Oberflächenrauheit in der CNC-Fertigung

In dieser wettbewerbsorientierten Welt ist Perfektion das Wichtigste. Ein kleiner Fehler kann den Ruf von Produkten und Unternehmen schädigen. CNC-Maschinen bieten jedoch ein hohes Maß an Perfektion, das die Kunden zufriedenstellt. Die Oberflächenrauheit in der CNC-Fertigung ist etwas, das Präzision gewährleistet.

 

Einfach ausgedrückt ist die Oberflächenrauheit der entscheidende Faktor, der die Präzision steuert. Bevor Sie ein Produkt verwenden, sollten Sie dessen Oberflächenrauheit überprüfen. Sie fragen sich, was dieser Begriff bedeutet und wie man sie misst? Keine Sorge! In diesem umfassenden Artikel werde ich jeden Aspekt im Detail untersuchen. Also, legen wir los!

 

Übersicht über die Oberflächenrauheit in der CNC-Fertigung

Die Oberflächenrauheit ist das Maß für Unvollkommenheiten in den Produkten einer CNC-Maschine. Diese Unvollkommenheiten können in Form von Narben, Tälern oder Kurven auftreten. Diese Rauheit wird durch den Ra-Wert (Roughness Average) gemessen. Der Ra-Wert zeigt, wie stark ein Produkt von der idealen Perfektion abweicht.

 

Einfach ausgedrückt: Ein Produkt mit weniger Abweichung vom Idealpunkt hat weniger Mängel. Auf einer Rauheitsskala ist der perfekte Perfektionspunkt 0. Ich erkläre das anhand von Beispielen. Wenn ein Produkt einen Ra-Wert nahe 0 hat, z. B. 0,4, ist es weniger unvollkommen als ein Produkt mit einem Ra-Wert von 2,3.

 

Produkte mit höheren Abweichungen sind unvollkommen und müssen überarbeitet werden. Jeder Hersteller ist dafür verantwortlich, den Rauheitsgrad zu prüfen. Die Beschaffenheit des Werkzeugs oder Werkstücks führt zu unterschiedlichen Rauheitsgraden. Wenn beispielsweise die Schneidkanten von Werkzeugen nicht scharf sind, entsteht eine unebene Oberfläche.

 

Diese Oberfläche kann schwerwiegende Funktionsstörungen des Produkts verursachen. Darüber hinaus hängen Haltbarkeit, Glanz und Druck- und Temperaturbeständigkeit von der Oberflächenrauheit ab. Diese Rauheit ist jedoch mit bloßem Auge nicht erkennbar.

 

Das Produkt mag sehr klar und perfekt erscheinen, aber Unvollkommenheiten sind auf mikroskopischer Ebene erkennbar. Sie denken vielleicht, dass solche Unregelmäßigkeiten auf Mikroebene keine ernsthaften Probleme verursachen können. Da irren Sie sich, denn viele Anwendungen erfordern 100 % Präzision. Leichte Unvollkommenheiten verursachen Störungen.

 

Kurz zusammengefasst: Produkte mit einem niedrigeren Ra-Wert werden eher als präzise eingestuft. Auf der anderen Seite sind Produkte mit einem hohen Rw-Wert unvollkommen. Ihre Oberflächen werden weiter veredelt. Als Hersteller sollten Sie sich bei der Herstellung eines Produkts darauf konzentrieren, einen niedrigeren Ra-Wert zu erreichen.

 

Was sind typische Oberflächenrauheitsgrade für die CNC-Bearbeitung?

Wie ich oben erwähnt habe, zeigen Rauheitsgrade den Grad der Perfektion an. Verschiedene Produkte weisen während der Herstellung mehrere Oberflächenrauheitsgrade auf. Denken Sie daran, dass diese Rauheitsgrade in Mikrometern gemessen werden. Lassen Sie uns die Details jedes Grades untersuchen.

 

1- 3,2 µm Ra

 

Dies ist ein signifikanter Grad der Oberflächenrauheit. Produkte mit diesem Rauheitsgrad weisen Unvollkommenheiten in ihrer Verarbeitung auf. Sie haben beispielsweise unebene Oberflächen. Einige Hersteller übersehen dies bei Industrieteilen, bei denen keine glatte Oberfläche erforderlich ist. Sie können es als mittelschwere Rauheit betrachten. Da sie außerdem in Mikrometern angegeben wird, ist sie ohne Mikroskop nicht sichtbar.

 

1,6 μm Ra

 

Produkte mit 1,6 μm Ra sind viel glatter. Aber sie erfüllen immer noch nicht die ultimativen Glättekriterien. Im Vergleich zu 3,2 μm Ra liegt es nahe am idealen Perfektionspunkt, ist aber weit von anderen höheren Perfektionsstufen entfernt. Dieser Rauheitsgrad verbessert die Griffkraft. Sie können diese Oberflächenrauheit also ignorieren, wenn Ihr Produkt Griffigkeit benötigt.

