Was ist ein Metallgrat? Arten, Ursachen und Gegenmaßnahmen

Metallgrat

Metallgrate, kurz Grat, sind Bearbeitungsfehler, die nicht nur störend, sondern auch ein Sicherheitsrisiko darstellen und die Optik beeinträchtigen. Sie entstehen an bearbeiteten Kanten durch plastische Verformung des Materials während der Bearbeitung oder des Schneidens. 

Durch den Bearbeitungsprozess, die Materialart sowie die Art und Qualität des Werkzeugs kann ein Metallgrat entstehen. Um diesem Bearbeitungsproblem entgegenzuwirken, müssen diese Bereiche optimiert werden, beispielsweise durch den Einsatz scharfer, hochwertiger Bearbeitungswerkzeuge. 

Nahezu jeder Metallbearbeitungsprozess führt zu Gratbildung. Daher sollten Sie sich vor der Auftragserteilung informieren, wie der Dienstleister mit Graten und damit verbundenen Herausforderungen umgeht. 

Ein idealer Ausgangspunkt ist das Verständnis der Grundlagen der Gratbildung bei der Bearbeitung – von den Ursachen bis zu den Abhilfemaßnahmen. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren. Boda. 

 

Was ist ein Grat? Was sind Grate in Metall?  

Grate in Metallen sind scharfe, unerwünschte Kanten oder hervorstehende Materialabschnitte, die nach Bearbeitungsvorgängen wie Drehen, Laserschneiden oder Bohren entstehen. Diese Auswüchse können entstehen, wenn sich ein Schneidwerkzeug verformt, anstatt Material präzise abzutragen. Die Unregelmäßigkeiten treten auch auf, wenn die Parameter des Bearbeitungsprozesses das Werkstückmaterial über seine Grenze des sauberen Zerspanens hinaus belasten.

 

Wie entsteht ein Metallgrat? Die beteiligten Fertigungsprozesse

Metallgrate entstehen in verschiedenen Metallbearbeitungsprozessen, von der maschinellen Bearbeitung, einschließlich Fräsen, Drehen und Bohren, bis hin zu Blechbearbeitungsprozessen, einschließlich Metallstanzprozesse. 

Weichere Werkstoffe wie Aluminium und Kupfer neigen insbesondere bei der maschinellen Bearbeitung oder Blechverarbeitung eher zur Gratbildung als härtere. Diese Metalle verformen sich bei diesen Prozessen eher, als dass sie perfekt brechen. 

Gratbildung 

 

Arten von Metallfräsern

Vorteile in Blechstanzen und Prägen Sie kennen die Feinheiten aller Arten von Graten, einschließlich der besonderen: Trenngrate, Poisson-Grate, Rollgrate, Reißgrate und thermische Grate. Jeder dieser Grate entsteht auf einzigartige Weise; der Unterschied liegt typischerweise im Materialverhalten während der Verformung. Wie aus der nachfolgenden Diskussion hervorgeht, beinhalten einige die Trennung von Metallen, seitliche Verformung, Kantenverbiegung, unvollständigen Bruch oder Schmelzen und Erstarren. 

Trenngrate 

Abgeschnittener Grat

Beim Abtrennen oder Abstechen an der Drehmaschine entstehen häufig Grate. Diese Grate erkennt man an den zusätzlichen Materialresten, die nach dem Trennen der Teile durch das Schneidwerkzeug zurückbleiben. 

Poisson Grate 

Poisson-Grate treten bei duktilen Werkstoffen auf und bilden sich typischerweise an den Kanten. Die Ursache hierfür ist die plastische Verformung der Materialkanten, teilweise auch seitlich. 

Roll-Over-Frässtifte

Überrollgrate entstehen hauptsächlich bei der Bearbeitung von Bohr-, Fräs- und Nutenbearbeitungen und zeigen sich als gebogene Materialfalten. 

Tränengrate 

Durch das Umformen anstatt des vollständigen Schneidens bilden sich an der Seite des bearbeiteten Teils Abrissgrate. Diese Grate finden sich hauptsächlich bei Blechlochstanzen Operationen. 

