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Precision Surfacing Solutions

Was ist Läppen?

Der Begriff "Läppen" wird verwendet, um eine Reihe von verschiedenen Oberflächenbearbeitungen zu beschreiben, bei denen lose Schleifpulver bei normalerweise niedrigen Drehzahlen als Schleifmittel verwendet werden. Es handelt sich um ein Verfahren, das Produkten vorbehalten ist, die sehr enge Toleranzen in Bezug auf Ebenheit, Parallelität, Dicke oder Oberfläche erfordern.

What is lapping?

Wie funktioniert das Läppen?

Ein oder mehrere Teile werden im Batch-Prozess gleichzeitig bearbeitet. Das Schleifmittel wird in der Regel mit einem flüssigen Träger gemischt, entweder auf Öl- oder Wasserbasis. Die zu läppenden Teile werden in Sicherungsringen festgehalten. Es können auch Werkstückhalter, auch "Träger" genannt, verwendet werden, um die Teile getrennt zu halten und eine Beschädigung der Kanten zu vermeiden. Die Teile werden über die Oberfläche der Lap-Platte gezogen, auf die das Strahlmittel aufgegeben wird.

Das Läppen ist ein Mittelwertverfahren, bei dem der größte Materialabtrag dort auftritt, wo die Höhepunkte der Oberfläche des Bauteils die flache Lap-Platte berühren. Ziel ist es, Teile mit einer gleichmäßig glatten und meist ebenen Oberfläche herzustellen: Eine geläppte Oberfläche zeigt ein mattes, nicht reflektierendes und multidirektionales Aussehen. Diese Bedingung wird als "matte" Ausführung bezeichnet. Es kann ein leichtes Reflexionsvermögen auf Materialien auftreten, die mit einem sehr kleinen Aluminiumoxid-Schleifmittel von Mikron Größe geläppt sind. Dies gilt insbesondere, wenn das Material relativ hart ist und die Oberflächenrauheitsmessung vielleicht 5 (.127 Mikron) Mikrozoll und darunter beträgt.

Auf geläppten Oberflächen sind sehr leichte "Mikrokratzer" zu sehen. Schleifmittel mit größerer Mikrongröße und härterer Mischung erzeugen mehr Mikrokratzer zusätzlich zu tieferen Kratzern. Die meisten Mikrokratzer, die mit einem kleinen Mikron Aluminiumoxid-Schleifmittel hergestellt werden, sind weniger als 0,025 Mikron tief und können normalerweise nicht mit einem Profilometer gemessen werden. Mikrokratzer sollten nicht mit tieferen Kratzern verwechselt werden, die durch Partikel von Verunreinigungen oder anderen Ursachen verursacht werden.

 

Faktoren, die bei der Läppung zu berücksichtigen sind:


-Art des zu verarbeitenden Materials
In den Jahren, in denen Lapmaster Wolters der Industrie dient, haben uns Kunden gebeten, Musterbauteile zu verarbeiten, die nahezu alle gängigen, dem Menschen bekannten und einige nicht so gängige Materialien umfassen. Mit dem Fortschritt unserer Wissenschaften und Technologien werden die Anforderungen an genauere Größentoleranzen, Oberflächenplanheit und Oberflächenrauhigkeit immer größer. Viele der technologischen Fortschritte ergeben sich aus der Verwendung neuer Materialverbindungen sowie exotischerer Naturmaterialien. Läppen und Polieren ist ein sehr schonendes und spannungsarmes Bearbeitungsverfahren für empfindliche und spröde Materialien. Doch diese Operationen haben die Fähigkeit, die härtesten Materialien auf der Erdoberfläche zu verarbeiten. Ein kleines Querschnittsbeispiel der auf Lapmaster-Maschinen verarbeiteten Materialien ist unten dargestellt.

-Geschwindigkeit der Platte
Abhängig vom Seitenverhältnis des Bauteils muss eine Überlappungsgeschwindigkeit gewählt werden, die nicht dazu führt, dass die Bauteiloberfläche schwingt, vibriert oder die Überlappungsplattenoberfläche in irgendeiner Weise verlässt. Die zu läppende Oberfläche muss immer fest und formschlüssig zur Oberfläche der Läpp- oder Polierscheibe ausgerichtet sein.

-Druck auf das Werkstück
Der auf die zu läppenden Bauteile ausgeübte Druck kann die resultierende Oberflächenrauheit durch Veränderung der Schlammschichtdicke beeinflussen. Je höher der Druck (maximal 3 P.S.I. beim konventionellen Läppen), desto dünner ist die Schichtdicke und desto größer ist die Chance, die Bauteile gegen die Lap-Platte zu "wischen". Beim Läppen zur Erzielung einer feinen Oberflächenrauheit wird empfohlen, für die meisten gängigen Anwendungen 2 P.S.I. nicht zu überschreiten.