 

0,4 μm Ra

 

Dies ist der höchste Perfektionsgrad der Oberflächenrauheit. Sie können sehen, dass er viel näher am idealen Perfektionspunkt liegt. Produkte mit 0,4 μm Ra haben glattere Oberflächen, mehr Glanz und ausgezeichnete Haltbarkeit. Das Erreichen dieses Perfektionsgrads ist kein einfaches Verfahren.

 

Es sind viele spezielle Endbearbeitungs- und Schneidwerkzeuge erforderlich. Dieser Grad an Glätte ist für Ihre medizinischen Geräte von entscheidender Bedeutung. Mit einem höheren Perfektionsgrad steigen auch die Produktpreise. Produkte mit 0,4 μm Ra sind teurer als Produkte mit einem Ra-Wert von 3,2 μm.

 

Arten von Oberflächenrauheit

 

Aufgrund von Unregelmäßigkeiten treten bei der CNC-Bearbeitung drei Arten von Oberflächenrauheit auf. Werfen wir einen Blick aus der Vogelperspektive auf jede Art.

 

• Welligkeit: Wie der Name schon sagt, tritt diese Art von Rauheit in Form großer Wellen auf. Die ständige Vibration der CNC-Bearbeitungsplattform verursacht diese Wellen. Bestimmte Parameter und Filter werden verwendet, um diese Rauheit zu reduzieren.
• Lage: Wenn Oberflächenrauheit in leitfähigen Linien auftritt, wird dies als Lage bezeichnet. Verschiedene Fräsvorgänge, d. h. Schleifen und Drehen, verursachen dieses Muster. Diese Linien können den Versiegelungsvorgang eines Produkts unterbrechen.
• Fehler: Fehler treten als Kratzer, Risse und Vertiefungen auf der Oberfläche eines Produkts auf. Sie verringern die Druckbelastbarkeit eines Produkts. Sie werden durch Fehlfunktionen eines CNC-Werkzeugs verursacht. Daher sind eine ordnungsgemäße Werkzeugprüfung und Fehlerbeseitigung für eine bessere Produktfunktion unerlässlich.

 

Wie wird die Oberflächenrauheit bei CNC-Maschinen gemessen?

Die Messung der Oberflächenrauheit ist eine komplexe Aufgabe. Sie wissen, dass diese Unvollkommenheiten zu gering sind, um sie mit herkömmlichen Methoden zu erkennen. Daher werden zur Untersuchung der Oberflächenrauheit Standardwerkzeuge und -techniken verwendet. Sind Sie bereit, diese Methoden zu erlernen? Lassen Sie uns eintauchen und sie genauer untersuchen.

 

1- Kontaktprofilometer

 

Ein Kontaktprofilometer verwendet ein nadelähnliches Werkzeug zur Messung der Oberflächenrauheit. Dieses Werkzeug wird als „Stift“ bezeichnet. Es sieht aus wie eine Nadel, ist aber schärfer und schmaler. Während des Messvorgangs bewegt sich der Stift über die Oberfläche der Produkte.

 

Er bewegt sich mit den Höhen und Tiefen auf der Oberfläche. Diese Nadel erstellt ein Profil, das den Experten hilft, diese Unvollkommenheiten zu messen. Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Nadel die Ästhetik des Produkts beeinträchtigen kann.

 

2- Optische Methoden

 

Bei der optischen Methode wird ein Laser oder Strahl zur Messung der Oberflächenrauheit verwendet. Wie funktioniert es? Ein Gerät erzeugt einen intensiven Lichtstrahl, der auf die Oberfläche des Produkts trifft. Es reflektiert das von Sensoren erfasste Licht.

 

Diese Sensoren sind mit Computern verbunden und zeigen ein präzises 2D-Bild von Kurven, Spitzen und Tälern. Ingenieure schätzen Ra-Werte von Tälern und Kurven, um die Oberflächenrauheit zu messen. Dies ist eine schnelle und genauere Methode, die jedoch nur für nicht reflektierende Produkte gilt.

 

3- Rasterkraftmikroskopie (AFM)

 

Dies ist die fortschrittlichste Methode zur Messung der Oberflächenrauheit. Sie können ihre Genauigkeit anhand der Erkennung von Unregelmäßigkeiten auf atomarer Ebene beurteilen. Wie ein Kontaktprofilometer verwendet es auch eine Nadel, die als Sonde bezeichnet wird. Was es jedoch von anderen unterscheidet, ist sein zusätzlicher Ausleger. Dieses kleine Werkzeug ist an der Sonde befestigt und sendet den Strahl aus, um die Unvollkommenheit auf dem Bildschirm zu reflektieren.

 

Wie misst es die Oberflächenrauheit? Die Sonde bewegt sich zur Oberfläche. Verschiedene Narben, Wellen und Täler beeinflussen das Glättungsmoment der Sonde. Der Ausleger scannt diese Unvollkommenheiten. Dieser Ausleger sendet Daten an einen Sensor, der ein 3D-Bild auf dem Bildschirm erzeugt. Mit der AFM-Methode wird eine Oberflächenrauigkeit von 0,4 μm erreicht.