Thermische Fräser

Thermischer Grat

Diese auch als Schlacke bekannten Metallgrate entstehen beim Erstarren von geschmolzenem Metall beim Schweißen, Plasmaschneiden oder Laserschneiden. Sie treten nach dem Abkühlen des Grundmaterials zutage. Ein gutes Mittel dagegen ist, diese Unebenheiten mit einer Drahtbürste zu entfernen. 

 

Warum ist das Entfernen von Graten wichtig? – Auswirkungen des Metallgrats

Metallgrate, die beim Blechschneiden und ähnlichen Prozessen entstehen, müssen entfernt werden, da sie, wenn sie unbehandelt bleiben, verschiedene Aspekte des bearbeiteten Teils und den gesamten Geschäftsbetrieb beeinträchtigen können. Dies betrifft die Sicherheit, die Montagegenauigkeit, die Funktion, die Produktästhetik und die Produktionseffizienz. 

Beeinträchtigung der Bauteilfunktion und Montage

Grate können die Funktion von Teilen und Komponenten beeinträchtigen. Selbst kleinste Grate können zu Fehlausrichtungen oder Passfehlern führen. Dies kann Funktion und Leistung erheblich mindern. 

Sicherheitsbedenken

Metallgrate haben scharfe Kanten, an denen man sich leicht verletzen kann, sei es beim Endverbraucher oder beim Maschinisten. 

Produktästhetik 

Grate sind unansehnlich und können daher den ästhetischen Wert eines Bauteils erheblich mindern. Branchen, die Wert auf Ästhetik legen, arbeiten möglicherweise nicht mit gratigen Bauteilen. 

Kostspielige Teileablehnungen oder Nacharbeiten

In der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und anderen Hochrisikobranchen kann ein kleiner Fehler verheerende Folgen haben. Schon ein einziges fehlerhaftes Bauteil reicht aus, um kostspielige Ausschussware oder Nacharbeiten zu verursachen. In diesen Branchen darf man beim Thema Sicherheit keine Risiken eingehen. 

Geringere Produktionseffizienz 

Das Entgraten bedeutet einen höheren Zeitaufwand im Fertigungsprozess, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Die Kosteneffizienz des Prozesses wird dadurch beeinträchtigt. 

 

Methoden und Werkzeuge zum Entfernen von Metallgraten

Vor und nach dem Entgraten

Entgraten Das Entfernen von Metallgraten ist mit folgenden Methoden möglich: Manuelle Nachbearbeitung, Entgraten durch Stanzen, Entgraten durch Lochen, Bürsten, elektrochemisches Entfernen, Gleitschleifen, Schleifen, Walzen und thermische Verfahren. Für jede dieser Methoden werden spezielle Werkzeuge zum Entfernen von Metallgraten benötigt, darunter Entgratmesser, Feilen und Schleifpapier. Metallstanzen Maschinen, spindelmontierte Schneidwerkzeuge und Elektroden.

Die Methoden und die jeweiligen Werkzeuge werden im Folgenden erläutert:

Manuelle Nachbearbeitung/Entgratung 

Dies ist eine konventionelle Strategie, die sich durch die Verwendung von Schleifpapier oder anderen manuellen Werkzeugen zum Entfernen des Bearbeitungsgrats auszeichnet. Zu den Methoden dieser Kategorie gehören:

• Manuelles Bürsten
• Verwendung von Schleifpapier
• Handgeführte Elektrowerkzeuge
• Schneidmesser mit Schneidkopf

Manuelles Entgraten

Vorteile des manuellen Entgratens

• Kostengünstige Methode
• vielseitig 

Nachteile des manuellen Entgratens

• Nur für Bearbeitungsvorgänge im kleinen Maßstab

• Uneinheitliche Ergebnisse beim Gratschneiden
• Zeitaufwendig 
• Ungeeignet für komplexe Geometrien

Mechanische Methoden

Diese Verfahren nutzen abrasive oder physikalische Kräfte, um Grate von Werkstücken zu entfernen. Zu den Verfahren gehören Schleifen, Bürsten, Gleitschleifen (Trommelpolieren), Walzen, Vibrationspolieren, Entgraten von Bohrungen und Stanzanwendung. Diese mechanischen Verfahren sowie die anderen Optionen (elektrochemische, thermische und automatisierte Verfahren) beheben die Nachteile des manuellen Entgratens. 

