Polieren: Erläuterung der wichtigsten Techniken

Die Kunst des Polierens beherrschen Grundlegende Techniken werden erklärt

1. Poliermethoden

Gegenwärtig werden die folgenden Polierverfahren verwendet:

1.1 Mechanisches Polieren

Das mechanische Polieren beruht auf dem Schneiden und der plastischen Verformung der Materialoberfläche, um die Vorsprünge nach dem Polieren zu entfernen und eine glatte Oberfläche zu erhalten. Dabei werden in der Regel Ölsteine, Wollräder, Schleifpapier usw. verwendet, und es wird hauptsächlich von Hand gearbeitet.

Für spezielle Bauteile, wie z. B. rotierende Körperoberflächen, können Drehtische und andere Hilfswerkzeuge eingesetzt werden. Bei hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität können Ultrapräzisionsschleif- und -polierverfahren eingesetzt werden.

Beim Ultrapräzisionsschleifen und -polieren werden speziell angefertigte Schleifwerkzeuge verwendet. Eine Schleif- und Polierflüssigkeit, die Schleifmittel enthält, wird für eine Hochgeschwindigkeits-Rotationsbewegung fest auf die Oberfläche des Werkstücks gepresst. Mit dieser Technik lässt sich eine Oberflächenrauhigkeit von Ra0,008μm, die höchste aller Poliermethoden. Formen für optische Linsen werden häufig nach dieser Methode hergestellt.

1.2 Chemisches Polieren

Beim chemischen Polieren löst das Material die mikroskopisch kleinen Vorsprünge auf der Oberfläche bevorzugt in einem chemischen Medium auf, so dass eine glatte Oberfläche entsteht. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es keine komplizierte Ausrüstung erfordert, komplex geformte Werkstücke polieren kann und viele Werkstücke gleichzeitig polieren kann, wodurch es sehr effizient ist.

Das Kernproblem des chemischen Polierens ist die Aufbereitung der Polierflüssigkeit. Die durch chemisches Polieren erzielte Oberflächenrauheit beträgt im Allgemeinen mehrere 10μm.

1.3 Elektrolytisches Polieren

Das Grundprinzip der elektrolytisches Polieren ist dasselbe wie das chemische Polieren, d. h. durch selektives Auflösen der winzigen Vorsprünge auf der Materialoberfläche wird die Oberfläche geglättet. Im Vergleich zum chemischen Polieren kann es den Einfluss von Kathodenreaktionen eliminieren und erzielt bessere Ergebnisse.

Die elektrochemische Polierverfahren ist in zwei Schritte unterteilt:

(1) Makro-Nivellierung: Die Auflösungsprodukte diffundieren in den Elektrolyten, und die geometrische Rauheit der Materialoberfläche nimmt ab, mit Ra>1μm.

(2) Mikro-Nivellierung: Die Polarisierung der Anode erhöht die Oberflächenhelligkeit mit Ra<1μm.

1.4 Ultraschallpolieren

Beim Ultraschallpolieren wird das Werkstück in eine Schleifmittelsuspension gelegt und in ein Ultraschallfeld gebracht. Die Schwingungen des Ultraschalls bewirken, dass die Schleifmittel die Oberfläche des Werkstücks schleifen und polieren.

Bearbeitung mit Ultraschall übt geringe Makrokräfte aus, die keine Verformung des Werkstücks verursachen. Die Herstellung und Installation der Werkzeuge kann jedoch eine Herausforderung darstellen. Die Ultraschallbearbeitung kann mit chemischen oder elektrochemischen Verfahren kombiniert werden.

Auf der Grundlage von Lösungskorrosion und Elektrolyse wird die Lösung durch Ultraschallschwingungen umgerührt, so dass sich die Auflösungsprodukte auf der Werkstückoberfläche ablösen und eine gleichmäßige Korrosion oder ein Elektrolyt in der Nähe der Oberfläche erhalten wird. Die Kavitationswirkung des Ultraschalls in der Flüssigkeit kann auch den Korrosionsprozess hemmen, was der Oberflächenaufhellung förderlich ist.

1.5 Flüssiges Polieren

Beim Fluidpolieren wird die Werkstückoberfläche durch den Hochgeschwindigkeitsstrom einer Flüssigkeit und die mitgeführten Schleifmittelkörner poliert. Zu den gängigen Methoden gehören die Bearbeitung mit Schleifmittelstrahlen, die Bearbeitung mit Flüssigkeitsstrahlen und das Schleifen mit Flüssigkeitsstrahl.