 

Faktoren, die die Oberflächenrauheit bei der CNC-Fertigung beeinflussen

 

Bei der CNC-Bearbeitung tragen mehrere Faktoren zur Oberflächenrauheit bei. Das Verständnis dieser Faktoren ist notwendig, um ein höheres Maß an Genauigkeit zu erreichen. Darüber hinaus können Sie durch Kenntnis dieser Faktoren den Rauheitsgrad bereits im Vorfeld reduzieren. Im folgenden Abschnitt werde ich alle möglichen Faktoren kurz darlegen.

 

• Die Effizienz von CNC-Bearbeitungswerkzeugen beeinflusst die Gesamtoberflächenrauheit stark. Beispielsweise erzeugen Werkzeuge mit niedrigen Schnitt- und Schergeschwindigkeiten Vertiefungen und Narben auf der Oberfläche.
• Eine falsche Ausrichtung von Werkzeugen und Werkstücken erzeugt während des Bearbeitungsvorgangs unebene Oberflächen. Dies erhöht den Ra-Wert und macht das Werkstück unvollkommen.
• Verunreinigungen während der Bearbeitung verschlechtern die Oberfläche erheblich und führen zu einem rauen Produkt.
• Der Rauheitsgrad hängt auch vom Material des Werkstücks ab. Ein weicheres Material lässt sich leicht bearbeiten und weist weniger Unvollkommenheiten auf und umgekehrt.
• Schließlich erzeugen CNC-Maschinen in schlechtem Zustand, die Verschleiß und Vibrationen ausgesetzt sind, unregelmäßige Oberflächen.

 

Wie erreicht man die gewünschte Oberflächenrauheit bei der CNC-Fertigung?

 

Was ist, wenn Sie Ihr Produkt vorbereitet haben und es nicht präzise ist? Zweifellos schadet dies dem Ruf Ihres Unternehmens und verschwendet Ihre Zeit. Es ist jedoch nicht unmöglich, die gewünschte Oberflächenrauheit zu erreichen. Sie können sie leicht erreichen, wenn Sie einige Überlegungen beachten. Diese Überlegungen sorgen für Genauigkeit und sparen Zeit und Kosten. Lassen Sie uns diese im Folgenden besprechen.

 

• Es ist wichtig, die richtige Geometrie und Geschwindigkeit der Schneidwerkzeuge zu überprüfen. Stellen Sie sicher, dass das Werkzeug schnell genug ist, um das Werkstück in einer Runde zu schneiden.
• Stellen Sie sicher, dass die Materialien der Bearbeitungswerkzeuge robust genug für unterschiedliche Werkstückdicken sind. Die Verwendung des falschen Werkzeugmaterials beeinträchtigt die Glätte der Produkte.
• Verwenden Sie Schmiermittel für die Werkzeuge, um sie für die Bearbeitung effizient zu machen. Diese Schmiermittel verringern die Reibung und maximieren das Präzisionsniveau.
• Stellen Sie vor Beginn der CNC-Bearbeitung sicher, dass die Plattform des Werkstücks stabil ist. Sie erzeugt keine unerwünschten Vibrationen.
• Die Wartung der Werkzeuge ist entscheidend, um die gewünschte Oberflächenrauheit zu erreichen. Wenn Sie Verschleiß feststellen, ersetzen Sie diese Werkzeuge oder Teile. Diese defekten Teile beeinträchtigen den gesamten Bearbeitungsprozess enorm.

 

Häufig gestellte Fragen

 

Ist ein höherer Ra-Wert glatter?

Nein, ein höherer Ra-Wert bedeutet nicht, dass die Oberfläche glatter ist. Höhere Ra-Werte bedeuten eine größere Abweichung vom Standard-Perfektionsgrad.

 

Warum ist die Oberflächenrauheit notwendig?

Die Oberflächenrauheit ist wichtig, da sie angibt, wie langlebig ein Produkt ist. Darüber hinaus zeigt sie die Druck- und Temperaturbeständigkeit eines Produkts an. Daher können Sie ganz einfach das beste Produkt für Ihr Projekt auswählen.

 

Wie testen Sie die Oberflächenrauheit?

Zum Testen der Oberflächenrauheit werden verschiedene Parameter verwendet. Dazu gehören Laser, Kontaktprofilometer und Rasterkraftmikroskopie. Alle diese Instrumente kennzeichnen den Ra-Wert, der verschiedene Rauheitsgrade identifiziert.

 

Fazit

 

Die Messung der Oberflächenrauheit bei der CNC-Bearbeitung ist sehr wichtig. Sie gibt den Präzisionsgrad verschiedener CNC-bearbeiteter Produkte an. In diesem ausführlichen Artikel habe ich verschiedene Fragen zur Oberflächenrauheit geklärt. Beispielsweise hat die Oberflächenrauheit mehrere Stufen. Alle diese Stufen variieren aufgrund der Ra-Werte.

 

Ein Produkt mit einem höheren Ra-Wert weicht stärker vom idealen Präzisionspunkt ab. Daher sollte die Reduzierung des Ra-Werts von Produkten für Hersteller Priorität haben. Dies kann durch eine bestimmte Werkzeuggeometrie, ordnungsgemäße Wartung und die Verwendung von Schmiermitteln erreicht werden.