Hier finden Sie weitere Details zu den mechanischen Technologien;

Schleifen 

Beim Schleifen werden Grate mithilfe einer rotierenden Schleifscheibe von einem Material entfernt. Diese Methode eignet sich hervorragend zur Herstellung glatter Oberflächen und Kanten, selbst bei harten Materialien.

Bürsten 

Entgratbürsten bestehen aus dünnen Drähten oder Metallfasern auf einer rotierenden Scheibe. Durch die Rotation der Scheibe entfernen die Drähte oder Fasern Grate von der Werkstückkante. Obwohl das Bürsten ungleichmäßige Ergebnisse liefert, ist es kostengünstig und schnell. 

Trommeln (Gleitschleifen) 

Das Gleitschleifen ist ein mechanisches Verfahren zum Entgraten von Teilen, bei dem die zu entgratenden Teile zusammen mit einem Schleifmittel in einer Trommel oder einem Zylinder rotieren. Hersteller schätzen diese Entgratungsmethode aufgrund ihrer Kosteneffizienz sehr. 

Ein Tumbler-Setup

Neben dem Entfernen der Grate poliert das Trommelpolieren die Werkstücke auch. Für individuelle Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Oberflächengüte, wird das Schleifmittel mit speziellen Schleifmitteln kombiniert. Trommelpolieren ist entweder ein nasses Taumeln Typ oder ein Trockentrommeln Art, je nachdem, ob Wasser verwendet wird. 

Wenden 

Beim Walzen wird das Werkstück mit Graten durch leistungsstarke Walzen geführt, die die Grate glätten und entfernen. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn Verformungen unerwünscht sind und ein gleichmäßiger Druck erforderlich ist. Es wird hauptsächlich zum Entgraten von Blechen eingesetzt.  

Vibrationsbearbeitung 

Vibrationsentgraten

Beim Gleitschleifen oder Entgraten werden die Werkstücke in eine Kammer eingelegt und vibriert. Die Kammer ist mit Dämpfern oder Federn verbunden, welche die Unterkonstruktion vom Vibrationsmechanismus trennen. Die Vibrationsquelle ist ein außermittig rotierendes Gewicht. Es gibt verschiedene Bauarten von Vibrationsentgratungsanlagen, darunter Trogmaschinen und Kreisschalenmaschinen.

Lochentgraten

Lochentgraten

Das Entgraten von Bohrungen ist eine Technik, mit der Grate von der Innenfläche einer bearbeiteten Bohrung entfernt werden. Hierfür wird ein Spezialwerkzeug mit konischer Spitze verwendet. Das Verfahren ist einfach, kostengünstig und schnell, eignet sich aber nur für Bohrungen.  

Stanzentgratung

Wie der Name schon sagt, besteht das Stanzentgratentgraten aus einem Stempel oder einer Matrize, die den Grat vom Werkstück abtrennt. Dieses mechanische Verfahren basiert auf den Grundlagen der MetallstanzverfahrenDies beinhaltet üblicherweise das Kalibrieren von Stanzwerkzeugen und das Stanzen von Stanzwerkzeugen. Die Produktivität und Effizienz sind wesentlich besser als beim manuellen Entgraten; die Beschränkung auf einfachere Geometrien und der Bedarf an Spezialwerkzeugen sind jedoch problematisch. 

Vorteile des mechanischen Entgratens

• Vielseitigkeit in Bezug auf Material und Komplexität
• Höhere Präzision 
• Kann zur Steigerung der Produktivität automatisiert werden.
• Relativ schnelles Verfahren, insbesondere für die Verarbeitung mittlerer bis großer Datenmengen.

