Kosten reduzieren und Produktivität erhöhen beim Kugelstrahlen

Shot Peening, auch als Verfestigungs- oder Kugelstrahlen bekannt, ist ein Kaltverfestigungsverfahren, bei dem eine Schicht mit Druckeigenspannungen erzeugt wird. Dieses Verfahren wird in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich eingesetzt. Es verbessert die Dauerfestigkeit von Bauteilen, indem es plastische Verformung durch den Aufprall von Kugeln (metallische, gläserne oder keramische Partikel) erzeugt.

Die Anwendungsbereiche umfassen Teile wie Federn, Antriebswellen, Kurbelwellen, Zahnräder, Pleuelstangen, Lenkungs- und Getriebeteile sowie Turbinenschaufeln. Durch Shot Peening kann das Bauteilgewicht bei gleicher mechanischer Belastbarkeit reduziert werden, was insbesondere im Bereich der E-Mobilität Vorteile bietet.

Energieverbrauch verringern durch Turbinen statt Druckluftdüsen

Um vorgegebene Druckeigenspannungswerte prozesssicher zu erreichen, erfolgt das Verdichtungsstrahlen klassischerweise mit Druckluft-Strahlanlagen, die einen hohen Energieeinsatz erfordern. Durch gezielte Weiterentwicklung bei Strahlturbinen lassen sich zahlreiche Anwendungen, für die bisher Druckluftdüsen erforderlich waren, inzwischen mit energiesparenden und effizienten Strahlturbinen umsetzen. Wesentliche Kriterien dabei sind die Bauteildimensionen, die geforderten Oberflächeneigenschaften und das Strahlmittel. Auf Basis dieser Informationen führt Rösler sowohl Strahlbild- und Prozesssimulationen als auch reale Strahlversuche in seinen Customer Experience Center (CEC) durch. Die Versuche erfolgen unter produktionsnahen Bedingungen. Dabei wird anhand von röntgendiffraktometrischen Auswertungen ermittelt, ob und mit welchen Strahlparametern sowie welchem Strahlmittel das geforderte Ergebnis erzielbar ist.

Durch eine gemeinsame Prozessoptimierung bei einem großen europäischen Automobilhersteller konnte bereits eine Energieeinsparung von 30 % und eine Steigerung der Strahlkapazität um 50 % erzielt werden. Aufgrund der positiven Erfahrung und der überzeugenden Ergebnisse sind bei diesem Kunden inzwischen vier mit Turbinen bestückte Shot Peening-Anlagen in Betrieb.  

Geringerer Anlagenverschleiß und höhere Produktivität

Optimierungspotenzial steckt häufig auch in der Überprüfung der verwendeten Strahlparameter. Perfekt eingestellte Prozessparameter, inklusive der Auswahl des optimalen Strahlmittels, gewährleisten hohe Bauteilqualität, geringen Anlagenverschleiß und somit niedrigere Betriebskosten der Strahlanlage. Reichen diese Maßnahmen bei vorhandener Technik nicht aus, kann ein Retrofit die richtige Lösung sein. Dies beinhaltet unter anderem die Aufrüstung der Anlage mit leistungsfähigeren Komponenten, beispielsweise stärkeren Turbinen, ebenso wie die Konstruktion von Werkstückaufnahmen für neue beziehungsweise veränderte Bauteile, inklusive einer Anpassung des Strahlbilds.

In allen Fällen sorgen Versuche im CEC sowie Ergebnisanalysen mittels Röntgendiffraktometrie, Überdeckungstests und bei Bedarf Messungen der Oberflächenrauheit sowie lichtmikroskopische Untersuchungen dafür, dass das geforderte Strahlergebnis sichergestellt werden kann. Ganz generell spielt das eingesetzte Strahlmittel eine wichtige Rolle für die Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Ob es für die jeweilige Anwendung optimal ist, lässt sich durch eine Strahlmittelanalyse feststellen.

Nass- oder trocken Kugelstrahlen

Das Verdichtungsstrahlen mit Druckluftdüsen kann in einem Nass- oder Trockenprozess erfolgen. Für das trockene Strahlen spricht unter anderem, dass höhere Strahlintensitäten möglich sind, ebenso lassen sich Teilbereiche an Werkstücken gezielt bearbeiten. Darüber hinaus können sowohl der Prozess als auch das Strahlmittel sehr genau überwacht werden. Zu den Vorteilen des Nassstrahlens zählen geringere Strahlmitteleinschlüsse sowie eine niedrigere Oberflächenrauheit. Der „sanftere“ Prozess ermöglicht außerdem die Bearbeitung von sehr dünnen Werkstücken. Es gibt also gute Gründe für jedes dieser Verfahren, aber insbesondere aus Wirtschaftlichkeits- und Qualitätsgesichtspunkten muss die Technologie zur jeweiligen Aufgabenstellung passen.

Da Rösler ein breites Spektrum an verschiedenen Anlagentypen und –verfahren hat, ist eine objektive Auswahl der am besten geeigneten Technologie gewährleistet. Die verschiedenen Maßnahmen zur Prozessanpassung und -optimierung einschließlich der Versuchs- und Analysemöglichkeiten sind so ausgelegt, dass Shot Peening-Anlagen auch unter veränderten Produktionsbedingungen über ihren gesamten Lebenszyklus prozesssicher betrieben werden können. Dabei werden auch die aktuellen Anforderungen an Energie- und Ressourceneffizienz sowie Wirtschaftlichkeit erfüllt.

Quelle und Vorschaubild: Rösler Oberflächentechnik GmbH