Oberflaeche

Die Schaffung optimaler Oberflächen auf Metallteilen ist der Geschäftsschwerpunkt von REM. Die Oberfläche eines Bauteils kann eine Vielzahl von Leistungsmerkmalen beeinflussen, wie z. B. Kontaktermüdung, Schmierleistung, Biegeermüdung, Luft-/Flüssigkeitsströmung, Beschichtungs-/Galvanisierungshaftung, Sauberkeit und vieles mehr. Die Oberfläche eines Bauteils steht während der Konstruktionsphase jedoch nicht immer im Mittelpunkt, deshalb wird die Oberflächenbeschaffenheit oftmals völlig übersehen oder, basierend auf veralteten Praktiken, einfach nur als Ra bezeichnet, ohne weitere Berücksichtigung der Anforderungen an das Bauteil für den endgültigen Einsatz.

Die Oberfläche eines Metallteils kann aus mehreren Materialschichten bestehen, die die Leistung des endgültigen Bauteils fördern oder behindern können. Diese Schichten können unterschiedliche Materialeigenschaften haben. Die äußerste(n) Schicht(en) bestimmt/bestimmen die Textur des Bauteils (die Kombination aus Rauheit, Welligkeit sowie der eventuellen Richtung/Lage der Oberflächenmerkmale). Diese drei Eigenschaften resultieren aus den Umformungsarten zur Erzeugung des Bauteils.

Bei einem mechanisch bearbeiteten Bauteil (insbesondere bei präzisionsgeschliffenen Bauteilen, aber auch bei gefrästen, gehonten und geschruppten Bauteilen) werden Rauheit und Welligkeit größtenteils kombiniert und aufgrund der zu erwartenden geringen Welligkeit, die von der Werkzeugmaschine erzeugt wird, einfach als Rauheit betrachtet. Beachten Sie jedoch, dass einige Bearbeitungsvorgänge ein höheres Maß an Welligkeit erzeugen können, was eine genauere Betrachtung bei der Beurteilung der Oberfläche erfordert. Mechanisch bearbeitete Oberflächen werden wegen der gerichteten Art des Umformvorgangs fast immer eine isotrope oder periodische Oberflächenstruktur aufweisen. Das Schneidwerkzeug erzeugt eine Reihe von parallelen „Reihen“ bzw. „Spitzen und Tälern“ in Richtung der Werkzeugbahn – manchmal werden sie auch als „Bearbeitungsspuren“ oder „Schleiflinien“ bezeichnet. Darüber hinaus bestehen die äußersten Schichten einer bearbeiteten Oberfläche wahrscheinlich aus einem aufgerauten Material/Metall, das aus der aggressiven Art und Weise des Zerspanungsvorgangs resultiert, bei dem das Metall selbst hohen Temperaturen und Kräften ausgesetzt ist. Dies führt zu einer plastischen Verformung sowie zu einer physikalischen und thermischen Spannungsübertragung. Diese äußere Schicht ist möglicherweise nicht optimal für die Endanwendung.

Bei einem additiv gefertigten (AM-)Bauteil, das durch Pulverbettschmelzen („powder-bed fusion“, PBF) hergestellt wird, sollten Rauheit und Welligkeit getrennt betrachtet werden, da der Herstellungsvorgang einen viel höheren Grad an Welligkeit mit sich bringt und diese sich auf die Rauheitswerte des Bauteils auswirkt. Im Gegensatz zu einer mechanisch bearbeiteten Oberfläche sind PBF-Oberflächen körnig und weisen mehrere „Schichten“ von Rauheit auf, die je nach Herstellungsparametern stark richtungsabhängig sein können oder nicht. Außerdem weisen AM-Bauteile in der Regel einen unterschiedlichen Grad an oberflächennahen Hohlräumen oder Porosität als Ergebnis des Herstellungsvorgangs auf. Oberflächenbehandlungen können diese Porosität freilegen, was wiederum die erreichbare Oberflächengüte oder die Anforderungen an den Materialabtrag beeinflussen kann.