Nachteile des mechanischen Entgratens

• Erfordert eine angemessene Kontrolle, um Oberflächenveränderungen zu verhindern.
• Wartungskosten durch Werkzeugverschleiß
• Nicht geeignet für dünne oder empfindliche Bauteile

Elektrochemisches Entgraten (ECD)

Beim elektrochemischen Entgraten wird ein Elektrolyt verwendet, um Grate aufzulösen. Das Werkstück dient als Anode, das Werkzeug als Kathode. Die Elektrolyse konzentriert sich auf die Bereiche mit Graten. Durch den Ladungsaustausch zwischen den beiden Anschlüssen mittels Elektrolyt wird der Entgratungsprozess bewirkt. Die elektrochemische Entgratung eignet sich hervorragend zum Entfernen von Graten an komplexen Geometrien und leitfähigen, schwer zerspanbaren Werkstoffen. 

Vorteile des elektrochemischen Entgratens

• Ideal für komplexe Geometrien und schwer zugängliche Bereiche
• Frei von Wärmeverformung und mechanischer Spannung
• Beeinträchtigt nicht das Grundmetall
• Sehr präzise 

Nachteile des elektrochemischen Entgratens

• Erfordert hohe technische Fachkenntnisse
• Hohe Anschaffungskosten

Thermisches Entgraten

Beim thermischen Entgraten werden Grate durch Hochtemperaturverbrennung vom Werkstück abgeschmolzen. Die dabei entstehende thermische Energie erzeugt eine thermische Stoßwelle, die die Oberflächenfehler verdampft. 

Thermisches Entgraten

Das geringe Verhältnis von Oberfläche zu Masse des übrigen Werkstückteils und die kurze Einwirkzeit bewirken, dass nur der Grat von der Verdampfung betroffen ist. Thermisches Entgraten wird üblicherweise für oxidationsanfällige Werkstoffe mit geringer Leitfähigkeit empfohlen. 

Vorteile des thermischen Entgratens

• Relativ kurze Zykluszeiten
• Gleichmäßiges Entfernen von Graten, auch an komplexen Teilen
• Mehrfaches Entgraten verschiedener Oberflächen und Kanäle

Nachteile des thermischen Entgratens

• Hohe Einrichtungskosten
• Nicht optimal für wärmeempfindliche Teile/Materialien.
• Eine Nachreinigung kann erforderlich sein 

Automatisierte Entgratungstechniken

Automatisierte Entgratungsverfahren eignen sich für die Fertigung großer Stückzahlen. Zu den Verfahren dieser Kategorie zählen elektrochemisches, thermisches, Vibrations-, Gleit-, Linear- und Kryogenentgraten. Die Automatisierung ergänzt größtenteils die bereits zuvor besprochenen Techniken. Die Vorteile dieser Strategie liegen in Blechschneiden Die verbesserte Oberflächengüte und Prozesswiederholbarkeit sind auf die gleichbleibende Temperatur, den gleichbleibenden Druck, die gleichbleibende Zykluszeit und den gleichbleibenden Werkzeugweg zurückzuführen. 

Vorteile des automatisierten Entgratens

• Verbesserte Qualität und Wiederholbarkeit
• Höhere Produktionsgeschwindigkeit
• Lässt sich problemlos in moderne Fertigungslinien integrieren.
• Ermöglicht die präzise Steuerung verschiedener Entgratungselemente 

Nachteile der automatisierten Entgratung

• Hohe Anfangsinvestition
• Nur wirtschaftlich für die Massenfertigung 
• Für die Kalibrierung und Wartung der Geräte werden Fachkräfte benötigt.

Wie man Metallgrate verhindert oder kontrolliert 

Wirksame Strategien zur Kontrolle von Metallgraten umfassen Aspekte wie die Verwendung scharfer Schneidwerkzeuge, die Optimierung der Vorschubgeschwindigkeiten und -parameter, die Verwendung geeigneter Kühlmittel und die Anwendung von Entgratungstechniken im Fertigungsprozess. Weitere Bereiche, auf die Wert gelegt werden sollte, sind die Konstruktion von Teilen mit gratreduzierenden Merkmalen, die Umsetzung strenger Qualitätskontrollmaßnahmen und vorbeugende Wartungspraktiken für die Maschinen, die die Präzision von Werkzeugen und Bearbeitung gewährleisten. 