-Plattenmaterial
-Größe und Art des Schleifmittels
Schleifmittel (geschmolzenes und nicht geschmolzenes Al2O3; schwarzes und grünes SiC, B4C, monokristalliner Diamant und polykristalliner Diamant) weisen eine Kristallstruktur auf, die die Härte, Form, Anzahl der Schneidkanten und Brüchigkeit des Materials bestimmt. Friability ist die Bewertung der Kristallverbindungsstärke, die die Kraft bestimmt, die zum Spalten von Schneidkanten vom Kristall benötigt wird. Unter den gleichen Bedingungen der PSI-Belastung dringen härtere Verbindungen (z.B. SiC) vor der Kantenspaltung tiefer in das Bauteilmaterial ein als weichere Verbindungen (z.B. Al2O3) und erzeugen so eine größere Oberflächenstruktur. Die flache hexagonale Kristallform hat weniger scharfe Schneidkanten und dringt weniger tief in das Bauteilmaterial ein oder rasiert es sanft als eine blockige Tetraederform, die Späne mit einer großen Anzahl von vorstehenden Schneidkanten ausmeißelt. Bröckligere Schleifmittel (z.B. Al2O3) benötigen weniger Kraft zum Abbrechen der Schneidkanten als weniger bröckelige Schleifmittel (z.B. SiC). Ein weiterer wichtiger Faktor in Bezug auf die Zerreibbarkeit ist die Größe des Kristalls, die sich mit dem Abbruch der Schneidkanten verringert. Wenn der Kristall kleiner wird, schneidet er kleinere Späne und erzeugt Messungen der Oberflächenrauhigkeit.

-Fahrzeug gebraucht & Abrasiv zu Fahrzeuggülle Verhältnis
Beim Läppen muss das richtige Verhältnis verwendet werden, um eine gleichbleibende, wiederholbare Oberflächenrauheit zu erzielen. Noch wichtiger ist, dass das Verhältnis ein Faktor für die Festigkeit und Dicke der Folie ist. Bei zu geringer Schichtdicke neigt das Bauteilmaterial dazu, näher an der Lap-Platte zu wischen, und es wird mehr Schneidenergie durch die Schleifpartikel auf das Bauteilmaterial übertragen, was zu einer größeren Penetration, stärkeren Kratzern und höheren Oberflächenrauheitsmessungen führt.

-Planheit der Platte
Ein wichtiges zu verstehendes Konzept ist, dass die über ihren Durchmesser gemessene Ebenheit der Lap-Platte nicht mit der Spezifikation der fertigen Ebenheit des Bauteils übereinstimmen muss. Dies liegt daran, dass das Bauteil einer kleinen Spannweite des geometrischen Kugelradius der Lap-Platte entspricht. Die Spannweite des Bauteils ist sein Durchmesser, ob kreisförmig oder die größte Länge über die geläppte Oberfläche der Bauteile. Mit anderen Worten, eine Komponente mit einem Zoll Durchmesser wird bei Verwendung derselben Lap-Platte viel flacher geläppt als eine Komponente mit einem Durchmesser von vier Zoll. Die auf der Lap-Platte erforderliche exakte Ebenheit kann mit Hilfe der Trigonometrieformel zur Bestimmung der Schnurlänge mathematisch berechnet werden.

-Zuführsystem
-Verfahren zum Laden und Konditionieren der Platte
-Plattentemperatur

 

 

Grundlegende Läppentheorie

Die grundlegende Theorie des Läppens beginnt damit, dass die Komponenten innerhalb der Grenzen von Konditionierungsringen direkt auf die Oberfläche einer rotierenden Wickelplatte platziert werden, die mit einer Präzisionsfilmschicht aus Schlamm beschichtet ist. Die Komponenten dürfen niemals in direkten Kontakt mit der Oberfläche der Lap-Platte kommen. Durch die angetriebene Lap-Plate-Rotation übertragen die losen und rollenden Schleifpartikel innerhalb der Slurry-Schicht die Schneideenergie mit ihren scharfen Schneidkanten, indem sie in die Kontaktfläche der Bauteile eindringen und mikroskopische Materialspäne entfernen. Gleichzeitig wirkt das Schleifmittel über die Kontaktfläche sowohl der Komponenten als auch der Konditionierringe auf die Lap-Platte und verursacht Verschleiß, der, wenn er durch eine einstellbare radiale Ringausrichtung gesteuert wird, kugelförmige Krümmungsänderungen bewirkt, um einen flachen Lap-Plate-Zustand aufrechtzuerhalten.

