Was ist Sandstrahlen und wie funktioniert es?

Was ist Sandstrahlen?

Sandstrahlen ist ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Werkstücks durch den Aufprall eines Hochgeschwindigkeitsstrahls aus abrasivem Material gereinigt und aufgeraut wird. Druckluft dient als Energiequelle, um einen Hochgeschwindigkeitsstrahl zu erzeugen, der abrasive Medien wie Kupferschlacke, Quarzsand oder Aluminiumoxid auf die Werkstückoberfläche schleudert. Dadurch wird die Oberflächenbeschaffenheit oder die Form des Werkstücks verändert.

Durch die Einwirkung und Schneidwirkung der Schleifmittel auf die Werkstückoberfläche wird ein bestimmter Reinheitsgrad und eine definierte Oberflächenrauheit erzielt. Dieses Verfahren verbessert die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche, erhöht die Dauerfestigkeit des Werkstücks und verbessert die Haftung zwischen Werkstück und nachfolgenden Beschichtungen. Dadurch wird die Haltbarkeit des Lackfilms verlängert und zu besseren Beschichtungsschichten und einem ansprechenderen Erscheinungsbild beigetragen.

Sandstrahlprozess

Die Vorbehandlung umfasst die Vorbereitung der Werkstückoberfläche vor dem Aufbringen einer Schutzbeschichtung oder -plattierung. Die Qualität dieser Sandstrahlvorbehandlung beeinflusst maßgeblich die Haftung, das Aussehen, die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung. Eine mangelhafte Vorbehandlung ermöglicht es der Korrosion, sich unter der Beschichtung weiter auszubreiten und großflächiges Abblättern zu verursachen. Vergleichende Bewitterungstests haben gezeigt, dass sorgfältig gereinigte Oberflächen eine 4- bis 5-mal längere Lebensdauer aufweisen können als solche, die nur oberflächlich gereinigt wurden.

Beim Sandstrahlen wird Druckluft genutzt, um einen Hochgeschwindigkeitsstrahl zu erzeugen, der Strahlmittel auf die Werkstückoberfläche schleudert und so deren Oberflächenbeschaffenheit verändert. Durch die Aufprall- und Schneidwirkung der Strahlmittel werden ein bestimmter Reinheitsgrad und verschiedene Rauheitsprofile erzielt, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Werkstückoberfläche verbessert werden.

Arten von Sandstrahlgeräten

Sandstrahlmaschinen werden im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien unterteilt: Trockenstrahlmaschinen und Nassstrahlmaschinen bzw. Flüssigkeitsstrahlmaschinen. Trockenstrahlmaschinen werden weiter in Saug- und Druckstrahlmaschinen unterteilt.

(1) Saugstrahlmaschine

Eine komplette Saugstrahlanlage besteht typischerweise aus sechs Systemen: dem Gehäuse/der Konstruktion, dem Strahlmittelzufuhrsystem, dem Rohrleitungssystem, der Staubabsaugung, dem Steuerungssystem und den Hilfssystemen. Saugstrahlanlagen nutzen Druckluft als Energiequelle. Der Hochgeschwindigkeits-Luftstrom erzeugt einen Unterdruck in der Strahlpistole, der das Strahlmittel durch einen Zufuhrschlauch in die Pistole saugt. Anschließend wird das Strahlmittel beschleunigt und durch die Düse auf die Werkstückoberfläche ausgestoßen, um den gewünschten Bearbeitungseffekt zu erzielen. Bei diesem Maschinentyp dient die Druckluft sowohl der Strahlmittelzufuhr als auch der Strahlbeschleunigung.

(2) Druckstrahlmaschine

Eine komplette Trockenstrahlanlage besteht typischerweise aus vier Hauptsystemen: dem Druckbehälter, dem Strahlmittelzufuhrsystem, dem Rohrleitungssystem und dem Steuerungssystem. Drucksysteme nutzen Druckluft, um im Druckbehälter den Arbeitsdruck aufzubauen. Dieser Druck presst das Strahlmittel durch das Dosierventil in den Strahlschlauch und aus der Düse, wo es auf die Werkstückoberfläche geschleudert wird, um das gewünschte Bearbeitungsergebnis zu erzielen. In diesem System dient die Druckluft sowohl der Strahlmittelzufuhr als auch der Strahlbeschleunigung.

