Metall entgraten – Saubere Kanten für perfekte Bauteile

Metallbearbeitung wie Schneiden, Bohren, Fräsen oder Stanzen führt unweigerlich zu Graten. Grate sind unerwünschte Überstände oder scharfe Kanten, die an den Schnittkanten oder Bohrungen eines Werkstücks entstehen. Diese Grate können die Sicherheit beeinträchtigen, das Handling erschweren und die Passgenauigkeit beeinträchtigen. Insbesondere in der Serienfertigung müssen Grate entfernt werden, um ein hochwertiges Produkt zu liefern. Das Entfernen dieser Unebenheiten wird als Entgraten bezeichnet.

Entgraten ist Teil des Finishing-Prozesses und hat zum Ziel, die Oberflächenqualität zu verbessern. Es beeinflusst die Funktionalität, Lebensdauer und Ästhetik von Bauteilen. Eine saubere, entgratete Kante erleichtert nachfolgende Bearbeitungsschritte wie Schweißen, Beschichten oder Montieren. Durch das Entfernen von Graten wird auch das Unfallrisiko für das Bedienpersonal minimiert. Der Aufwand für das Entgraten richtet sich nach Geometrie, Material, Qualitätsanforderung und Stückzahl.

Im folgenden Abschnitt beleuchten wir die Entstehung von Graten, stellen gängige Entgratmethoden vor und geben Empfehlungen, wie Sie das passende Verfahren auswählen können. Dabei gehen wir auf manuelle und maschinelle Techniken ein und zeigen Vorteile und Grenzen auf. Zudem betrachten wir die Verbindung von Metallteilen und zeigen, wie entgratete Kanten zu einer sicheren Montage beitragen.

Entstehung von Graten

Grate entstehen, wenn bei der Bearbeitung an der Schnittstelle Kräfte wirken, die das Material plastisch verformen und nicht vollständig trennen. Sie können sich in verschiedenen Formen manifestieren: als scharfe Kanten, Wulste oder Späne. Die Hauptursachen sind:

• Zerspanung: Beim Fräsen, Bohren oder Drehen entstehen Grate durch den Spanabfluss. Scharfe Werkzeuge mit den richtigen Schneidwinkeln und Kühlung können die Gratbildung verringern, aber selten vollständig verhindern.
• Stanzen und Schneiden: Stanzen erzeugt saubere Konturen, aber an der Austrittsseite kann ein Materialauswurf entstehen. Beim Scheren können winzige Grate an der Schnittkante entstehen.
• Gießen und Schmieden: Beim Gießen entstehen am Teiling Gratlinien, wenn Formhälften nicht optimal dicht sind. Beim Schmieden bildet sich Grat in der Teilung, der durch Schmiedekanten abläuft.
• Schweißen und Schneiden durch Laser/Plasma: Schlacken und Aufwürfe können sich entlang der Naht oder Schnittkante ablagern. Unzureichende Parameter führen zu Spritzern und Graten.
• Verschleiß und Materialeigenschaften: Weiche Metalle neigen eher zu überstehenden Graten beim Stanzen. Verschlissene Werkzeuge erhöhen die Gratbildung.

Grate werden nicht nur zu ästhetischen Problemen. Sie können zu Passungsproblemen, unzuverlässigen Dichtungen und frühzeitigem Verschleiß führen. Scharfe Kanten können zudem Verletzungen beim Handhaben oder Montieren verursachen. Darüber hinaus beeinträchtigen sie den Prozess der Oberflächenbeschichtung: Pulverbeschichtungen und Lacke können an Kanten abreißen oder ungleichmäßig aufgetragen werden. Daher ist das Entgraten ein wesentlicher Schritt, bevor Bauteile beschichtet, montiert oder in Betrieb genommen werden.

Manuelle Entgratverfahren

Die einfachsten Methoden zum Entgraten sind manuelle Techniken. Sie eignen sich für Einzelstücke, Prototypen oder kleine Serien sowie für schwer zugängliche Bereiche, in denen Maschinen nicht eingesetzt werden können.

Feilen

Feilen ist die traditionellste Entgratmethode. Mit Handfeilen unterschiedlicher Formen (flach, halbrund, dreikant) lassen sich Grate abtragen und Kanten verrunden. Feilen sind ideal für kleine Kanten oder schwer zugängliche Stellen. Der Bearbeiter hat eine hohe Kontrolle über den Materialabtrag. Es erfordert jedoch Erfahrung, um gleichmäßig zu entgraten, und ist zeitintensiv.

