Oberflächenendbearbeitung

Typische Probleme bei der Oberflächenendbearbeitung und deren Lösung

Orangenhaut

"Orangenhaut"

Kavitäten und Kometenschweife

Kleinste Teilchen von der Oberfläche verursachen Kavitäten und "Kometenschweife"

Ungleiche Ebenheit zwischen angrenzenden Metallen

Ungleiche Ebenheit zwischen angrenzenden Metallen - manchmal auch "Relief" genannt

verschwommenen Grenzflächen zu benachbarten Metallen

Verwaschene Oberflächen oder Schmieren von Metallen führen zu verschwommenen Grenzflächen zu benachbarten Metallen

Orangenhaut

Gehen wir davon aus, dass Sie keine Linien im Werkstück und eine sehr hohe Oberflächengute haben, aber das Teil sieht wie eine verchromte Orangenhaut aus! Damit sind wir beim größten Problem. Die Orangenhaut wird fast immer durch die Überbeanspruchung des Stahls beim Polieren verursacht, also durch zuviel Polieren.

Früher wurden die meisten Hochglanzpolituren per Handläppen mit Holzstäben und Filzen erzeugt. Die Gefahr der Überbeanspruchung war vernachlässigbar. Heutzutage kann sich keine Werkstatt den Zeitaufwand für das manuelle Läppen leisten und daher müssen wir zu mechanischem Polieren übergehen. Mit dem Einsatz von Poliermaschinen ist es sehr einfach, Druck anzuwenden und zu schnell zu arbeiten und so die Stahloberfläche zu überbeanspruchen.

Wenn ein Polierer es mit einem schlimmen Fall von Orangenhaut zu tun hat, ist die erste Reaktion, den Stahl dafür verantwortlich zu machen. Zusätzliches Pitting (Grübchenbildung) bestärkt dann noch den Verdacht auf schlechte Stahlqualität. Aus diesem Grund haben die Stahlunternehmen großen Aufwand in die Erforschung dieses Problems gesteckt. Anhand der Forschungsergebnisse und Erfahrungen mit diversen Formstählen wurden die folgenden Informationen über die Ursachen der Orangenhaut zusammengestellt.

Nahezu jede Arbeit an einem Stahlblock beansprucht letzteren. Herkömmliche maschinelle Bearbeitung stellt eine starke Belastung dar. Dies gilt auch für Funkenerodieren und Schleifen. Bearbeitung mit Carbid und Keramik bedeutet eine enorme Belastung. Unter normalen Arbeitsbedingungen wird der Block kaum je spannungsfrei sein, bevor Sie ihn zum Polieren erhalten und so besteht schon von Anfang an ein Handicap.

Die Oberfläche jeder Art von Formstahl besitzt eine bestimmte Dehngrenze. Diese Fläche bewegt sich wie Plastik unter Ihrem Polierwerkzeug. Wenn Sie sie nicht über ihre Dehngrenze hinaus bewegen, wird sie wieder zu ihrer Ausgangsposition zurückgehen. Wenn Sie die Fläche über die Dehngrenze hinaus beanspruchen, bleibt sie in dieser Position und Sie haben kleine Wellen in der Oberfläche erzeugt. Wenn Sie den Stahl weiter bearbeiten, reißen Sie die Spitzen dieser Wellen ab und erzeugen Mulden. Selbst wenn Sie die Mulden nach dem Polieren nicht sehen, können sie beim Einsatz der Form aufgrund der beteiligten Spannungen auftreten und werden mit Sicherheit beim Nachpolieren nach der Fertigung sichtbar. Wenn die Orangenhaut nicht zu ausgeprägt ist, kann das Pitting ausbleiben.

Bei der Fertigung ist es nahezu unmöglich, beim mechanischen Polieren einer Form keine Orangenhaut zu erzeugen. Beachten Sie, dass es schlimmer wird, wenn Sie in Zeitnot sind und zu viel Druck und eine zu hohe Geschwindigkeit mit Ihrem Polierwerkzeug anwenden. Sie werden feststellen, dass je härter der zu polierende Stahl ist, desto geringer ist das Risiko, Orangenhaut zu erzeugen. Je härter der Stahl ist, desto höher liegt die Dehngrenze und desto mehr Polierdruck kann angewendet werden, bevor es zu Wellenbildung und Abreißen kommt.

Formstahl mit einer Rockwell-Härte in den unteren Dreißigern wird Polierfehler eher verkraften als ein Stahl mit einer Rockwell-Härte in den mittleren Fünfzigern. Beim Polieren von weichem Stahl muss man seine Bürsten und Filze genau im Auge behalten, um sicherzugehen, dass Geschwindigkeit und Druck niedrig gehalten werden. Der Polierer muss ebenfalls die Oberfläche genau beobachten und möglichst bald zum nächsten Schritt übergehen.

