kunststoffen wird mit dem innovativen Strahlmittel Eis auch bis zum Erreichen einer Kantenverrundung erzielt. Die Oberflächenbeeinflussung in der Ausprägung der Oberflächenrauheit und von Eigenspannungen in der Oberfläche brachten weitestgehend positive Erkenntnisse. Die Oberflächenrauheit metallischer Werkstoffe wird durch den Einfluss der Eispartikel nicht negativ beeinflusst. Eigenspannungen werden bis zu einem Wert von 100 MPa eingebracht. Danach scheint das Eis vollständig plastisch verformt zu werden. Höhere Geschwindigkeiten zwischen Temperaturunterschieden vom Eis brachten hier keine signifikanten Veränderungen. Bei Kunststoffen wurde die Oberfläche teilweise komplett zerstört. Hier könnte jedoch eine Temperaturanpassung der Eispartikel Abhilfe schaffen. Überraschend war teilweise das Ergebnis der Entgratleistung an Metallen. Das Gratmaterial konnte nicht vollständig von der Bohrungskante entfernt werden. Ein Restgrat in Form der Gratwurzel blieb bei allen betrachteten metallischen Werkstoffen zurück. Bei einer festgestellten Mohs-Härte des Wassereises von 6-7 Mohs wurde dies teilweise anders erwartet. Als mögliche Erklärung für dieses Ergebnis kann derzeit lediglich die Sprödigkeit des Materials Wassereis dienen. Genauere Erkenntnisse müssen in weiteren Folgeuntersuchungen mittels Auftreffanalyse bzw. materialseitiger Untersuchungen erlangt werden. Dabei sollten insbesondere reine und homogene Eisgefüge beispielsweise aus destilliertem Wasser untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Cryogenic wet-ice blasting - Process conditions and possibilities, Original Research Article, CIRP Annals - Manufacturing Technology, online 28 April 2013
Karpuschewski, B.; Emmer, T.; Schmidt, K.; Petzel, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2013.03.102) - High Energy Fluid Jet Machining (HEF Jet-Mach): From scientific and technological advances to niche industrial applications, CIRP Keynote paper, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 7/2014
Axinte, D. A.; Karpuschewski, B.; Kong, M. C.; Miller, D.; Beaucamp, A. T.; Petzel, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.05.001)
