Anwendung finden diese Formen in unterschiedlichen Branchen wie der Medizintechnik oder der Automobilindustrie. Die Bearbeitung der Formoberflächen bis zur Strich-, Glanz- oder sogar Hochglanzpolitur findet dabei bis heute manuell statt. Dies ist sehr zeit- und vor allem kostenintensiv und in jedem Fall abhängig von dem Geschick und der Erfahrung des Mitarbeiters. Da das Polieren zumeist den letzten Schritt in der Prozesskette zur Herstellung von Werkzeugen und Formen darstellt, sind mögliche Fehler in der Oberfläche kritisch. Eine systematische Erfassung auftretender Fehler, deren Auswirkungen und die Erklärungen für ihr Entstehen sowie deren Vermeidungsstrategien, sind bisher nicht bekannt.
Die Endbearbeitung eines Werkzeugs kann bis zur Hälfte der Gesamtfertigungsdauer in Anspruch nehmen. Dies entspricht unter deutschen Lohnverhältnissen zirka 15 Prozent der Herstellungskosten. Um konkurrenzfähig gegenüber Niedriglohnländern zu bleiben, muss der überwiegend klein- und mittelständisch geprägte Werkzeug- und Formenbau kürzere Lieferzeiten bei ständig steigenden Anforderungen an Form- und Oberflächenqualität einhalten. Dies kann in Zukunft nur mit Hilfe einer (teil-) automatisierten Endbearbeitung (Unterstützung des manuellen Bearbeiters bei bis zu 80 Prozent der Tätigkeiten) und dem dazugehörigen Prozessverständnis umgesetzt werden.
Definitionen des Polierens
Nach DIN 8589 ist Polieren kein eigenständiges Fertigungsverfahren und wird nur in Verbindung mit anderen Verfahren wie Polierschleifen, Polierhonen oder Polierläppen eingesetzt. Sucht man nach Beschreibungen in Lehrbüchern oder im Internet, findet man die unterschiedlichsten Formulierungen für den Vorgang des Polierens:
- „Beim Polieren werden Abrasivpartikel, die in einem zumeist flüssigen Medium fein dispergiert vorliegen, über eine Oberfläche geführt. Die Zerspanung wird dabei durch eine Überlagerung chemischer und mechanischer Wirkmechanismen erreicht.“
- „Polishing is the process of creating a smooth and shiny surface by rubbing it or using a chemical action, leaving a surface with a significant specular reflection.“
- „Polieren bedeutet Gegenstände oder Flächen mit einem weichen Tuch oder einer weichen Bürste nach dem Reinigen abreiben, damit sie glänzen.“
Dies zeigt, dass es für den Begriff des Polierens keine einheitliche Definition gibt. Auch unterschiedliche Polierstufen (Strichpolitur, Glanz oder Hochglanz) unterliegen im Werkzeug- und Formenbau der subjektiven Bewertung des Bearbeiters. Aus diesem Grund kommt es oft zu Streitfällen bis hin zu Gerichtsverfahren zwischen Stahlherstellern, Polierfachbetrieben und kunststoffverarbeitenden Betrieben. Das Fraunhofer IPT hat in Zusammenarbeit mit der schwedischen Universität Halmstad, die ebenfalls in dem Bereich des Stahlpolierens arbeitet als Ergebnis vieler Polierversuche eine Defekttabelle erstellt, die einen ersten Schritt darstellt, ein einheitliches Vokabular im Polierbereich zu formulieren.
Auf Basis dieser Klassifizierung und Polierversuche vieler Stahlsorten vorrangig für den Kunststoffspritzguss wurden erste Polierstrategien formuliert,
die in Form einer Homepage unter
„www.polierstrategien.de“ eingesehen werden können. Diese Grundlagen helfen ein Prozessverständnis aufzubauen, welches in Zukunft für die Entwicklung von automatisierten Poliersystemen unumgänglich ist.
Zukunftsperspektive:
Automatisiert Polieren
Grundlegende Ziele für die automatisierte Polierbearbeitung sind:
- Entwickeln von robusten und reproduzierbaren Prozessstrategien
- Fehlervermeidung
- Reduzieren der Polierzeit
- Unterstützen des manuellen Polierers (Automatisierung bis zu 80 Prozent)
Viele manuelle Polierabläufe führt der Bearbeiter mit Hilfe seiner Sinne reaktiv aus. Erfahrungen und Prozessstrategien sind in seinem Gehirn gespeichert und die Kraftregelung sowie die Bahnplanung werden durch die Bewegung der Hand ausgeführt. Eine Qualitätskontrolle erfolgt visuell. Bei der Automatisierung des Polierprozesses müssen diese komplexen Prozesse, die der manuelle Polierer intuitiv ausführt, genau verstanden und erfasst werden. In verschiedenen Forschungsprojekten am Fraunhofer IPT werden das Prozessverständnis des manuellen Poliervorgangs, die Automatisierung der Feinbearbeitungsprozesse und die Qualifizierung der bearbeiteten Oberfläche vorangetrieben. Ein Beispiel hierfür ist das europäische, öffentlich geförderte Projekt „Polimatic“ mit dem Titel „Automated Polishing for the European Tooling Industry“.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Qualifizierung eines integrierten Fertigungssystems für die automatisierte Polierbearbeitung komplex geformter Werkzeuge aus Stahl für den Werkzeug- und Formenbau, das Reduzieren des hohen manuellen, lohnintensiven Aufwands und der hohen Abhängigkeit des Polierergebnisses von der Erfahrung des Bearbeiters.
Dies wird mit Hilfe eines 6-Achs Knick-Arm-Roboters und traditioneller Fertigungsverfahren (rotatorische und translatorische Werkzeugbewegung) umgesetzt. Auf dem Roboter werden Prozess-Strategien für die automatisierte Bearbeitung (Werkzeuge, Parameter, Bahnführung) erzeugt inklusive eines In-Prozess-Mess-Systems zur Messung der Oberflächengüte. Zusätzlich wird in diesem Projekt ein CAM-Modul zur Offline-Programmierung und -Optimierung der Polierbahnen und zur anwenderfreundlichen Nutzung des Roboters entwickelt. Basierend auf den oben genannten manuellen Polierstrategien wurden bereits Prozessuntersuchungen an Demonstratorbauteilen erfolgreich durchgeführt.