Was geschieht während des Läppprozesses?
-Die Oberflächenbeschaffenheit wird modifiziert und in der Regel in qualitativen Werten für die Oberfläche und den Untergrund verbessert (glatter).
-Die Geometrie (Ebenheit) der bearbeiteten Oberfläche wird durch das Läppen flach oder kugelförmig.
-Eine gewisse Menge an Material wird von der geläppten Oberfläche des Werkstücks entfernt.

Der offensichtlichste Unterschied zwischen dem Läppen und den anderen großen Bearbeitungen besteht darin, dass beim Läppen kein Ein- oder Mehrpunktwerkzeug verwendet wird. Das Läppen schneidet Späne im Wege eines losen Schleifprozesses. Eine von mehreren verschiedenen Arten von präzisem mikrogradiertem Schleifmittelpulver wird in einem bestimmten Verhältnis mit Schneidflüssigkeit gemischt und auf eine rotierende Lap-Platte aufgetragen.

 

Compare lapping

 The compound material, percentage mixture volume, abrasive particle micron size and applied pressure determine the resulting stock removal rate and surface roughness. The mixture of abrasive and cutting fluid is called “slurry” or “lapping slurry”.The difference in the types of abrasives, as well as the size and cost will vary considerably so it is important to know which abrasive best suits your needs. The material to be lapped determines what type of abrasive is used, and the amount of material to be removed together with the specified surface finish governs the abrasive grain size. 

For example, extremely hard materials such as sapphire, carbides, and some ceramics require diamond or boron carbide. The medium hard materials, which includes harder metals and some aluminas, can be lapped with silicon carbide. Aluminum oxide is widely used in the glass and silicon industry because of its softer cut and lower cost. Keeping in mind that the abrasive charges the surfaces of your lap plates, it is almost always preferable to have your plates softer than the material being lapped, while the abrasive should be as hard as, or harder than the work pieces.

Grundlagen des Läppprozesses


-Eine sehr passive Form des Schleifens (Niederdruck, niedrige Drehzahl, geringe Abtragsleistung)
-Erfordert die Verwendung von mikrongroßen Schleifpartikeln (kein Gitter oder körniges Schleifmittel).
-Ein gewisses Maß an Bewegung ist auf dem Teil des Werkzeugs (Lap Plate), dem Werkstück oder beidem erforderlich.
-In den meisten Fällen wird das Läppen auf ebenen Oberflächen eingesetzt, nicht auf kugelförmigen Formen oder Konturen.
-Die Lap Plate ist in der Regel weicher, als das Werkstück.
Der Konditionierungs-/Retentionsring ist gleich hart oder härter als die Lap Plate.
-Läppen ist fast immer möglich.
-ein "Nassverfahren".
-Das Werkstück berührt niemals die Zwischenplatte.
-Nur eine kleine Menge Material (weniger als 5 Mikrometer oder mehr als 500 Mikrometer) wird von jeder Seite des Werkstücks entfernt.
Das Läppen ist immer ein Batch-Ladeprozess.

The term "lapping" is used to describe a number of various surface finishing operations where loose abrasive powders are used as the grinding agent at normally low speeds. It is a process reserved for products that demand very tight tolerances of flatness, parallelism, thickness or finish.

What is lapping?

How Does Lapping Work?

One or more parts are machined at the same time in a batch process. The abrasive is usually mixed with a liquid vehicle, either oil or water based. The pieces being lapped are captured in retaining rings. Workholders also called "carriers" may be used to keep the parts separated to prevent damage to their edges. The parts are dragged across the lap plate surface on to which the abrasive is being fed.

Lapping is an averaging process where the greatest material removal occurs where the high points of the surface of the part contact the flat lap plate. The object is to produce parts with a uniformly smooth and usually flat surface.A surface that has been lapped exhibits a dull, non-reflective and multi-directional appearance. This condition is referred to as “matte” finish. There may be slight reflectivity on materials lapped with very small micron size aluminum oxide abrasive. This is especially true if the material is relatively hard and the surface roughness measurement is perhaps 5 (.127 micron) micro-inch and below.

Very light “micro-scratches” may be viewed on lapped surfaces. Abrasive of larger micron size and harder compound will generate more micro-scratches in addition to deeper scratches. Most micro-scratches produced with small micron aluminum oxide abrasive will be less than .000001” (.025 micron) deep and can’t usually be measured with a profilometer. Micro-scratches should not be confused with deeper scratches produced by particles of contamination or other causes.