Schmirgeln und Schleifen

Schmirgelpapier, Schleifvlies oder Schleifklötze können genutzt werden, um Grate abzutragen und Oberflächen zu glätten. Grobe Körnungen entfernen Material, feine Körnungen glätten die Oberfläche. Auch exzentrische Handschleifer oder Bandschleifer eignen sich für flächiges Schleifen. Schleifen ist vielseitig, aber bei komplizierten Geometrien oder tiefen Bohrungen schwierig.

Senk- und Entgratwerkzeuge

Für Bohrungen gibt es spezielle Senker und Kegelsenker, mit denen Bohrungsränder entgratet und angefast werden. Ein senkrecht eingesetztes Senkwerkzeug entfernt Material um die Bohrung und erzeugt eine 45°‑Phase. Es ist wichtig, die richtige Drehzahl und Vorschub zu wählen, um das Material nicht aufzuschmieren.

Entgratmesser und Schaber

Handentgratmesser verfügen über austauschbare Klingen, die entlang der Schnittkante gezogen werden. Durch den speziellen Schliff lässt sich der Grat leicht abschälen. Diese Messer sind insbesondere für dünne Bleche, Rohre oder Kunststoffteile geeignet. Schaber aus Hartmetall oder Keramik eignen sich zum Entfernen von Schweißraupen und Schlacke.

Bürsten und Handbürsten

Metallbürsten oder Drahtbürsten dienen dazu, leichte Grate zu entfernen und Oberflächen zu säubern. Es gibt Handbürsten aus Stahl, Messing oder Edelstahl. Für empfindlichere Werkstoffe werden Nylon- oder Schleifbürsten verwendet. Bürsten eignen sich ebenfalls zum Aufrauen vor dem Lackieren oder zum Entfernen von Zunder.

Vorteile und Nachteile

Manuelle Methoden haben den Vorteil der geringen Anschaffungskosten und eignen sich für geringe Stückzahlen und spontane Anpassungen. Der Benutzer hat maximale Kontrolle über den Materialabtrag und kann selektiv entgraten. Nachteile sind der hohe Zeitaufwand, die Ermüdung des Bedieners und die geringe Reproduzierbarkeit. Zudem besteht die Gefahr, dass bei unsachgemäßer Anwendung das Werkstück verkratzt oder die Form verfälscht wird.

Mechanische Entgratverfahren

Für höhere Stückzahlen, komplexe Geometrien oder gleichbleibende Qualität werden mechanische Entgratmaschinen eingesetzt. Diese automatisieren das Entfernen von Graten und verbessern die Effizienz.

Bürstentgratmaschinen

Bei Bürstentgratmaschinen rotieren Draht- oder Schleifbürsten mit hoher Geschwindigkeit. Das Werkstück wird unter die Bürsten geführt, die die Grate abtragen und Kanten verrunden. Die Stärke des Abtrags lässt sich über Druck, Bürstengeschwindigkeit und Art der Bürste steuern. Für flache Bleche gibt es Durchlaufanlagen, die Bleche auf ein Transportband legen und beidseitig entgraten. Bürstsysteme können Schleifbänder, Walzbürsten oder Tellerbürsten umfassen. Sie sind ideal für Schnittteile aus Laser-, Plasma- oder Wasserstrahlanlagen.

Schleifen und Bandschleifen

Stationäre Bandschleifmaschinen besitzen eine Schleiffläche, an der das Werkstück geführt wird. Die Bandgeschwindigkeit und Schleifkorn bestimmen den Abtrag. Es gibt auch Bandschleifer mit rotierenden Walzen, die Blechkanten gleichmäßig abrunden. Bandschleifer eignen sich für gerade Kanten und größere Flächen. Für komplexere Geometrien sind flexible Schleifbänder auf Rollen montiert, die sich dem Werkstück anpassen.

Trommel- und Vibrationsgleitpolieren (Trowalisieren)

Beim Trommelgleitpolieren werden die Werkstücke zusammen mit Schleifkörpern (Chips) und Schleifmittel in eine rotierende Trommel oder Vibrationswanne gegeben. Durch Rotation oder Schwingung reiben die Schleifkörper an den Bauteilen und entfernen Grate. Dieses Verfahren eignet sich für kleine bis mittelgroße Teile mit vielen Kanten oder Bohrungen. Die Bearbeitungszeit hängt von Größe, Material und gewünschtem Ergebnis ab.

