Drahtgeschnittene Fenster: Warum sind die Wände nicht rechtwinklig zu den Flächen?

Eine offene Halterungsplatte mit einem Drahtschnittfenster sieht eher nach einem Zeichnungsproblem als nach einem Prozessproblem aus, und beim Prozess geht es schief. Auftrag 260414004 kam im Oktober 2024 von einem Hersteller von Gestänge- und Strukturhalterungskomponenten, dessen vorheriger Lieferant Platten geliefert hatte, die auf der Werkbank korrekt maßen und in der Maschine versagten: Das Gegenstück passte ohne Klopfer nicht durch das aus Draht geschnittene Fenster oder saß locker genug darin, dass es klapperte, die Fensterwände standen nicht rechtwinklig zu den Bodenflächen, sodass das Teil schief hineinging, und die Platte hatte sich bei der Wärmebehandlung leicht verdreht, so dass sie auf der Halterung hin und her wackelte, anstatt flach zu liegen.

Die Platten auf den Fotos sind die Produktionsteile aus dem folgenden Auftrag: eine martensitische rostfreie Platte aus 1Cr17Ni2 mit einer Länge von etwa 240 mm, einer Breite von 60 bis 70 mm und einer Dicke von 10 bis 12 mm, mit einem großen, unregelmäßigen, aus Draht geschnittenen Fenster, einem Außenprofil mit gefrästen Stufen und einer abgerundeten Nabe, zwei präzisionsgebohrten Löchern, der Oberfläche beider Flächen ist satiniert geschliffen und das gesamte Teil wurde vergütet, damit es unter Last seine Form behält. Jede dieser Funktionen ist für sich genommen unkompliziert. Was die Platte schwierig macht, ist, dass das Fenster früh in der Sequenz geschnitten und spät fertiggestellt wird, sodass es alle nachfolgenden Arbeitsgänge durchläuft.

Was muss diese Platte leisten?

Vier Jobs, und die Reihenfolge muss rund um den letzten geplant werden.

Das Fenster lokalisiert ein passendes Teil. Das Teil bewegt sich durch die Öffnung oder sitzt darin, sodass die Größe des Fensters, seine Geradheit durch die Dicke und seine Rechtwinkligkeit zu den Bodenflächen gleichzeitig von Bedeutung sind. Ein Fenster mit korrekter Größe, aber nicht rechtwinklig zu den Flächen führt dazu, dass das Teil schief einläuft und an einer Ecke klemmt.

Die beiden gebohrten Löcher nehmen Stifte auf. Ihr Durchmesser und ihre Position entscheiden darüber, ob die Verbindung ausgerichtet ist, und ihre Position wird relativ zum Fenster und nicht zum Umriss der Platte gemessen, da die Verbindung zwischen dem Fenster und den Stiften funktioniert.

Die Gesichter sind der Bezugspunkt. Alles auf dieser Platte wird von einer geschliffenen Fläche aus gemessen, daher müssen die Flächen festgelegt werden, bevor die Löcher geschnitten werden, und sie dürfen sich danach nicht verschieben.

Der gehärtete Kern hält die Platte steif. Durch Abschrecken und Anlassen wird verhindert, dass sich ein 240-mm-Blech im Betrieb verbiegt, und es verhindert, dass sich die Fensterkanten nach einigen tausend Zyklen des Gegenstücks verformen.

Warum entscheidet die Reihenfolge des Schneidens, Härtens und Schleifens über das Ergebnis?

Das Fenster wird geschnitten, solange das Material noch weich ist

Das Drahtschneiden eines martensitischen Edelstahls bei voller Härte ist langsam, und je härter das Material, desto mehr hängt der Schnitt davon ab, dass der Draht über die gesamte Länge des Durchgangs perfekt ist. Bei einer 240-mm-Platte dauert der Schnitt sehr lange, und ein Drahtbruch in der Mitte eines gehärteten Fensters hinterlässt Spuren auf der Oberfläche, die nicht mehr nachgeschnitten werden können.