Factors to consider during the Lapping Process

  • Type of material being processed

    In the years Lapmaster Wolters has been serving industry, customers have asked us to process sample components involving just about every common engineering material known to man and some not so common materials. As our sciences and technologies advance, demands for more precise size tolerances, surface flatness and surface roughness become greater. Many of the technological advances are being derived from the use of new material compounds as well as more exotic natural materials. Lapping and polishing is a machining process that is very gentle and produces low stress levels in delicate and brittle materials. Yet these operations have the capability to process the hardest materials on the face of the earth. A small cross section example of the materials processed on Lapmaster machines is shown below.

  • Speed of plate

    Depending on the aspect ratio of the component, a lap plate speed must be selected that will not cause the component surface to oscillate, vibrate or depart the lap plate surface in any way. The surface requiring lapping must always register firmly and positively to the lapping or polishing plate surface.

  • Pressure on work-piece

    The amount of pressure applied to the components being lapped can effect resulting surface roughness by altering the slurry film thickness. The higher the pressure (3 P.S.I. maximum for conventional lapping) the thinner the film thickness and the greater the chance of “wiping” the components against the lap plate. When lapping to achieve fine surface roughness it is recommended to not exceed 2 P.S.I. for most common applications.

  • Plate material
  • Size and type of abrasive

    Abrasive compounds (fused and non-fused Al2O3; black and green SiC, B4C, mono-crystalline diamond and polycrystalline diamond) have crystal structure that determine the hardness, shape, number of cutting edges and friability of the material. Friability is the rating of the crystal bond strength that determines the force required for cleaving cutting edges from the crystal. Under the same conditions of PSI load, harder compounds (ex. SiC) penetrate the component material to a greater depth before edge cleavage than softer compounds (ex. Al2O3) thus generating greater surface texture. Flat hexagonal crystal shape has fewer sharp cutting edges and penetrates or gently shaves the component material less deeply than a blocky tetrahedron shape that gouges chips with a large number of protruding cutting edges. More friable abrasives (ex. Al2O3) require less force to break off cutting edges than less friable abrasives (ex. SiC). Another important factor regarding friability is the size of the crystal reduces as cutting edges break off. As the crystal becomes smaller it cuts smaller chips and generates lower surface roughness measurements.

  • Vehicle used & Abrasive to Vehicle Slurry Ratio

    The correct ratio must be used when lapping to obtain consistent, repeatable surface roughness. More importantly, the ratio is a factor of film strength and thickness. If the film thickness is too low the component material will tend to wipe closer to the lap plate and greater cutting energy will be transferred through the abrasive particles to the component material causing greater penetration, more severe scratching and higher surface roughness measurements.

  • Flatness of plate

    An important concept to understand is that the lap plate flatness measured across its diameter doesn’t need to be the same measurement as the component finished flatness specification. This is because the component conforms to a small span of the lap plate geometric spherical radius. The span of the component is its diameter, if circular, or the greatest length across the components lapped surface. In other words, a one inch diameter component will be lapped much flatter than a four inch diameter component when utilizing the same lap plate. The exact flatness required on the lap plate can be mathematically calculated using the trigonometry formula for the determination of cord length.

  • Feed system
  • Method of charging and conditioning the plate
  • Plate temperature

Fundamental Lapping Theory

The basic theory of lapping starts with the components being placed within the confines of conditioning rings directly onto the surface of a rotating lap plate that is coated with a precision film layer of slurry. The components should never come into direct contact with the lap plate surface. Through powered lap plate rotation, the loose and rolling abrasive particles within the slurry layer transfer cutting energy with their sharp cutting edges by penetrating the contact surface of the components removing microscopic chips of material. Concurrently the abrasive is acting on the lap plate via the contact surface of both the components and conditioning rings causing wear that when controlled by adjustable radial ring position will effect spherical curvature changes to maintain a flat lap plate condition.

What Takes Place During The Lapping Process?

  • The Surface Finish is modified and is usually improved in surface and sub-surface qualitative values (smoother)
  • Geometry (flatness) of the processed surface becomes flat or spherical in contour as a result of Lapping
  • Some amount of material is removed from the Lapped surface of the work

The most obvious difference between lapping and the other major machining operations is lapping doesn’t use a single or multiple point cutting tool. Lapping cuts chips by way of a loose abrasive process. One of several different types of precision micro-graded abrasive compound powder is mixed at a specific ratio with cutting fluid and dispensed onto a rotating lap plate.

Compare lapping

 The compound material, percentage mixture volume, abrasive particle micron size and applied pressure determine the resulting stock removal rate and surface roughness. The mixture of abrasive and cutting fluid is called “slurry” or “lapping slurry”.The difference in the types of abrasives, as well as the size and cost will vary considerably so it is important to know which abrasive best suits your needs. The material to be lapped determines what type of abrasive is used, and the amount of material to be removed together with the specified surface finish governs the abrasive grain size. 