Das Flüssigschleifen wird durch hydraulischen Druck angetrieben, wodurch das flüssige Medium, das die Schleifkörner trägt, schnell über die Werkstückoberfläche hin und her fließt. Für das Medium werden hauptsächlich spezielle Verbindungen (polymerähnliche Stoffe) mit guten Fließeigenschaften bei niedrigem Druck verwendet, die mit Schleifmitteln gemischt werden. Die Schleifmittel können aus Siliziumkarbidpulver bestehen.

1.6 Polieren mit magnetischen Schleifmitteln

Beim Magnetschleifpolieren werden magnetische Schleifmittel verwendet, um unter der Einwirkung eines Magnetfeldes eine Schleifbürste zu bilden, die das Werkstück schleift. Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Bearbeitungseffizienz, gute Qualität, einfach zu kontrollierende Bearbeitungsbedingungen und gute Arbeitsbedingungen aus.

Mit den geeigneten Schleifmitteln kann die Oberflächenrauheit Ra0,1μm erreichen.

2. Grundlegende Methoden des mechanischen Polierens

Bei der Bearbeitung von Kunststoffformen unterscheidet sich das erforderliche Polieren erheblich von dem in anderen Branchen erforderlichen Oberflächenpolieren. Streng genommen sollte das Polieren von Formen als Bearbeitung von Spiegelflächen bezeichnet werden.

Dies stellt nicht nur hohe Anforderungen an das Polieren selbst, sondern auch an die Ebenheit, die Glätte und die geometrische Genauigkeit der Oberfläche. Das Oberflächenpolieren erfordert im Allgemeinen nur eine blanke Oberfläche.

Die Normen für die Bearbeitung von Spiegeloberflächen sind in vier Stufen unterteilt: AO=Ra0.008μm, A1=Ra0.016μm, A3=Ra0.032μm, A4=Ra0.063μm. Da es für Methoden wie elektrolytisches Polieren und Flüssigkeitspolieren schwierig ist, die geometrische Genauigkeit der Teile genau zu kontrollieren, und die Oberflächenqualität von Methoden wie chemisches Polieren, Ultraschallpolieren und Magnetschleifpolieren nicht den Anforderungen entspricht, mechanisches Polieren wird hauptsächlich für die Spiegelflächenbearbeitung von Präzisionsformen verwendet.

2.1 Grundlegende Verfahren des mechanischen Polierens

Um einen hochwertigen Poliereffekt zu erzielen, sind hochwertige Polierwerkzeuge und Hilfsmittel wie Ölsteine, Schleifpapier und Diamantschleifpaste unerlässlich.

Die Wahl des Polierverfahrens hängt von der Oberflächenbeschaffenheit nach der vorherigen Bearbeitung ab, z. B. mechanische Bearbeitung, Funkenflug, Schleifen usw.

Die allgemeine Vorgehensweise beim mechanischen Polieren ist wie folgt:

(1) Grobpolieren

Die Oberfläche nach dem Fräsen, der Funkenbearbeitung, dem Schleifen usw. kann mit einer rotierenden Oberflächenpoliermaschine mit einer Geschwindigkeit von 35000-40000 U/min oder einer Ultraschallschleifmaschine poliert werden.

Zu den üblichen Methoden gehört die Verwendung einer Scheibe mit einem Durchmesser von Φ3 mm und WA#400, um die weiße Funkenschicht zu entfernen. Anschließend wird von Hand mit Ölsteinen geschliffen, wobei Streifenölsteine und Kerosin als Schmier- oder Kühlmittel verwendet werden.

Die allgemeine Reihenfolge der Verwendung ist #180~#240~#320~#400~#600~#800~#1000. Um Zeit zu sparen, entscheiden sich viele Formenbauer dafür, mit #400 zu beginnen.

(2) Semi-Feinpolieren

Beim halbfeinen Polieren werden hauptsächlich Schleifpapier und Kerosin verwendet. Die Reihenfolge der Schleifpapierkörnungen ist: #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000 ~ #1200 ~ #1500.