(3) Nassstrahlmaschine

Der größte Vorteil der Nassstrahlanlage gegenüber der Trockenstrahlanlage liegt in der effektiven Staubkontrolle während des Strahlprozesses, wodurch die Arbeitsbedingungen für den Bediener verbessert werden. Sie besteht typischerweise aus fünf Systemen: dem Gehäuse/der Konstruktion, dem Fördersystem für das Strahlmittel, dem Rohrleitungssystem, dem Steuerungssystem und den Hilfssystemen. Die Nassstrahlanlage verwendet eine Förderpumpe für das Strahlmittelgemisch. Diese fördert das gleichmäßig gemischte Strahlmittel zur Strahlpistole. Druckluft dient als Beschleunigungsenergie und gelangt über eine Druckluftleitung in die Pistole. Dort beschleunigt die Druckluft das einströmende Strahlmittel, das anschließend durch die Düse auf die Werkstückoberfläche ausgestoßen wird, um das gewünschte Bearbeitungsergebnis zu erzielen. In diesem System liefert die Förderpumpe das Strahlmittel, während die Druckluft die Beschleunigungsenergie bereitstellt.

Reinheitsgrade beim Sandstrahlen

Es gibt zwei repräsentative internationale Normen für die Oberflächenreinheit nach dem Sandstrahlen: die amerikanische SSPC-Norm (1985) und die schwedische Sa-Norm (1976). Die international anerkannte Sa-Norm ist in vier Klassen unterteilt: Sa1, Sa2, Sa2.5 und Sa3. Details folgen.

(1) Sa1-Grad

Entspricht US SSPC-SP7. Dieser Reinheitsgrad wird durch einfache manuelle Verfahren wie Drahtbürsten oder Schleifpapier erreicht. Er ist der niedrigste der vier Reinheitsgrade und bietet nur einen geringfügig besseren Beschichtungsschutz als ein unbehandeltes Werkstück. Die Werkstückoberfläche muss frei von sichtbarem Öl, Fett, Walzzunder, Rost und Farbresten sein. Sa1 wird auch als Abbürsten bezeichnet.

(2) Sa2-Grad

Entspricht dem US-amerikanischen Standard SSPC-SP6. Diese Qualitätsstufe wird durch Sandstrahlen (oder Kugelstrahlen) erreicht. Sie ist die niedrigste Stufe für das tatsächliche Sandstrahlen und stellt eine allgemeine Anforderung dar, bietet aber einen deutlich besseren Beschichtungsschutz als die manuelle Reinigung. Die Werkstückoberfläche muss frei von sichtbarem Öl, Fett, Schmutz, Walzzunder, Rost, Farbe, Oxiden, Korrosionsprodukten und anderen Fremdkörpern sein, abgesehen von Flecken (Fehlern). Diese Fehler dürfen jedoch nicht mehr als 3 % der Oberfläche ausmachen und können leichte Schatten, geringfügige Verfärbungen durch Fehler/Lochfraß/Rost sowie leichte Walzzunder- oder Farbfehler umfassen. Falls die ursprüngliche Oberfläche Lochfraß aufwies, können am Grund dieser Lochfraßstellen leichte Rost- und Farbreste zurückbleiben. Sa2 wird auch als kommerzielles Sandstrahlen bezeichnet.

(3) Sa2.5-Grad

Dies ist die in der Branche am häufigsten verwendete Strahlqualität und dient oft als technische Abnahmeanforderung und -norm. Sa2.5 wird auch als nahezu weißgestrahlt bezeichnet. Die Anforderungen entsprechen denen der ersten Hälfte der Sa2-Norm, jedoch sind Fehler auf maximal 5 % der Oberfläche begrenzt und können leichte Schatten, geringfügige Verfärbungen durch Fehler/Lochfraß/Rost sowie leichte Walzzunder- oder Lackfehler umfassen.

(4) Sa3-Grad

Entspricht US SSPC-SP5. Dies ist die höchste Behandlungsstufe der Branche und wird auch als Weißmetallstrahlen bezeichnet. Die Anforderungen entsprechen denen von Sa2.5, jedoch ist die 5%ige Toleranz für Schatten, Makel, Rost usw. nicht zulässig.

