Oberflächengüte: die billigste Zeile auf der Zeichnung und die teuerste in der Fertigung
Ra 0,8 µm ist auf einer Zeichnung mit vier Zeichen geschrieben und kann den Preis eines Teils aus Nickellegierung um die Hälfte erhöhen. Das ist die häufigste vermeidbare Kostenposition auf den Zeichnungen, die wir sehen, noch vor der Toleranz und deutlich vor der Werkstoffwahl.
Was jede Oberflächengüte kostet
Grob gerechnet, bei sonst gleichen Bedingungen, bei Titan oder einer Nickel-Superlegierung:
| Ra | Wie sie erreicht wird | Relative Kosten |
|---|---|---|
| 6,3 µm | Gefräst, nur Schruppdurchgang | 0,8× |
| 3,2 µm | Normaler Schlichtdurchgang | 1,0× Basis |
| 1,6 µm | Sorgfältiges Schlichten, scharfe Werkzeuge | 1,1–1,3× |
| 0,8 µm | Feinschlichten, kontrollierter Werkzeugverschleiß | 1,4–1,8× |
| 0,4 µm | Sehr leichte Zustellungen oder Schleifen | 2–3× |
| 0,2 µm | Schleifen | 3–5× |
| 0,05 µm | Läppen oder Polieren | 5–10× |
Die Stufen verlaufen nicht linear, und beim Sprung von 0,8 auf 0,4 muss meist das Verfahren wechseln, statt nur langsamer zu werden.
Bei kaltverfestigenden Legierungen kommt ein zweiter Nachteil hinzu. Eine feine Oberfläche erfordert leichte Schnitte, und leichte Schnitte in Nickellegierungen bergen das Risiko, dass das Werkzeug drückt statt schneidet. Das verfestigt die Oberfläche und verschlechtert die Rauheit, siehe Kaltverfestigung in Superlegierungen. Eine feine Oberfläche an Inconel ist also nicht nur langsamer herzustellen, sondern auch technisch schwerer reproduzierbar zu erreichen, und diese Unsicherheit fließt in den Preis ein.
Was jedes Verfahren erreicht
| Verfahren | Praktischer Ra-Bereich |
|---|---|
| Fräsen, Schruppen | 3,2–12,5 µm |
| Fräsen, Schlichten | 0,8–3,2 µm |
| Drehen, Schlichten | 0,4–1,6 µm |
| Hartdrehen, CBN | 0,2–0,8 µm |
| Reiben | 0,8–1,6 µm |
| Rundschleifen | 0,1–0,8 µm |
| Flachschleifen | 0,2–1,6 µm |
| Honen | 0,05–0,4 µm |
| Läppen / Polieren | 0,012–0,1 µm |
| Drahterodieren | 0,8–3,2 µm |
Drehen erreicht bei gleichem Aufwand feinere Oberflächen als Fräsen, weil das Werkzeug ständig im Eingriff ist, statt bogenförmige Vorschubmarken zu hinterlassen. Wenn ein Merkmal gedreht statt gefräst werden kann, wird seine Oberfläche günstiger.
Der Fehler: eine pauschale Angabe
Ein Schriftfeld mit „alle Flächen Ra 0,8 µm, sofern nicht anders angegeben“ verlangt eine feine Oberfläche an jeder Fläche des Teils, einschließlich Rückseite, Seitenflächen, Spannflächen und Merkmalen, die nie jemand berühren wird.
Bei einem prismatischen Titangehäuse mit zwanzig Flächen kann das ein Dutzend unnötiger Schlichtdurchgänge bedeuten. An achtzehn davon funktioniert das Teil mit Ra 3,2 µm genauso.
Schreiben Sie es umgekehrt: eine grobe Allgemeinangabe und feine Oberflächen nur an den Flächen, die sie brauchen. Der Standard sollte das Günstige sein, die Ausnahme das Teure.
Wo sich eine feine Oberfläche tatsächlich lohnt
Dichtflächen. O-Ring-Nuten und Dichtungsflächen haben echte Rauheitsanforderungen, meist in einer Richtlinie des Dichtungsherstellers festgelegt. Verwenden Sie diesen Wert, keine Schätzung.
Gleit- und Lagerflächen. Wo eine Welle in einer Bohrung läuft oder eine Fläche gegen eine andere verschleißt.
Ermüdungskritische Flächen. Rauheit wirkt als Spannungskonzentration. Bei einem zyklisch belasteten Titanteil ist das eine echte technische Anforderung, keine kosmetische, und hier zählt auch die Randzonenbeschaffenheit, nicht nur die Rauheit.
Korrosionskritische Flächen. Eine raue Oberfläche an einem Teil aus Duplex- oder Nickellegierung hält Ablagerungen fest und löst Lochfraß aus.
Alles, was beschichtet wird. Die meisten Beschichtungen schreiben eine Rauheit des Grundwerkstoffs vor.
Sichtbare Designflächen, sofern das Teil sichtbar verbaut wird. Schreiben Sie dann aber „kosmetisch“, damit der Betrieb weiß, dass die Oberfläche durch Nachbearbeitung statt durch Zerspanung erreicht werden kann.
Was Sie über Ra hinaus angeben sollten
Ra ist ein Mittelwert, und zwei Oberflächen mit gleichem Ra können sich sehr unterschiedlich verhalten. Für kritische Flächen sollten Sie zusätzlich berücksichtigen:
Rz: gemittelte Rautiefe (Abstand von Spitze zu Tal). Erfasst einzelne tiefe Kratzer besser als Ra, und genau solche Kratzer lassen eine Dichtung meist versagen.
Rillenrichtung. Ob die Bearbeitungsriefen in Umfangs- oder Axialrichtung verlaufen, ist für Dichtungen und für die Ermüdung wichtig. Geben Sie sie dort an, wo es darauf ankommt.
Randzonenbeschaffenheit. Bei hartgedrehten oder stark bearbeiteten Teilen aus Superlegierungen kann der Zustand unter der Oberfläche wichtiger sein als die Rauheit. Wenn eine weiße Schicht (White Layer) oder Zugeigenspannungen ein Problem wären, schreiben Sie das dazu, und auch, wie es geprüft wird. Hartdrehen oder Schleifen behandelt das Risiko der weißen Schicht.
Ein praxistaugliches Muster für die Zeichnung
Allgemeine Oberflächengüte: Ra 3,2 µm. Bohrung Ø40 H7 und Fläche A: Ra 0,8 µm, Rillenrichtung umlaufend. O-Ring-Nut nach Zeichnung des Dichtungslieferanten, Ra 0,4 µm, Rz 3,2 µm max. Übrige Flächen: wie bearbeitet.
Vier Zeilen, und das Teil kostet, was es kosten sollte. Vergleichen Sie das mit einem pauschalen Ra 0,8 µm, das mehr kostet und weniger aussagt.
Referenz: Oberflächenrauheit.
Senden Sie die Zeichnung, und Sie erhalten binnen 24 Geschäftsstunden ein Angebot mit Preis. Wenn eine Rauheitsangabe Sie Geld kostet, ohne etwas zu bringen, steht das bereits in dieser ersten Antwort.