Die praktische Lösung besteht darin, das Fenster zu schneiden, während sich das Material noch in seinem weichen Zustand befindet. Der Schnitt erfolgt schnell, der Draht ist weniger belastet und ein langsamer Enddurchgang kann ohne das Risiko durchgeführt werden, das mit dem Schneiden von hartem Material einhergeht. Diese aus guten Gründen getroffene Entscheidung ist auch die Ursache des restlichen Problems: Die Fenstergeometrie durchläuft nun die Wärmebehandlung.

Durch die Wärmebehandlung wird die Platte bewegt und das Fenster mit

Das Abschrecken und Anlassen ist ein thermischer Zyklus, bei dem sich eine dünne Platte verzieht. Die Verzerrung zeigt sich eher in einer kleinen Drehung und einer Änderung der Ebenheit als in einer großen Bewegung, aber auf einer 240-mm-Platte reicht bereits eine kleine Drehung aus, um die Flächen aus der Ebene zu bringen und die Beziehung zwischen dem Fenster und den Flächen zu ändern, die als Bezug dienen sollten.

Das Fenster selbst behält seine eigene Größe einigermaßen gut, da das Material um es herum zurückhaltend ist. Was sich ändert, ist der Bezugsrahmen um ihn herum, der genau das ist, was der Kunde misst.

Durch das anschließende Schleifen der Flächen wird der Bezug wiederhergestellt

Das Flachschleifen beider Seiten nach der Wärmebehandlung ist der Vorgang, der die Platte wieder flach macht und dem Rest des Teils eine zuverlässige Referenz gibt. Durch diesen Vorgang wird auch das Teil verändert, an dem die Schlichtschnitte vorgenommen wurden, da beim Schleifen Material von beiden Seiten entfernt wird und die Platte dünner als das weichbearbeitete Teil wird.

Hier müssen Fenster und Gesichter in Einklang gebracht werden. Die Wände des Fensters werden durch das Schleifen nicht beeinträchtigt, wohl aber ihre Rechtwinkligkeit zu den Flächen, da es sich bei den Flächen um neue Oberflächen handelt. Eine Platte, deren Fenster senkrecht zu einer inzwischen abgeschliffenen Fläche geschnitten wurde, kann am Ende zu Wänden führen, die in sich gerade sind und nicht mehr senkrecht zur vom Kunden gemessenen Fläche.

Die Art und Weise, wie dies bei der Arbeit kontrolliert wird, ist die Reihenfolge der Endbearbeitungsvorgänge: Das Außenprofil und das Fenster werden im weichen Zustand aufgeraut und geschnitten, die Platte wird wärmebehandelt, die Flächen werden geschliffen und die Löcher, die genau sein müssen, werden zuletzt gerieben, nachdem die Flächen fertig sind. Nach dem Schneiden der Löcher darf nichts passieren, was die Geometrie der Platte verändert.

Die Federkante, an der eine geschliffene Fläche auf eine aus Draht geschnittene Wand trifft

Der Schnittpunkt einer geschliffenen Fläche und einer aus Draht geschnittenen Wand ist die heikelste Stelle in diesem Teil. Der Drahtschnitt hinterlässt an der Kante, an der er austritt, einen feinen Grat, und durch anschließendes Schleifen der Fläche kann diese Kante zu einer Feder gefaltet werden, die leicht in die Öffnung hineinhängt.

Es handelt sich um einen kleinen Defekt mit einem großen Symptom. Eine Federkante verändert die Größe des Fensters entlang der Wand nicht, sodass eine Messung in der Mitte der Öffnung korrekt ist und das Gegenstück beim Eintritt immer noch einrastet, da die effektive Öffnung genau an der Fläche, an der das Teil eintritt, verkleinert wurde. Das ist der Fehlermodus hinter einer Beschwerde, die besagt, dass das Fenster die richtige Größe hat und das Teil nicht reinpasst.

Die zwei kleinen Entscheidungen, die sich am fertigen Teil zeigen

Wohin das Drahtanfangsloch geht

Ein Drahtschnitt muss irgendwo beginnen, was bedeutet, dass ein Loch durch die Platte gebohrt werden muss, damit der Draht eingefädelt und das Stück freigeschnitten werden kann. Das Startloch wird vor dem Schnitt angebracht, daher ist seine Position eher eine Entscheidung als ein Zufall, und der übliche Fehler besteht darin, es dort zu platzieren, wo es für den Schnitt geeignet ist, und nicht dort, wo es für das Teil harmlos ist.

