Hydroerosives Bearbeitungsverfahren Präzision bis an die Kante

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Das patentierte hydroerosive Bearbeitungsverfahren (Hero) von Sonplas ist geeignet, um innenliegende Bohrungsverschneidungen effizient und prozesssicher zu entgraten und definiert zu verrunden. Mit dem Hero Precision Jet erweitert der Maschinenbauer diesen Ansatz gezielt auf Außenflächen und Kanten. Die Technologie ermöglicht eine wiederholgenaue Bearbeitung, verbessert die Oberflächengüte und schafft optimale Voraussetzungen für die nachgelagerte Beschichtung. Das steigert die Lebensdauer von Bauteilen deutlich.

„Die Anforderungen an die Kantenqualität industriell gefertigter Bauteile steigen kontinuierlich. Das gilt im Werkzeugbau, in der Medizintechnik oder auch in der Luft- und Raumfahrt“, sagt Andreas Kraus, Entwicklungstechniker bei Sonplas. „Gerade bei Werkzeugen wie Bohrern oder Fräsern sind deshalb reproduzierbare Verrundungen im Mikrometerbereich, verbesserte Oberflächen für nachgelagerte Beschichtungsprozesse sowie wirtschaftliche Lösungen für die Serienfertigung gefordert.“

Mit dem Hero Precision Jet hat Sonplas ein Verfahren entwickelt, das die hydroerosive Bearbeitung gezielt auf Außenflächen und Kanten erweitert. Ein Strahl aus einer individuell angepassten Suspension – bestehend aus Wasser oder Hydrauliköl und abrasive Partikel – wird mit exakt definierten Parametern auf das Bauteil gerichtet. Der Grad der Kantenverrundung kann über Druck und Bearbeitungszeit angepasst werden. Üblicherweise liegt der Druck bei 50 bis 150 bar. „Um den Strahl fokussiert zu halten, bleibt der Abstand der Düsen gering. Er liegt zwischen acht und 20 Millimetern“, beschreibt der Sonplas-Experte. Abhängig von der gewünschten Verrundung kann der Anwender die Einwirkzeit individuell auf das jeweilige Werkstück einstellen. Über den Düsenwinkel lassen sich Schneid- und Auslaufkanten gezielt unterschiedlich bearbeiten.

Statt das gesamte Bauteil zu bearbeiten, behandelt der Hero Precision Jet ausschließlich die funktional relevanten Kanten. Auch bei größeren Werkzeugdurchmessern geht es nur um die Schneiden, während die Nuten unbeeinflusst bleiben. Kraus: „Neben rotatorischen Bauteilen eignet sich das Verfahren auch für flächige und komplex geformte Werkstücke, sofern die relevanten Kanten für den Strahl zugänglich sind.“

Die Bewegung erfolgt in der Regel über einen Industrieroboter, der das Werkstück präzise an mehreren Strahldüsen vorbeiführt. Alternativ kann die Düse selbst am Roboter montiert werden, um etwa flächige und komplexe Geometrien gezielt abzufahren. Dadurch lassen sich verwinkelte oder schwer zugängliche Außenkonturen wiederholgenau bearbeiten.

Prozesssichere Verrundung im Mikrometerbereich

„Unser Hero Precision Jet erzielt Verrundungsradien von zehn bis 30 Mikrometern. Je nach Bauteil und Anwendung sind auch größere oder kleinere Radien möglich. Abhängig ist dies von Material, Geometrie und den Prozessparametern“, beschreibt Kraus. Der Anwender erhält eine gleichmäßige, definierte Kantenstruktur. Das ist insbesondere bei Werkzeugen und Funktionsbauteilen entscheidend.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Prozessstabilität: Für jedes Bauteil erstellt und speichert der Anwender einen Testplan mit den optimalen Bearbeitungsparametern. Beim Produktwechsel werden diese Daten automatisch geladen und damit wiederholgenaue Ergebnisse sichergestellt, ohne dass Personal eingreifen muss.