Ähnlich wie die äußere Oberflächenschicht von mechanisch bearbeiteten Bauteilen sind die Oberflächen- und oberflächennahen Eigenschaften von AM-Bauteilen unter Umständen nicht ohne zusätzliche Nachbearbeitungsschritte (Oberflächenveredelung) brauchbar. Auch kugelgestrahlte und gegossene Oberflächen profitieren oft von einer Oberflächenpolitur, um ungünstige Oberflächenstrukturen zu entfernen.

„Rauheit“ und „Ra“ sind Begriffe, die in der Technik und Fertigung oft als Synonyme behandelt werden. Tatsächlich sind jedoch die Rauheit und im weiteren Sinne die Oberflächentextur weitaus komplexere Konzepte, wobei eine einzelne Ra-Angabe die notwendige Oberflächenqualität eines Bauteils zur Erfüllung der geforderten Betriebsleistung nur unzureichend definieren kann. Bei der Betrachtung der Leistungsanforderungen von Bauteilen sollte also ein breiteres und detaillierteres Verständnis der Oberflächenqualität berücksichtigt werden.

REMs Verfahrenstechniken erzeugen isotrope, d. h. von der Bearbeitungsrichtung der Werkzeuge unabhängige, Oberflächen.

Bei mechanisch bearbeiteten Bauteilen werden die REM-Verfahren üblicherweise zur Erzeugung von isotropen Superfinish-Oberflächen eingesetzt, die sich durch sehr niedrige Rauheitswerte und außergewöhnlich hohe Tragfähigkeit auszeichnen, da sie im Vergleich zu rein mechanisch bearbeiteten Oberflächen eine höhere Ebenheit aufweisen (weit mehr als „super-geschliffene“ und gehonte Oberflächen). Bei AM-Bauteilen können durch die REM-Verfahren schrittweise lose/teilweise gesinterte oder geschmolzene Partikel eliminiert, körnige Rauheit beseitigt und die Oberflächenwelligkeit je nach Bauteilanforderungen reduziert oder komplett beseitigt werden, um schließlich zu einem vollständig isotropen Superfinish zu gelangen. Die REM-Verfahren können spiegelähnliche Polierniveaus erzeugen und dabei eine mechanisch vorteilhafte Mikrotextur beibehalten (um Probleme oder Bedenken mit einer zu glatten Oberfläche zu vermeiden), oder sie können allgemein texturlose Oberflächen erzeugen, wenn dies erforderlich ist. Die von REM erzeugten Oberflächen müssen jedoch nicht ultraglatt gemacht werden – die REM-Verfahren sind auch deshalb von Vorteil, weil sie hocheffizient sind und im Vergleich zu vielen herkömmlichen, abtragenden Verfahren Zykluszeitvorteile oder Vereinfachungen bei der Prozesspflege bieten. Für Anwendungen mit bestimmten optimalen Rauheitsniveaus können die beabsichtigten Rauheitsbereiche erreicht werden.

Während REM allgemein für die Erzeugung heller und glänzender Oberflächen bekannt ist – zweifelsohne weisen viele mit REMs isotroper Superfinish-Technologie polierte Bauteile ein spiegelähnliches, glänzendes Aussehen auf –, sind die wichtigsten Argumente für die Poliertechniken von REM in der Regel fertigungstechnische Vorteile. Die isotropen Superfinish-Technologien von REM übertreffen im Wesentlichen alle anderen Polierverfahren in Bezug auf die Kombination ihrer Vorteile und Fähigkeiten, zum Beispiel: minimale geometrische Veränderungen, gleichmäßiger Materialabtrag, die Möglichkeit, vertiefte und nicht sichtbare Bauteiloberflächen zu bearbeiten, Verringerung der Oberflächenrauheit und Optimierung der Oberflächentextur sowie eine Vielzahl von verbesserten Oberflächen-/Materialeigenschaften, z. B. Verschleiß-, Ermüdungs-, Korrosionsbeständigkeit und vieles mehr.

Ganz gleich, ob Ihre Anwendung ein schönes ästhetisches Finish, eine Verbesserung der Bauteilleistung, einen kontrollierten Materialabtrag oder einen anderen der zahlreichen Vorteile der REM-Verfahren erfordert – REM hat die Lösung für die Oberflächenbearbeitung von Metallkomponenten. Kontaktieren Sie uns noch heute, um ein Projekt zu starten.