Auf dieser Platte wird das Startloch von den beiden Funktionsbohrungen, dem Vorsprung und den Flächen, die das Teil tragen, ferngehalten, so dass sich der hinterlassene Zeuge auf einer Oberfläche befindet, auf der nichts lokalisiert wird. Außerdem muss es so platziert werden, dass der Rohling, bei dem es sich bei einem Fenster dieser Größe um ein erhebliches Materialstück handelt, frei herausfällt, ohne auf den Schnitt zu fallen oder sich in der Öffnung zu verkeilen, wenn der Draht fertig ist.

Wie der Slug unterstützt wird

Da das Fenster groß ist, ist die Kugel schwer genug, um eine Rolle zu spielen. Wenn es nicht unterstützt wird, kann es sich verschieben, wenn der Schnitt fertig ist, den Draht einklemmen und brechen, und ein gebrochener Draht mitten im Enddurchgang ist eine Markierung auf einer Oberfläche, die gemessen und oft nachbearbeitet werden muss.

Die Antwort ist eine geplante Lasche: ein kleiner Steg, der im Schnitt verbleibt und den Rohling bis zum Abschluss des Vorgangs festhält und dann gezielt durchgeschnitten wird, wobei der Rohling von Hand entfernt wird. Die Alternative, die Schnecke fallen zu lassen, funktioniert bei kleinen Fenstern und nicht mehr bei großen.

Wie wurden die Teller Schritt für Schritt hergestellt?

Schritt 1 – Das Außenprofil aufrauen und Rohmaterial belassen

Die Platte wird aus 1Cr17Ni2-Material geschruppt, wobei das äußere Profil knapp geschnitten, aber nicht bearbeitet wird, so dass an den Flächen und am Profil Material verbleibt. Das Material auf den Flächen dient zum Schleifen, das nach der Wärmebehandlung erfolgt.

Schritt 2 – Fenster zuschneiden und Profil im weichen Zustand fräsen

Das Fenster wird drahtgeschnitten, während das Material frei geschnitten wird, mit einem Schruppdurchgang und einem Schlichtdurchgang, damit die Wände gerade und glatt werden, und das Außenprofil, die Stufen und der Vorsprung werden in derselben Phase gefräst, während das Material noch weich ist. Wenn Sie in diesem Zustand arbeiten, können die Schnitte präzise und schnell ausgeführt werden. Aus diesem Grund muss das Fenster später in der Sequenz erneut überprüft werden.

Schritt 3 – Abschrecken und Anlassen auf die Härte der Zeichnung

Das Blech durchläuft den vollständigen Abschreck- und Anlasszyklus, um ihm die für die Zeichnung erforderliche Festigkeit und Verschleißfestigkeit zu verleihen. Der Zyklus ist auch das größte Belastungsereignis, dem die Platte ausgesetzt ist, und die dadurch verursachte Verformung wird im nächsten Schritt behandelt und nicht verhindert.

Schritt 4 – Oberflächenschleifen beider Flächen in gleichmäßigen Durchgängen

Beide Seiten werden nach der Wärmebehandlung in gleichmäßigen Durchgängen oberflächengeschliffen, sodass die Platte flach mit gleichmäßiger Dicke und ohne Verdrehung herauskommt. Die beiden Flächen werden auf eine festgelegte Dicke geschliffen und dienen als Bezugspunkt für alles, was folgt.

Schritt 5 – Bohren Sie die beiden Löcher von den Bodenflächen aus

Nachdem die Flächen fertig sind, werden die beiden Löcher gerieben, sodass sie durch das Härten und Schleifen nicht verschoben werden können. Sie werden relativ zum Fenster positioniert, nicht zum Umriss der Platte, da dies die Beziehung ist, von der die Verknüpfung abhängt.

Schritt 6 – Überprüfen Sie, ob die Fensterwände rechtwinklig zu den neuen Flächen sind

In diesem Stadium wird das Fenster erneut vermessen, wobei die Platte auf einer geschliffenen Fläche aufliegt, sodass die Rechtwinkligkeit der Wände zu den Flächen anhand der vom Kunden verwendeten Oberflächen und nicht anhand der Oberflächen, aus denen der Schnitt hergestellt wurde, überprüft wird.