For example, extremely hard materials such as sapphire, carbides, and some ceramics require diamond or boron carbide. The medium hard materials, which includes harder metals and some aluminas, can be lapped with silicon carbide. Aluminum oxide is widely used in the glass and silicon industry because of its softer cut and lower cost. Keeping in mind that the abrasive charges the surfaces of your lap plates, it is almost always preferable to have your plates softer than the material being lapped, while the abrasive should be as hard as, or harder than the work pieces.

Lapping Process Basics

  • A very passive form of grinding (low pressure, low speed, low removal rate)
  • Requires the use of micron-sized Abrasive Particles (not mesh or grit sized abrasive)
  • Some amount of movement is required on the part of the tool (lap plate), the workpiece or both
  • In most cases, lapping is utilized on flat surfaces, not spherical shapes or contours
  • The lap plate is usually softer that the work- piece
  • The Conditioning/Retaining Ring is same hardness or harder than the Lap Plate
  • Lapping is almost always
  • a “wet process”
  • The work-piece never contacts the lap plate
  • Only a small amount of material (as little as 5 microns or as much as 500 microns) is removed from each side of the work
  • Lapping is always a batch loading process 
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  • PRECISION SURFACING SOLUTIONS

    PRECISION SURFACING SOLUTIONS unterstützt Hersteller in einer Vielzahl von Branchen, in denen Präzisionsschleifen, Läppen, Polieren, Entgraten und Bearbeitungsgeräte für fortgeschrittene Werkstoffe häufig eingesetzt werden. Sie alle benötigen hochwertige, hochpräzise, ​​stabile und ausgereifte Maschinen, um hochwertige Werkstücke herzustellen.

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  • Micron

    Die seit 2009 in Deutschland produzierten MICRON-Maschinen sind kompakte und dynamisch steife Schleifmaschinen, die speziell für das Profilschleifen entwickelt wurden. MICRON ist ein Branchenführer in der Bearbeitung von Hydraulikkomponenten wie Statoren, Rotoren und Van-Pumpen.

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  • KEHREN

    KEHREN wurde 1934 gegründet und ist ein etablierter Entwickler und Hersteller von Präzisionsschleifmaschinen und -systemen in den folgenden Kategorien: Vertikalschleifzentren, Vertikalschleifzentren in Portalbauweise, Flachschleifmaschinen mit Drehtellern und horizontalen Spindeln sowie Flachschleifmaschinen mit Doppelrundtischen und Vertikalspindeln.

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    Die REFORM Grinding Technology GmbH hat sich am Standort Fulda auf den Vertrieb, die Entwicklung und die Produktion von Schleifmaschinen für verschiedene Anwendungen spezialisiert.

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  • aba Grinding

    Die Firma aba wurde 1898 unter dem Namen Messwerkzeugfabrik Alig & Baumgärtel Aschaffenburg gegründet, daher die Initialen aba. Heute konzentriert sich die aba Grinding Technologies ausschließlich auf die Weiterentwicklung und Produktion von Präzisionsflächen- und Profilschleifmaschinen.

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    Die ELB-Schliff Werkzeugmaschinen GmbH produziert seit über 60 Jahren Flach- und Profilschleifmaschinen. Das Unternehmen wurde von Edmund Lang in Babenhausen gegründet, woraus der Name "ELB-Schliff" entstand.

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  • Barnes Honing

    Seit 1907 gilt Barnes als weltweit führend in der Entwicklung innovativer Technologien und Verfahren zum Honen und Ausbohren. Die frühesten Barnes-Honmaschinen waren die ersten, die das Honen zu einem praktischen und effizienten Mittel machten, um Zylinderbohrungen für Kraftfahrzeuge in einer Produktionsumgebung zu bearbeiten.

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    1948 in Chicago als Hersteller von Läpp- und Poliermaschinen für den Gleitringdichtungsmarkt gegründet, hat sich Lapmaster zu einem weltweiten Lösungsanbieter für mehr als 20 Branchen wie Präzisionsoptik und moderne Materialien entwickelt.

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    Peter Wolters wurde 1804 in Deutschland gegründet und produziert seit 1936 Läpp-, Polier- und Feinschleifmaschinen. Peter Wolters lieferte 1961 seine erste Maschine für die Bearbeitung von Siliziumwafern und ist nach wie vor ein Branchenführer in den Bereichen Wafer-Polieren und Feinschleifen in der allgemeinen Industrie.

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