Spiegelglatt mit ‚Härte 10’

von Hubert Winkler Die Oberflächengüte von Bauteilen entwickelt sich immer mehr zum wichtigsten Qualitätsmerkmal. Denn dass die Maße stimmen, davon geht man heute aus. Rauhtiefen von unter 1 µm sind daher oftmals Standardanforderung. Die innovativen Rollier- und Glättverfahren der Baublies AG in Renningen können die geforderten Oberflächengüten in hoher Geschwindigkeit besser und wirtschaftlicher herstellen als etwa Span abhebende Verfahren wie Honen oder Schleifen.

Hohen Anteil am Erfolg des Rollierens in vielen Glätt-Applikationen der industriellen Fertigung hat die Baublies AG. Seit 1968 entwickeln die Schwaben als eines der wenigen Unternehmen weltweit diese Technologie stetig fort. In Kombination mit fundierter technischer Beratung ist Baublies gefragter Problemlöser für seine Kunden – und das weltweit.

Wie umfangreich das Anwendungsspektrum und die Vorteile des Glattwalzverfahrens sind, verblüfft selbst gestandene Profis der Metallbearbeitungs-Branche. Eine breite Auswahl an Verfahren und Werkzeugen mit den unterschiedlichsten Einsatz- und Bearbeitungsparametern stehen zur Verfügung: von Einrollen-, Mehrrollen-, Sonder-, Diamant- oder Umformwerkzeugen bis zu Sonderwerkzeugen, wie zum Beispiel zur Bearbeitung von Stufenbohrungen, komplexen Außenkonturen, Kugeln oder Kegeln. Dabei wird die Oberfläche aber nicht nur geglättet, sondern durch Verfestigung auch verschleißfester.

Diamant als Werkzeug

Ein relativ junges Betätigungsfeld bei dieser Oberflächenbearbeitung ist die Hartbearbeitung bis jenseits 60 HRc mittels Diamantwerkzeugen (Diamant hat die Mohs’sche Härte 10) als Feinstbearbeitung nach dem Hartdrehen. Im Gegensatz zu den massiven Rollierwerkzeugen sind Werkzeuge zum Diamantglätten sehr filigran, kompakt und klein. Sie übertragen keine großen Kräfte. Das eigentlich wirksame Werkzeug ist ein glatter, polierter, eingelöteter Diamanteinsatz in der Spitze mit einem Kugelsegment. Der Radius wird dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst. Diese Kugel gleitet – immer gut geschmiert und gekühlt mittels Emulsion – über die zu glättende Oberfläche. Es ist eine gleitende Punktberührung mit einem definierten Anpressdruck. Zu hoher Druck oder Trockenlauf würde durch Reibungswärme den Diamanten zerstören. Diamanten sind nämlich hervorragende Wärmeleiter und geben Wärme sofort an die Lötstelle im Halter ab. Zug und Druck durch ungleiche Wärmeausdehnung würde den Diamanten zerreißen. Daher auch die Notwendigkeit ausreichender Wärmeabfuhr durch effektive Kühlung. Um die Reibung über den Anpressdruck zu begrenzen, ist der Diamantträger entweder gefedert gelagert, oder bei schlanken Haltern für die Innenbearbeitung von Bohrungen federt der Halter selbst.

Geringe Kräfte im Werkzeug

Obwohl der Flächendruck bei dieser Punktberührung ausreichend groß ist um sogar gehärtete Oberflächen auf Rz-Werte kleiner 1µm zu glätten, ist die effektiv wirksame Kraft auf Werkstück und Werkzeug doch so gering, dass auch dünnwandige Röhrchen beim Glätten nicht verformt werden. Damit ist dieses Werkzeug auch prädestiniert zum Einsatz in kleinen Langdrehern für kleine Durchmesser. Wichtig ist auch, dass der Kühlschmierstoff ausreichend gefiltert wird. Eine Filtration auf unter 40 µm Partikelgröße ist empfehlenswert. Zur Erzielung von Oberflächen unter Rz 1 im High-End-Bereich ist eine noch feinere Filtration allerdings notwendig.

