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Polierverfahren für Kunststoffformen

Mechanisches Polieren

Mechanisches Polieren ist ein Verfahren, das auf dem Abtragen und der plastischen Verformung der Materialoberfläche beruht, um die erhabenen Stellen zu entfernen und eine glatte Oberfläche zu erzielen. Üblicherweise werden Ölpolierscheiben, Wollscheiben, Schleifpapier usw. verwendet, wobei die manuelle Bearbeitung die gängigste Methode ist. Auch spezielle Bereiche wie rotierende Körper können bearbeitet werden. Mithilfe von Hilfsmitteln wie Drehtellern lässt sich für besonders anspruchsvolle Oberflächenqualitäten Ultrapräzisionspolieren einsetzen. Dabei werden spezielle Schleifwerkzeuge in einer Schleifmittel enthaltenden Polierflüssigkeit mit hoher Drehzahl auf die Werkstückoberfläche gepresst. Mit dieser Technologie lässt sich eine Oberflächenrauheit von Ra 0,008 μm erreichen, die höchste unter den verschiedenen Polierverfahren. Optische Linsenformen werden häufig mit diesem Verfahren bearbeitet.

Chemisches Polieren

Beim chemischen Polieren werden die mikroskopisch erhabenen Bereiche der Materialoberfläche im chemischen Medium bevorzugt aufgelöst, während die vertieften Bereiche weniger dicht sind. Dadurch entsteht eine glatte Oberfläche. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es keine komplexe Ausrüstung erfordert, Werkstücke mit komplexen Formen bearbeiten kann und die Bearbeitung vieler Werkstücke gleichzeitig mit hoher Effizienz ermöglicht. Die zentrale Herausforderung beim chemischen Polieren ist die Herstellung der Polierflüssigkeit. Die so erzielte Oberflächenrauheit liegt üblicherweise im Bereich von einigen 10 µm.

Elektrolytisches Polieren

Das Grundprinzip des elektrolytischen Polierens entspricht dem des chemischen Polierens: Durch selektives Auflösen kleinster Oberflächenunebenheiten wird die Oberfläche geglättet. Im Vergleich zum chemischen Polieren entfällt die Kathodenreaktion, wodurch ein besseres Ergebnis erzielt wird. Der elektrochemische Polierprozess gliedert sich in zwei Schritte: (1) Makroskopisches Glätten: Die gelösten Produkte diffundieren in den Elektrolyten, und die geometrische Rauheit der Materialoberfläche verringert sich (Ra > 1 µm). (2) Glätten bei schwachem Licht: Anodenpolarisation verbessert die Oberflächenhelligkeit (Ra < 1 µm).

Ultraschallpolieren

Das Werkstück wird in die Schleifmittelsuspension eingetaucht und anschließend in ein Ultraschallfeld eingebracht. Durch die Schwingungswirkung des Ultraschalls wird das Schleifmittel von der Werkstückoberfläche abgetragen und poliert. Die Ultraschallbearbeitung arbeitet mit geringen makroskopischen Kräften und verursacht keine Verformung des Werkstücks. Die Herstellung und Montage der Werkzeuge gestaltet sich jedoch schwierig. Die Ultraschallbearbeitung kann mit chemischen oder elektrochemischen Verfahren kombiniert werden. Bei der Lösungskorrosion und Elektrolyse wird die Lösung durch Ultraschallvibrationen gerührt. Dadurch trennen sich die gelösten Produkte von der Werkstückoberfläche, und die Korrosion bzw. die Elektrolytverteilung in Oberflächennähe wird gleichmäßig. Der Kavitationseffekt des Ultraschalls in der Flüssigkeit hemmt zudem den Korrosionsprozess und fördert die Oberflächenglättung.

Flüssigpolieren

Beim Flüssigkeitspolieren wird die Werkstückoberfläche durch eine schnell fließende Flüssigkeit und die darin transportierten Schleifpartikel gereinigt. Gängige Verfahren sind beispielsweise das Abrasivstrahlpolieren, das Flüssigkeitsstrahlpolieren und das hydrodynamische Schleifen. Beim hydrodynamischen Schleifen wird das flüssige Medium mit den Schleifpartikeln durch hydraulischen Druck mit hoher Geschwindigkeit über die Werkstückoberfläche hin und her bewegt. Das Medium besteht hauptsächlich aus speziellen Verbindungen (polymerähnlichen Substanzen) mit guter Fließfähigkeit unter niedrigem Druck und ist mit Schleifmitteln vermischt. Als Schleifmittel kann beispielsweise Siliciumcarbidpulver verwendet werden.

Magnetisches Schleifen und Polieren

Beim magnetischen Schleifen werden magnetische Schleifmittel unter Einwirkung eines Magnetfelds zu Schleifbürsten geformt, um das Werkstück zu bearbeiten. Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Bearbeitungseffizienz, gute Qualität, einfache Steuerung der Bearbeitungsbedingungen und gute Arbeitsbedingungen aus. Mit geeigneten Schleifmitteln kann eine Oberflächenrauheit von Ra 0,1 µm erreicht werden. 2. Mechanisches Polieren basierend auf diesem Verfahren: Das Polieren von Kunststoffformen unterscheidet sich deutlich von dem in anderen Branchen üblichen Oberflächenpolieren. Genau genommen handelt es sich beim Polieren von Formen um Hochglanzpolitur. Es stellt nicht nur hohe Anforderungen an den Polierprozess selbst, sondern auch an die Ebenheit, Glätte und geometrische Genauigkeit der Oberfläche. Bei herkömmlichem Oberflächenpolieren genügt in der Regel eine glänzende Oberfläche. Die Standards für die Hochglanzpolitur sind in vier Stufen unterteilt: A0 = Ra 0,008 µm, A1 = Ra 0,016 µm, A3 = Ra 0,032 µm, A4 = Ra 0,063 µm. Verfahren wie das elektrolytische Polieren und das Flüssigpolieren erschweren die präzise Kontrolle der geometrischen Genauigkeit der Teile. Die Oberflächenqualität von chemischem Polieren, Ultraschallpolieren, magnetischem Schleifmittelpolieren und anderen Verfahren entspricht jedoch nicht den Anforderungen, weshalb die Spiegelbearbeitung von Präzisionsformen immer noch hauptsächlich durch mechanisches Polieren erfolgt.