Schritt 7 – Entgraten Sie die Drahtschnittkanten, ohne die Wand abzurunden

Die Drahtschnittkanten werden in einem kontrollierten Durchgang entgratet, der den Grat und die Federkante entfernt, ohne die Wand abzurunden oder die Öffnung zu verändern. Dies ist bewusst der letzte Arbeitsgang am Fenster und wird von Hand mit einer Kontrolle an der Öffnung an der Vorderseite und nicht in der Mitte der Wand durchgeführt.

Schritt 8 – Gemeinsam Ebenheit, Dicke, Fenster und Löcher prüfen

Die Endkontrolle umfasst die Ebenheit und Dicke der geschliffenen Flächen, die Größe des Fensters und seine Geradheit durch die Platte, die Rechtwinkligkeit der Wände zu den Flächen, die Position der beiden gebohrten Löcher relativ zum Fenster und den Zustand der Kanten, an denen die Wände auf die Flächen treffen. Das Prüfen des Fensters, ohne es mit den Bodenflächen zu vergleichen, ist die Messung, die die gesamte in diesem Artikel beschriebene Fehlerklasse übersieht.

Was der 900-teilige Lauf gemessen hat

Neunhundert Platten wurden in 26 Tagen versandt, und der Kunde berichtete, dass das Gegenstück ohne zu klemmen lief, die Stifte frei in ihren Löchern liefen und die Platten flach auf der Halterung saßen.

Den Fehler haben wir bei unserem eigenen Probelauf gefunden

Unsere Testplatten bestanden die Fensterprüfung, passten aber immer noch nicht, und der Fehler lag in der Art und Weise, wie wir die Kanten verarbeitet hatten.

Jede Probeplatte wurde innerhalb der Fenstertoleranz gemessen, als wir die Öffnung in der Mitte der Wand gemessen haben. Als der Kunde das passende Teil einbaute, nahmen einige Platten das Teil mit einem Klopfer an der Eintrittsfläche, und das Schneiden einer der abgelehnten Platten zeigte, warum: Beim Entgratungsdurchgang war eine feine Feder von der Drahtschnittkante in die Öffnung an der Stirnfläche gerollt, und das Schleifen hatte dazu beigetragen, indem dieselbe Kante etwas weiter gefaltet wurde. Die Öffnung war dort, wo wir sie gemessen haben, korrekt und an der Stelle, an der das Teil eingeführt wurde, zu klein.

Drei Änderungen gingen in Produktion. Der Entgratungsdurchgang wurde auf einen kontrollierten Schnitt umgestellt, der den Grat entfernt, ohne die Kante zu rollen, und der Bediener prüft die Öffnung an beiden Seiten und nicht in der Wandmitte. Die Reihenfolge wurde verschärft, sodass nach dem Entgraten des Fensters kein Schleifen erfolgt, wodurch die zweite Möglichkeit zum Falten der Kante beseitigt wird. Und der erste Artikel jeder Charge wird jetzt mit einem passenden Teil ausgestattet, bevor die Charge freigegeben wird, denn ein Passformtest erfasst, was eine Größenprüfung nicht kann.

Zwischen dem Test und der Produktion verschwanden die Beanstandungen am Einstiegsgesicht, und die Größenprüfung und der Passformtest wiesen keine Meinungsverschiedenheiten mehr auf.

Drei Möglichkeiten zur Herstellung eines Präzisionsfensters in einer Hartplatte im Vergleich

In den ersten beiden Reihen gilt eine Regel, die es wert ist, klar zum Ausdruck gebracht zu werden: Die Innenecke, die ein Drahtschnitt hinterlassen kann, ist niemals scharf. Es beträgt ungefähr die Hälfte des Drahtdurchmessers plus Funkenstrecke, und eine Zeichnung, die eine scharfe Innenecke erfordert, wird mit einem Radius erstellt, ob jemand das zugibt oder nicht. Durch die Benennung des Radius in der Zeichnung und die entsprechende Entlastung des Gegenstücks wird verhindert, dass ein innerhalb der Toleranz liegendes Fenster bei der Montage abgelehnt wird.

FAQ

Warum verläuft ein aus Draht geschnittenes Fenster nicht rechtwinklig zu den Plattenflächen?