Anwendungen des Sandstrahlens

Durch Sandstrahlen werden alle Verunreinigungen wie Rost und Walzzunder von der Werkstückoberfläche entfernt und ein entscheidendes Oberflächenprofil erzeugt, das gemeinhin als Ankerstruktur oder „Zahnung“ bezeichnet wird. Durch Anpassen der Größe der Strahlmittelpartikel lassen sich verschiedene Rauheitsgrade erzielen, wodurch die Haftfestigkeit zwischen Werkstück und aufgebrachtem Strahlmittel verbessert wird. Eloxieren oder Plattierungsschicht. Sie gewährleistet zudem eine stärkere und qualitativ hochwertigere Haftung der verbundenen Bauteile.

Reinigen und Polieren

Durch Sandstrahlen lassen sich Verunreinigungen wie Walzzunder, Öl und andere Rückstände effektiv von der Oberfläche von Guss- und Schmiedeteilen sowie wärmebehandelten Bauteilen entfernen. Die Oberfläche wird poliert, wodurch die Oberflächengüte verbessert und die gleichmäßige, natürliche Farbe des Metalls zum Vorschein gebracht wird – für ein ästhetisch ansprechenderes Erscheinungsbild.

Entgraten und Oberflächenveredelung

Durch Sandstrahlen lassen sich kleinste Grate von der Oberfläche entfernen. CNC-bearbeitete TeileDadurch entsteht eine ebenere, glattere Oberfläche. Die schädlichen Auswirkungen von Graten werden beseitigt und die Gesamtqualität des Werkstücks verbessert. Darüber hinaus können durch das Strahlen kleine, präzise Radien an den Oberflächenübergängen erzeugt werden, wodurch das Teil ein feineres und präziseres Aussehen erhält.

Verbesserung mechanischer Eigenschaften

Durch das Sandstrahlen entsteht eine gleichmäßige, feinkörnige Oberflächenstruktur, die Schmieröl gut aufnehmen kann. Dies verbessert die Schmierbedingungen, reduziert Geräusche und verlängert die Lebensdauer mechanischer Bauteile.

Dekorative Oberflächenbehandlung

Bei bestimmten Werkstücken lassen sich durch Sandstrahlen gezielt reflektierende oder matte Oberflächen erzielen. Beispiele hierfür sind die Erzielung eines seidenmatten/matten Finishs auf Edelstahlteilen, das Polieren von Kunststoffen, das Glätten von Jade, das Mattieren von Holzmöbeloberflächen, das Erzeugen von Mustern auf Milchglas und das Aufrauen von Textiloberflächen.

Überlegungen zum Sandstrahlen

 Vor Arbeitsbeginn muss die gesamte Schutzausrüstung angelegt werden. Arbeiten ohne Schutzausrüstung ist verboten.

• Die Arbeiten müssen von mindestens zwei Personen durchgeführt werden.
• Druckluftbehälter, Manometer und Sicherheitsventile müssen regelmäßig geprüft und kalibriert werden. Der Druckluftbehälter sollte alle zwei Wochen von angesammeltem Staub und Feuchtigkeit befreit und der Filter im Schleifmittelbehälter monatlich überprüft werden.
• Prüfen Sie, ob die Lüftungskanäle und die Türen der Sandstrahlanlage ordnungsgemäß abgedichtet sind.
• Die Belüftungs- und Staubabsaugungsanlage muss mindestens 5 Minuten vor Beginn des Sandstrahlens eingeschaltet werden. Bei Funktionsstörungen der Belüftungs- und Staubabsaugungsanlage ist das Sandstrahlen verboten.
• Das Druckluftventil muss langsam geöffnet werden, und der Luftdruck darf 0.8 MPa (ca. 116 psi) nicht überschreiten.
• Die Korngröße des Schleifmittels sollte den Anforderungen der jeweiligen Aufgabe entsprechen, typischerweise im Bereich von 10 bis 20 Mesh, und das Schleifmittel muss trocken gehalten werden.
• Während des Betriebs der Sandstrahlanlage ist Unbefugten der Zutritt verboten. Die Anlage muss vor jeglicher Reinigung oder Justierung beweglicher Teile abgeschaltet werden.
• Druckluft darf nicht zum Abblasen von Staub vom Körper oder für Herumtollen verwendet werden.
• Nach Abschluss der Arbeiten müssen die Lüftungs- und Staubabsauganlagen noch 5 Minuten weiterlaufen, bevor sie abgeschaltet werden, um Reststaub abzuführen und einen sauberen Arbeitsbereich zu gewährleisten.

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