Vibrationsgleitpolieren (Vibrationsentgraten) arbeitet ähnlich, indem eine Schwingbewegung die Werkstücke und Schleifkörper in Bewegung bringt. Die Schwingfrequenz und Amplitude beeinflussen die Intensität. Beide Verfahren entgraten, verrunden und glätten zugleich. Der Nachteil ist, dass empfindliche Bauteile verkratzen können und das Verfahren nicht für große, schwere Teile geeignet ist.

Strahlverfahren

Beim Strahlverfahren wird ein Strahlmittel (Sand, Glasperlen, Korund oder Stahlkies) mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück geblasen. Sandstrahlen ist ein klassisches Verfahren, bei dem Grate sowie Oxide entfernt werden. Glasperlenstrahlen erzeugt eine gleichmäßige, matte Oberfläche, während Korundstrahlen grobe Grate abtragen kann. Strahlverfahren werden in geschlossenen Strahlkabinen durchgeführt. Sie eignen sich für komplexe Formen und schwierig erreichbare Stellen. Strahlen lässt sich automatisieren, indem Werkstücke über Förderbänder oder Rollen in die Strahlkammer geführt werden. Beachtet werden muss die richtige Wahl des Strahlmediums, um das Material nicht zu beschädigen.

Fräsen und Schleifen mit Werkzeugmaschinen

Mit CNC-Maschinen lassen sich Grate direkt im Bearbeitungszentrum entfernen. Fräsmaschinen können mit speziellen Schaftfräsern Kanten verrunden, während Programme den Fräser entlang der Kontur führen. Schleif- und Polierscheiben können in Werkzeugmaschinen integriert werden. Diese Inline-Entgratung spart Zeit, da das Werkstück nicht umgespannt werden muss. Allerdings steigert sich die Rüstzeit und eine genaue Programmierung ist erforderlich.

Vorteile und Nachteile

Mechanische Entgratverfahren sind deutlich schneller als manuelle Methoden und liefern reproduzierbare Ergebnisse. Sie eignen sich für mittlere bis große Serien. Die Auswahl des Verfahrens hängt von Bauteilgröße, Material und Geometrie ab. Bürstmaschinen und Schleifbänder sind effizient für flache Teile, Strahlverfahren für komplexe Formen und Trommeln für kleinere Teile. Der Nachteil sind die Investitionskosten und die Notwendigkeit, die Prozesse korrekt einzustellen. Für filigrane Teile oder schwer zugängliche Stellen sind mechanische Verfahren nicht immer geeignet.

Thermische und elektrochemische Entgratverfahren

Für bestimmte Bauteile und Materialien kommen spezielle Verfahren zum Einsatz, die thermische oder elektrochemische Prozesse nutzen. Diese eignen sich insbesondere für Werkstücke mit schwer zugänglichen Innenkanten oder vielen Bohrungen.

Elektrochemisches Entgraten (ECM)

Beim elektrochemischen Entgraten wird das Werkstück in einen Elektrolyten getaucht und an eine positive Spannung angeschlossen (Anode). Ein Werkzeug mit der Negativ-Spannung (Kathode) wird in die Nähe des Grates geführt. Durch eine geringe Spannung (meist 5–20 Volt) kommt es zu einer elektrochemischen Auflösung des Materials an den Graten. Das Material wird selektiv abgetragen, ohne die restliche Oberfläche zu berühren. ECM eignet sich für schwer zugängliche Kanten, Innenbohrungen und feinmechanische Teile. Typisch ist die Entfernung von Graten an Zahnrädern, Spulen oder Einspritzdüsen.

Vorteile des ECM sind die gratfreie Oberfläche ohne mechanische Belastung, kurze Prozesszeiten und hohe Reproduzierbarkeit. Nachteilig sind der Einsatz von Elektrolyten, die umweltgerecht entsorgt werden müssen, und der höhere Anlagenaufwand.

Thermisches Entgraten (TEM)

Thermisches Entgraten, auch Explosion-Entgraten genannt, basiert auf der Verbrennung von Gasgemischen. Werkstücke werden in eine Druckkammer gelegt und mit Sauerstoff sowie Brenngas befüllt. Nach Zündung entsteht eine Explosion, die die Grate an allen Oberflächen verbrennt. Das Basiswerkstück bleibt aufgrund seiner Masse und Wärmeleitfähigkeit intakt, während die dünnen Grate durch die Hitze abgetragen werden. TEM eignet sich für komplexe Bauteile aus Stahl, Aluminium oder Zinkdruckguss, die viele kleine Grate in Bohrungen und Kanälen aufweisen.