Das Schleifpapier #1500 ist nur für gehärteten Formstahl (52HRC und höher) geeignet, nicht aber für vorgehärteten Stahl, da es bei vorgehärteten Stahlteilen zu Oberflächenverbrennungen führen kann.

(3) Feinpolieren

Beim Feinpolieren wird hauptsächlich Diamantschleifpaste verwendet. Wird zum Schleifen eine mit Diamantschleifpulver oder Schleifpaste gemischte Poliertuchscheibe verwendet, so beträgt die übliche Schleiffolge 9μm (#1800) ~ 6μm (#3000) ~ 3μm (#8000).

Die 9μm-Diamantschleifpaste und das Poliertuchrad können verwendet werden, um die haarigen Schleifspuren zu entfernen, die das Schleifpapier #1200 und #1500 hinterlassen hat. Anschließend wird mit Klebefilz und Diamantschleifpaste in der Reihenfolge 1μm (#14000) ~ 1/2μm (#60000) ~1/4μm (#100000) poliert.

Polierprozesse mit Präzisionsanforderungen über 1μm (einschließlich 1μm) können in einem sauberen Polierraum in der Formenbauwerkstatt durchgeführt werden. Für präziseres Polieren ist ein absolut sauberer Raum erforderlich. Staub, Rauch, Schuppen und Speicheltröpfchen können die hochpräzise polierte Oberfläche, die nach mehrstündiger Arbeit erzielt wird, möglicherweise zerstören.

2.2 Zu beachtende Punkte beim mechanischen Polieren

Beim Polieren mit Schleifpapier sollten folgende Punkte beachtet werden:

(1) Das Polieren mit Schleifpapier erfordert die Verwendung von weichen Holz- oder Bambusstäben. Beim Polieren von kreisförmigen oder kugelförmigen Oberflächen können weiche Holzstäbchen die Krümmung der kreisförmigen und kugelförmigen Oberflächen besser ausgleichen.

Hingegen eignet sich härteres Holz wie Kirschbaumholz besser zum Polieren flacher Oberflächen. Die Enden der Holzstäbchen sollten so beschnitten werden, dass sie mit der Form der Oberfläche der Stahlteile übereinstimmen, wodurch verhindert werden kann, dass die scharfen Ecken der Holz- (oder Bambus-) Stäbchen die Oberfläche der Stahlteile zerkratzen.

(2) Beim Wechsel zu anderen Schleifpapiersorten sollte die Polierrichtung um 45° ~ 90° geändert werden. Dies ermöglicht die Unterscheidung der Streifenschatten, die von der vorherigen Schleifpapiersorte nach dem Polieren hinterlassen wurden. Vor dem Wechsel des Schleifpapiers muss die Polierfläche sorgfältig mit einer Reinigungslösung (z. B. Alkohol) abgewischt werden, wobei reine Baumwolle 100% zu verwenden ist.

Denn schon ein winziges Stückchen Kies, das auf der Oberfläche zurückbleibt, kann den gesamten nachfolgenden Polierprozess ruinieren. Dieser Reinigungsprozess ist auch wichtig, wenn man vom Sandpapierpolieren zum Polieren mit Diamantschleifpaste übergeht. Alle Partikel und das Kerosin müssen vollständig entfernt werden, bevor mit dem Poliervorgang fortgefahren wird.

(3) Um Kratzer und Verbrennungen auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden, muss beim Polieren mit Schleifpapier #1200 und #1500 besonders vorsichtig vorgegangen werden. Daher ist es notwendig, eine leichte Last aufzubringen und eine zweistufige Poliermethode für die Oberfläche zu verwenden. Für jede Art von Schleifpapier, die zum Polieren verwendet wird, sollten zwei Poliervorgänge in zwei verschiedenen Richtungen durchgeführt werden, wobei zwischen den einzelnen Richtungen eine Drehung von 45° bis 90° erfolgen sollte.

Beim Schleifen und Polieren mit Diamant sind folgende Punkte zu beachten:

(1) Diese Art des Polierens muss mit möglichst geringem Druck erfolgen, insbesondere beim Polieren von vorgehärteten Stahlteilen und bei Verwendung von feiner Schleifpaste. Beim Polieren mit der Schleifpaste #8000 wird üblicherweise ein Druck von 100~200g/cm2 verwendet, aber es ist schwierig, diesen Druck genau einzuhalten. Um dies zu erleichtern, kann der Holzstab mit einem dünnen und schmalen Griff versehen werden, z. B. durch Hinzufügen eines Kupferstücks, oder es kann ein Teil des Bambusstabs abgeschnitten werden, um ihn flexibler zu machen. Auf diese Weise lässt sich der Polierdruck besser kontrollieren, um sicherzustellen, dass der Druck auf die Formoberfläche nicht zu hoch ist.