Optische und technische Gründe

Die Anwendungen kommen aus einem breiten Spektrum. Angefangen mit optisch bedingten hochglänzenden Oberflächen bei Beschlägen, hochwertigen Schreibgeräten, hochwertigen Scheren für Friseure (die kosten schon mal eisgehärtet über 400 Euro) und Messingteilen für Sanitär oder Möbelgriffe, umfasst das Einsatzspektrum vor allem technische Bereiche. Dazu gehören Lagersitze, Dichtsitze, Wellen, Kolbenstangen, Pleuellager (die sind bekanntlich nicht rund sondern oval und konisch), Dichtungsteller, Ventilteller, Kegelsitze, Laufflächen von Radialwellendichtungen,...

Bisher lag die Grenze der Werkstofffestigkeit, die man mit Rollieren bearbeiten konnte, bei etwa 45 HRc. Die Oberfläche von Werkstoffen über 45 HRc konnte nur durch Schleifen oder Polieren aufgewertet werden. Schleifverfahren ergeben zwar eine geometrisch genaue Oberfläche sind aber bis zum Glanz sehr aufwändig. Polieren ergibt relativ schnell Glanz, bringt aber geometrisch ungenaue Ergebnisse. Der Vorteil der Diamant-Gleitwerkzeuge liegt nun darin, dass es bei Einhaltung der Toleranz der vorgesehenen Geometrie folgt und dabei gleichzeitig einen Spiegelglanz erzeugt. Die möglichen zu bearbeitenden Werkstofffestigkeiten können dabei 60 HRc überschreiten.

Beste Ergebnisse auch auf kleinen Maschinen

Im Vergleich etwa zu den Einrollen-Werkzeugen ist die Anforderung an die Steifigkeit und Stabilität der eingesetzten Bearbeitungsmaschine deutlich geringer. Konnte man bisher nur Werkstücke mit einer gewissen Eigensteifigkeit rollieren, so dient das Diamant-Glätten heute auch der Bearbeitung kleiner filigraner Bauteile – außen wie innen.

Die Durchmessergrenze nach unten bei der Innenbearbeitung mit diesem Verfahren liegt bei 6 bis 7 mm mit 1,5 bis 2 x D. Es kann aber auch eine Nummer größer sein: Zum Beispiel bei Einspritzpumpen, bei denen in einer Bohrung mit 30 mm Durchmesser in 300 mm Tiefe eine gehärtete Kante mittels Diamantwerkzeug geglättet werden konnten.

Bei Geometrien, die zwar rotationssymmetrisch aber weder plan noch zylindrisch sind, oder eine regelmäßige Steigung haben, wie zum Beispiel Ventilteller, hat Baublies auch eine Lösung. Ein von 0 bis 240 Grad verstellbares Werkzeug für die jeweils optimale Winkelstellung zur Bearbeitungsfläche.

Und sollte der Diamanteinsatz einmal Verschleiß zeigen, so kann man diesen leicht gegen einen neuen tauschen und den alten bei Baublies nachschleifen lassen. Auch kann man in den gleichen Werkzeugträger unterschiedliche Bearbeitungsradien einwechseln und damit das Werkzeug an unterschiedliche Aufgaben anpassen. Je nachdem, ob sie kleineren oder größeren Flächendruck erzeugen wollen oder kleinere oder größere Kräfte auf das Werkstück ausüben können. Stabile Wellen können sie mit großem Kugelradius und höherem Anstelldruck glätten. Dünne Röhrchen dagegen benötigen zwar hohen punktuellen Flächendruck mittels eines kleinen Radius, vertragen aber nur einen kleinen resultierenden Anstelldruck des Werkzeuges um Verformungen zu verhindern.W

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