Denn das Fenster wird normalerweise früh geschnitten, während das Material noch weich ist, und die Flächen werden anschließend geschliffen, um die Verformung durch die Wärmebehandlung zu korrigieren. Die geschnittenen Wände sind an sich gerade, aber die Flächen sind quadratisch, da sie durch Schleifen ersetzt wurden. Daher muss die Beziehung erneut überprüft werden, indem die Platte auf einer geschliffenen Fläche sitzt und nicht aus dem Schnitt abgeleitet wird.

Kann ein aus Draht geschnittenes Fenster stattdessen nach dem Aushärten geschnitten werden?

Ja, und es ist die richtige Wahl für kleine Fenster und dünne Platten. Der Nachteil besteht in Zeit und Risiko: Das Schneiden von martensitischem Edelstahl bei voller Härte ist langsam, der Draht wird über die gesamte Länge des Durchgangs stärker belastet, und ein Bruch in der Mitte des Schnitts hinterlässt Spuren auf einer Oberfläche, die nicht erneut geschnitten werden kann. Wenn das Fenster groß ist und die Wände gerade sein müssen, ist der Zuschnitt im weichen Zustand und die anschließende Endbearbeitung die sicherere Methode.

Was ist die kleinste Innenecke, die ein Drahtfenster haben kann?

Sie wird durch den Drahtdurchmesser plus Funkenstrecke bestimmt, sodass ein Drahtschnitt keine scharfe Innenecke, sondern nur einen kleinen Radius erzeugen kann. Der in der Zeichnung zulässige Radius und die Aussparung am Gegenstück sollten zusammen angegeben werden, da ein Teil mit scharfen Ecken die Eckradien statt der Abflachungen berührt und sich wie eine Presspassung anfühlt, selbst wenn das Fenster innerhalb der Toleranz liegt.

Wie entgratet man eine Drahtschnittkante, ohne die Wand abzurunden?

Mit einem kontrollierten Durchgang, der Grate und etwaige Federkanten entfernt, ohne in die Wand einzuschneiden, und indem die Öffnung an den Stirnseiten und nicht in der Mitte der Wand überprüft wird. Der Fehler, den es zu vermeiden gilt, ist eine in die Öffnung an der Eintrittsfläche eingerollte Feder, da diese das Fenster entlang der Wand in Toleranz lässt und gleichzeitig die wirksame Öffnung genau dort verringert, wo das Gegenstück eintritt.

Was Sie auf Ihre Zeichnung setzen sollten

Sechs Linien verwandeln ein Drahtschneidefenster in ein Teil, das auf Anhieb funktioniert:

1. Geben Sie die Fenstergröße mit einer Toleranz an, die für die gesamte Dicke und nicht nur für einen Abschnitt gilt.
2. Geben Sie der genannten Bodenfläche die Rechtwinkligkeit der Wände an und benennen Sie diese Fläche als Bezugspunkt.
3. Geben Sie den Inneneckenradius an, den das Fenster haben darf, und geben Sie die entsprechende Aussparung am Gegenstück an.
4. Geben Sie die Position der gebohrten Löcher relativ zum Fenster und nicht zum Umriss an, da dies die Beziehung ist, die die Verbindung verwendet.
5. Geben Sie an, dass die Flächen nach der Wärmebehandlung geschliffen sind, und geben Sie die Dicke bei intaktem Fenster an.
6. Geben Sie den Kantenzustand an, an dem die Wände auf die Flächen treffen, und machen Sie deutlich, dass eine gerollte Kante nicht akzeptabel ist, selbst wenn die Bohrungen innerhalb der Toleranz liegen.

Ein aus Draht geschnittenes Fenster ist ein Element, das in einem Arbeitsgang hergestellt und in einem anderen fertiggestellt wird, mit einer Wärmebehandlung und einem Schleifvorgang dazwischen, und das Ganze hängt davon ab, dass dieser Ablauf geplant und nicht entdeckt wird. Machen Sie die richtige Reihenfolge und der Rest ist normale Arbeit: ein Fenster, das gerade durch die Platte bleibt, Wände, die rechtwinklig zu den Flächen sind, die der Kunde misst, und ein passendes Teil, das beim ersten Mal hineinpasst.