(2) Bei der Verwendung von Diamantschleifern zum Polieren sollte nicht nur die Arbeitsfläche sauber sein, sondern auch die Hände des Arbeiters sollten sorgfältig gereinigt werden.

(3) Jeder Poliervorgang sollte nicht zu lang sein, je kürzer, desto besser. Wenn der Poliervorgang zu lange dauert, kommt es zu "Orangenhaut" und "Lochfraß".

(4) Um einen hochwertigen Poliereffekt zu erzielen, sollten Poliermethoden und -werkzeuge, die leicht Wärme erzeugen, vermieden werden. So kann zum Beispiel das Polieren mit einer Scheibe Wärme erzeugen, die leicht zu "Orangenhaut" führt.

(5) Nach Beendigung des Poliervorgangs ist es sehr wichtig, die Oberfläche des Werkstücks sauber zu halten und alle Schleif- und Schmiermittel sorgfältig zu entfernen. Anschließend sollte eine rostfreie Beschichtung auf die Oberfläche aufgesprüht werden.

3. Faktoren, die die Qualität des Polierens von Formen beeinflussen

Da das mechanische Polieren hauptsächlich manuell erfolgt, ist die aktuelle Poliertechnologie der Hauptfaktor, der die Qualität des Polierens beeinflusst. Darüber hinaus hängt es auch mit dem Material der Form, dem Zustand der Oberfläche vor dem Polieren und dem Wärmebehandlungsverfahren zusammen.

Hochwertiger Stahl ist eine Voraussetzung für eine gute Polierqualität. Wenn die Oberflächenhärte des Stahls ungleichmäßig ist oder die Eigenschaften unterschiedlich sind, treten häufig Schwierigkeiten beim Polieren auf. Verschiedene Einschlüsse und Poren im Stahl sind für das Polieren nicht förderlich.

3.1 Der Einfluss unterschiedlicher Härtegrade auf den Polierprozess

Eine Erhöhung der Härte erschwert das Schleifen, verringert aber die Rauheit nach dem Polieren. Mit zunehmender Härte nimmt die Polierzeit, die erforderlich ist, um eine geringere Rauheit zu erreichen, entsprechend zu. Gleichzeitig sinkt mit zunehmender Härte die Möglichkeit des Überpolierens.

3.2 Der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks auf den Polierprozess

Die Oberflächenschicht des Stahls wird durch die Hitze beschädigt, Eigenspannungoder andere Faktoren während des Bruchvorgangs bei der mechanischen Bearbeitung. Unsachgemäß Schnittparameter beeinträchtigt die Polierwirkung. Die Oberfläche nach der Funkenbearbeitung ist schwieriger zu schleifen als die Oberfläche nach einer normalen mechanischen Bearbeitung oder Wärmebehandlung.

Daher sollte vor dem Ende der Funkenbearbeitung ein Präzisions-Funkenabrichten durchgeführt werden, da sich sonst eine gehärtete dünne Schicht auf der Oberfläche bildet. Wenn das Präzisions-Funkenabrichten nicht richtig gewählt wird, kann die Tiefe der hitzebeeinflussten Schicht bis zu 0,4 mm betragen. Die Härte der gehärteten Dünnschicht ist höher als die Grundhärte und muss entfernt werden.

Daher ist es am besten, einen groben Schleifprozess hinzuzufügen, die beschädigte Oberflächenschicht gründlich zu entfernen, eine durchschnittlich raue Metalloberflächeund bieten eine gute Grundlage für den Polierprozess.

Chemisches Polieren ist für Gelegenheiten geeignet, bei denen die Polieranforderungen nicht hoch sind und das Material erhitzt werden muss. Mit der aktuellen Technologie, wenn die oben genannten drei Arten des Polierens verwendet werden können, verwenden Sie nicht chemische Polieren, weil die Wirkung des chemischen Polierens ist schlecht und die Gesamtkosten sind hoch.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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