Als die rostfreien Stähle im Formenbau immer beliebter wurden, erhielten die Stahlunternehmen zahlreiche Beschwerden wegen der Grübchenbildung beim Polieren. Die Kunden glaubten, sie würden schlechte Stahlqualität erhalten. Es stellte sich stets heraus, dass es am übermäßigen Polieren lag. Rostfreier Stahl reagiert sehr empfindlich auf Druck beim Polieren. Die Oberfläche bewegt sich schnell und bildet leicht Mulden. Bei entsprechender Sorgfalt kann jedoch beides schnell und mit schönem Ergebnis aufpoliert werden.

Ein weiterer Grund für Orangenhaut

Ein weiterer Grund für Orangenhaut ist die Überhitzung bei der Wärmebehandlung Laut einer Information der Crucible Steel Company behält Stahl, der bei der Wärmebehandlung überhitzt wird, noch geringe Mengen Austenit in seinem Gefüge anstatt ihn vollständig in Martensit umzuwandeln. Austenit ist weicher als Martensit und daher ist mit harten und weichen Flächenbereichen die Wellenbildung oder Orangenhaut geradezu vorprogrammiert.

Dies erklärt, warum Polierer auch einmal an ein Stahlteil geraten werden, das auf jeden Fall eine Orangenhaut bekommt, unabhängig davon wie vorsichtig man poliert. Manchmal kann man die Bildung sogar bei der Bearbeitung des Blocks mit Schleifstein beobachten. Offensichtlich verschleißen die weichen Bereiche schneller unter dem Stein und die Wellen zeigen sich schon früh. Sie können diesen Block manuell bearbeiten und eventuell retten, aber er wird nie sehr gut sein.

Was macht man bei Orangenhaut

Es gibt eine Reihe von Dingen, die Sie versuchen können, um die Situation zu beheben. Sie können zurückgehen auf Korn 600 und die Verwerfung herausarbeiten. Oberflächliches Schleifen allein wird nicht ausreichen. Sie müssen ausreichend Zeit in das Schleifen investieren, um unter die Wellen zu gelangen. Dann erneutes Polieren, wobei Sie diesmal sehr vorsichtig mit dem Druck, der Geschwindigkeit und der Schleifmittelmenge auf dem Block sind. Sie können die Oberfläche verbessern, aber Sie werden die Orangenhaut kaum je beseitigen können. Manchmal wird es auch noch schlechter als zuvor. Das Bestmögliche, was Sie tun können, wenn Sie unbedingt die Orangenhaut entfernen wollen, ist ein sorgfältiges erneutes Schleifen mit Korn 600, wobei Sie sicherstellen müssen, dass keine Mulden übersehen werden und dann den Stahl spannungsfrei machen. Dies sollte bei ca. 38°C erfolgen; unterhalb der Anlasstemperatur des Stahls, so dass der Block nicht ausglüht.

Anschließend wird der Block mit Schleifstein Korn 600 nachgeschliffen, die Linien mit Nassschleifpapier Korn 600, und mit Diamantpaste poliertwie zuvor beschrieben, wobei diesmal vorsichtiger vorzugehen ist, um den Polierdruck auf ein Minimum zu begrenzen. Keine Bearbeitungsschritte überspringen und darauf achten, nicht mehr Zeit als nötig bei jedem Schritt zu verweilen, wodurch die Gesamtpolierbelastung des Blocks verringert wird.

Rt (μm) Rz (μm) CLA Ra (μm) CLA Ra (μ”) RMS RMS
(μm) (μ”)
0.06 0.03 0.006 0.2 0.007 0.2
0.08 0.04 0.008 0.3 0.009 0.3
0.1 0.05 0.01 0.4 0.011 0.4
0.12 0.06 0.012 0.5 0.013 0.5
0.15 0.08 0.015 0.6 0.018 0.7
0.2 0.1 0.02 0.8 0.022 0.9
0.25 0.12 0.025 1 0.027 1.1
0.3 0.15 0.03 1.2 0.033 1.3
0.4 0.2 0.04 1.6 0.044 1.8
0.5 0.25 0.05 2 0.055 2.2
0.6 0.3 0.06 2.4 0.066 2.6
0.8 0.4 0.08 3.2 0.088 3.5
0.9 0.5 0.1 4 0.11 4.4
1 0.6 0.12 4.8 0.13 5.2
1.2 0.8 0.15 6 0.18 7.2
1.6 1 0.2 8 0.22 8.8
2 1.2 0.25 10 0.27 10.8
2.5 1.6 0.3 12 0.33 13.2
3 2 0.4 16 0.44 17.6
4 2.5 0.5 20 0.55 22
5 3 0.6 24 0.66 26
10 6 1.2 48 1.3 52
15 10 2.5 100 2.7 108
30 20 5 200 5.5 220
50 40 10 400 11 440
100 80 20 800 22 880
200 160 40 1600 44 1760
400 320 80 3200 88 3500