Automatisierung als zentraler Vorteil

„Wir haben das Maschinenkonzept konsequent auf die industrielle Serienfertigung ausgelegt“, erläutert Andreas Kraus. In einer realisierten Kundenanlage werden rotatorische Werkzeuge wie Bohrer und Gewindefräser in den Größen M2 bis M24 vollautomatisch bearbeitet. Ein Roboter greift, positioniert und bewegt das Bauteil. „Sie kann bis zu 400.000 Bauteile pro Jahr bearbeiten“, berichtet Kraus. „Abhängig ist dies vom Bauteilspektrum, von Einwirkzeiten oder Schichtbetrieb und davon, ob die Beladung manuell oder automatisch erfolgt.“ Hero Precision Jet eignet sich aber auch für flexible Laborprüfstände.

Je nach Werkstückgröße und dem gewünschten Verrundungsradius liegen die Taktzeiten zwischen etwa zehn und 120 Sekunden. Damit ist der Prozess deutlich schneller als viele alternative Verfahren, bei denen oft mehrere Minuten für die Bearbeitung erforderlich sind. Auch die Umrüstung gestaltet sich effizient: Während der Bediener den Robotergreifer in ein bis zwei Minuten wechselt, erfolgt die Verstellung der Strahldüsen automatisch über die vorab definierten Prozessparameter. Anwender sind damit sehr flexibel bei variierenden Bauteilen.

„Für eine stabile Prozessführung wird Hero Precision Jet kontinuierlich überwacht“, berichtet Kraus. „Erfasst werden u. a. Druck und Temperatur des Mediums, mittels Drehzahlüberwachung auch seine Qualität, dazu kommen der Verschleißzustand der Strahldüsen sowie Abstand und Winkel der Düsen zum Bauteil.“ Die Anlage zeichnet diese Parameter auf und ermöglicht so eine lückenlose Prozesskontrolle. Ergänzend sorgt eine nachgelagerte Spülstation dafür, dass das abrasive Medium restlos von sensiblen Bauteilen entfernt wird – ein wichtiger Aspekt für Anwendungen etwa in Medizintechnik oder Luftfahrt.

Bessere Beschichtbarkeit erhöht die Standzeit

Das Verfahren entfernt Grate gezielt, verbessert die Oberflächenqualität und sorgt für eine gleichmäßige Kantenstruktur. Das optimiert die Haftung von Beschichtungen. Kraus: „Weil diese in der Praxis seltener abplatzen, verlängert das die Standzeit der Werkzeuge erheblich. Diesen positiven Effekt bestätigen uns erste Rückmeldungen der Kunden.“

Aktuell wird Hero Precision Jet v. a. für Hartmetalle und Stähle eingesetzt. Aufgrund der Erfahrungen von Sonplas aus dem klassischen Hero-Prozess für innenliegende Bohrungsverschneidungen ist jedoch ein deutlich breiteres Materialspektrum möglich: Das reicht von Aluminium und Kunststoffen bis hin zu Keramiken, Titan oder Inconel. Entsprechend vielfältig lässt sich das Verfahren etwa im Präzisionswerkzeugbau, für Hydraulikkomponenten, in der Medizintechnik, der chemische Industrie oder auch in der Luft- und Raumfahrt einsetzen.

Aktuell bauen Kraus und sein Team einen Demonstrator auf, der bei Sonplas in der Forschung und Entwicklung zum Einsatz kommt. Der Maschinenbauer möchte damit als Lohnfertiger auch individuelle Anfragen bearbeiten können. „Unsere Kunden können damit den Prozess zunächst für ihre spezifischen Bauteile evaluieren, ohne direkt in eine eigene Anlage investieren zu müssen“, erläutert Kraus. Das eignet sich insbesondere für kleine Stückzahlen.

Die Entwicklung des Hero Precision Jet spiegelt einen generellen Trend wider: Etablierte Technologien aus der Automobilindustrie werden zunehmend auf neue Branchen übertragen. „Mit der Erweiterung auf die Bearbeitung von Außenkanten positionieren wir uns in einem Markt, in dem präzise, automatisierbare und skalierbare Lösungen gefragt sind und konventionelle Verfahren oft an ihre Grenzen stoßen“, sagt Kraus.

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