Die Vorteile sind die gleichzeitige Bearbeitung vieler Grate und die kurze Zykluszeit. Nachteile sind die Sicherheitsanforderungen an die Druckkammern, der Energiebedarf und die Nachbehandlung (Oxidreste entfernen). TEM ist vor allem bei Massenartikeln wie Hydraulikteilen, Ventilen oder Einspritzsystemen verbreitet.

Laserentgraten

Laserentgraten nutzt fokussierte Laserstrahlen, um Grate zu schmelzen oder zu verdampfen. Eine präzise Steuerung ermöglicht das Entfernen von Graten an Innen- und Außenkonturen. Das Verfahren ist berührungslos und geeignet für harte Materialien oder dünne Kanten. Die Prozessparameter (Leistung, Fokus, Geschwindigkeit) müssen genau eingestellt werden, um das Werkstück nicht zu beschädigen. Laserentgraten ist zukunftsweisend, jedoch noch kostspielig und wird hauptsächlich in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt.

Auswahl des passenden Entgratverfahrens

Die Wahl eines Entgratverfahrens hängt von vielen Faktoren ab. Hier sind die wichtigsten Kriterien:

Material und Werkstoffhärte

Weiche Materialien wie Aluminium oder Kupfer lassen sich mit Bürsten, Feilen und Schleifen gut entgraten. Harte Materialien wie gehärteter Stahl erfordern robuste Schleifmittel oder thermische Verfahren. Spröde Materialien wie Guss können beim Entgraten ausbrechen; hier eignen sich Strahl- oder Vibrationsverfahren mit feinen Schleifkörpern.

Geometrie und Zugänglichkeit

Flache Blechteile können über Durchlaufbürsten entgratet werden. Komplexe Formen, tiefe Bohrungen und Innenkanäle erfordern Strahlverfahren, elektrochemische oder thermische Entgratung. Kleine Teile eignen sich für Trommelgleitpolieren, während große Teile manuell oder mit Robotern bearbeitet werden.

Stückzahl und Automatisierung

Bei Einzelstücken ist manuelles oder halbautomatisches Entgraten wirtschaftlich. Mittelgroße Serien können durch Bürstmaschinen oder Strahlkabinen bearbeitet werden. Große Serien erfordern automatisierte Maschinen, die in die Fertigungslinie integriert sind. ECM und TEM amortisieren sich bei hohen Stückzahlen.

Qualitätsanforderung und Kantenradius

Einige Anwendungen benötigen eine definierte Kantenverrundung (Kantenradius), z. B. um die Belastungsfähigkeit zu erhöhen. Das Trommelgleitpolieren erzeugt weiche Kanten und polierte Oberflächen. Bürsten und Schleifen können definierte Fasen erzeugen. Elektrochemisches Entgraten ermöglicht die Entfernung von Mikrograten, ohne die Form zu verändern.

Umwelt- und Sicherheitsaspekte

Thermisches Entgraten arbeitet mit Gasexplosionen, was strenge Sicherheitsmaßnahmen erfordert. ECM benötigt Elektrolyte, die entsorgt werden müssen. Strahlverfahren erzeugen Staub und müssen abgesaugt werden. Mechanische Verfahren mit Bürsten oder Schleifbändern sind vergleichsweise umweltfreundlich, solange der Schleifstaub gesammelt wird.

Die Auswahl sollte immer in enger Abstimmung mit einem Fertigungsprofi erfolgen. GEMTEC berät seine Kunden bei der Wahl des optimalen Entgratverfahrens und setzt je nach Projekt die passende Technologie ein.

Metall mit Metall verbinden – Fügeverfahren im Überblick

Ein entgratetes Bauteil ist die Grundlage für eine zuverlässige Verbindung. Scharfe Kanten können das Schweißen erschweren, Nieten beschädigen oder Schraubverbindungen lösen. Deshalb spielt das Entgraten auch beim Fügen von Metallen eine Rolle. Im Folgenden geben wir einen kurzen Überblick über gängige Fügeverfahren für Metall:

Schweißen

Schweißen ist das Verschmelzen von Metallen mit oder ohne Zusatzwerkstoff. Verfahren wie MIG/MAG, WIG oder Punktschweißen kommen zum Einsatz. Entgrate Kanten fördern eine gleichmäßige Naht und reduzieren Spritzer.

Löten

Beim Löten wird das Lot geschmolzen, der Grundwerkstoff bleibt fest. Löten ist für dünne Bleche oder unterschiedliche Materialien geeignet. Eine saubere, entgratete Oberfläche garantiert eine feste und dichte Verbindung.