Die Strategien werden im Folgenden näher erläutert.

Hochwertige Schneidwerkzeuge

Qualitätsschnitt 

Die richtigen Bearbeitungswerkzeuge gegen Metallgrate sind scharfe und geeignete Werkzeuge, die Genauigkeit gewährleisten, idealerweise gleich beim ersten Mal. Im Gegensatz dazu sind stumpfe, verbogene oder gebrochene Werkzeuge ungeeignet, da sie die Gratbildung sogar begünstigen. 

Optimierte Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittparameter

Um die Werkzeugqualität zu verbessern, sollten die Schnittparameter und Vorschubgeschwindigkeiten optimiert werden, um Metallgrate zu vermeiden. Optimierung bedeutet die Feinabstimmung der Parameter hinsichtlich Schnitttiefe, Zahneingriff, Schnittgeschwindigkeit usw. auf den jeweiligen Bearbeitungsvorgang.

Optimierte Schnittparameter

Zu den Vorteilen der Optimierung gehören eine minimale Wärmeentwicklung und geringere Schnittkräfte, was zu einer höheren Maßgenauigkeit führt. 

Verwendung von Kühlmittel

Die Verwendung des richtigen Kühlmittels in der passenden Durchflussrate ist entscheidend für die Vermeidung von Gratbildung, da dadurch Reibung und Wärmeentwicklung reduziert werden. Die korrekte Anwendung von Kühlmittel trägt insbesondere zur Minimierung des Werkzeugverschleißes bei. 

Vorbeugende Maschinenwartung

Grate lassen sich auch durch regelmäßige Wartung von CNC-Bearbeitungsmaschinen und -werkzeugen vermeiden. Der Maschinenbediener sollte Probleme wie stumpfe Werkzeuge, falsch ausgerichtete Maschinen, verschlissene Teile und defekte Komponenten proaktiv beheben.  

Konstruktionsmerkmale zur Minimierung von Graten

Der Konstrukteur trägt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Gratbildung, da Fertigungsprozesse die Wahrscheinlichkeit der Gratbildung unterschiedlich beeinflussen. Konstruktionsmerkmale sollten unter Berücksichtigung der Bauteilposition, der Schnittrichtung, der Spannungsverteilung und weiterer relevanter Faktoren eingesetzt werden.  

Entgratungstechniken

Manchmal sind Grate unvermeidbar, beispielsweise bei der Bearbeitung sehr harter Werkstoffe oder komplexer Geometrien. In solchen Fällen sind die hier beschriebenen Entgratungstechniken hilfreich.  Ob mechanische, thermische, elektrochemische oder auch manuelle Entgratungsmethoden – die Betriebe müssen effektive Entgratungsmethoden anwenden, um sicherzustellen, dass nur qualitativ hochwertige CNC-bearbeitete oder gefertigte Teile den Kunden erreichen. 

Strenge Qualitätskontrolle 

Abschließend rundet ein professionelles CNC-Bearbeitungsunternehmen seine Arbeit mit einem strengen Qualitätskontrollverfahren ab, das sicherstellt, dass die Teile keine Grate aufweisen. Sollte ein Grat vorhanden sein, wird er durch mehrfache Prüfungen beseitigt.

Fazit

Metallgrate können, ähnlich wie Haifischzähne, durch Gewebe schneiden. Sie entstehen praktisch bei jedem Metallbearbeitungsprozess und beeinträchtigen Funktion und Wert eines Bauteils. Glücklicherweise gibt es, wie in diesem Artikel beschrieben, Möglichkeiten, sie zu beseitigen. 

Wenn Ihre Zeichnungen für CNC-gefertigte Teile Angaben zum Entgraten enthalten, hervorragend. Falls nicht, bietet Ihnen dieser Artikel einen Anhaltspunkt für Ihr nächstes Bearbeitungsprojekt. Unsere Experten sind bereit, Ihr Projekt zu betreuen, wobei Metallgrate und alle anderen üblichen und besonderen Herausforderungen bestens bewältigt werden. 

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