Nieten und Schrauben

Nieten sind dauerhafte, mechanische Verbindungen, bei denen der Niet sich im Loch verformt und beide Teile verbindet. Schraubverbindungen bieten die Möglichkeit der Demontage. Vor dem Setzen von Nieten und Schrauben müssen Grate entfernt werden, damit die Verbindung bündig sitzt.

Clinchen und Stanznieten

Clinchen ist ein Fügeprozess durch Umformen, bei dem die Bleche ohne Zusatzteile zusammengehalten werden. Stanznieten kombiniert das Stanzen mit einem Niet; es eignet sich für Mehrlagenverbindungen. Entgratete Kanten erleichtern das Fügen und verhindern Risse.

Kleben

Industrielle Klebstoffe verbinden Metalle dauerhaft und gleichmäßig. Eine saubere, entgratete Oberfläche ist entscheidend, damit der Klebstoff vollflächig haftet. Klebeverbindungen eignen sich besonders für dünne Bleche, bei denen das Schweißen zu Verzug führen könnte.

Scharfe Metallkanten schleifen

Beim Schleifen scharfer Metallkanten sind einige Punkte zu beachten, um ein sicheres und sauberes Ergebnis zu erzielen:

1. Sicherheit: Es sollten stets Schutzbrille, Gehörschutz und Handschuhe getragen werden, denn Schleiffunken können die Augen verletzen und Handschuhe schützen vor heißen Spänen.
2. Werkzeugwahl: Zu verwenden sind geeignete Schleifmaschinen (Winkelschleifer, Bandschleifer oder Feinschleifer) sowie eine passende Körnung. Eine grobe Körnung (40 – 80) entfernt Grate schnell, eine feine Körnung (120 – 240) glättet die Oberfläche.
3. Kantenphase: Die Kanten werden idealerweise in einem Winkel von etwa 45° geschliffen, um eine saubere Fase zu erzeugen. Das Werkzeug sollte gleichmäßig und mit mittlerem Druck geführt werden, damit keine Riefen entstehen..
4. Kühlung: Da sich das Material beim Schleifen erwärmt, ist regelmäßiges Kühlen ratsam, um Farbveränderungen (Anlassen) zu verhindern – besonders bei Edelstahl.
5. Nachbearbeitung: Nach dem Schleifen wird der Schleifstaub entfernt. Für sichtbare Kanten kann anschließend mit einer feineren Körnung oder einem Schleifvlies nachgearbeitet werden.

Vorteile des professionellen Entgratens

Die Beauftragung eines professionellen Dienstleisters wie GEMTEC hat mehrere Vorteile:

• Qualität: Professionelle Anlagen bieten reproduzierbare Ergebnisse, definierte Kantenradien und saubere Oberflächen.
• Zeiteffizienz: Automatisierte Entgratanlagen arbeiten schneller als manuelles Entgraten. Das spart Zeit und Kosten, insbesondere bei Serienfertigung.
• Sicherheit: Professionelle Betriebe verfügen über geeignete Absaugungen, Sicherheitsmaßnahmen und geschultes Personal. Dadurch werden Gesundheits- und Unfallrisiken minimiert.
• Fachwissen: Das Team kann beraten, welche Methode für das jeweilige Material und die Geometrie am besten geeignet ist.
• Integration: Entgraten ist bei GEMTEC in den Fertigungsprozess integriert. Schneiden, Biegen, Schweißen und Beschichten werden in einem Workflow durchgeführt, sodass alle Schritte perfekt aufeinander abgestimmt sind.

Das Entgraten von Metall ist ein entscheidender Schritt in der Fertigungskette. Grate und scharfe Kanten können zu Verletzungen, Montageproblemen und Funktionsstörungen führen. Es gibt zahlreiche Entgratmethoden – von manuellen Feilen und Schleifen über mechanische Bürstanlagen und Trommelgleitpolieren bis hin zu elektrochemischen und thermischen Verfahren. Die Wahl der Methode hängt von Material, Geometrie, Stückzahl und Qualitätsanforderung ab. Professionelles Entgraten steigert die Produktqualität, reduziert Ausschuss und verbessert die Montagefreundlichkeit. Gleichzeitig erleichtert es nachfolgende Prozesse wie Schweißen und Beschichten.

Als erfahrenes Unternehmen in der Metallbearbeitung bietet GEMTEC ein breites Spektrum an Fertigungsverfahren – einschließlich präzisem Laserschneiden, CNC-Biegen, Schweißen, Baugruppenmontage und Oberflächenveredelung. Durch den Einsatz geeigneter Entgratverfahren sorgen wir für hochwertige, saubere Kanten und damit für perfekte Bauteile, die Ihren Anforderungen entsprechen.