Neue koaxiale Grob- und Feinbearbeitung - Reiben und Honen im Kombiwerkzeug

30. Oktober 2020
Koaxiale Grob- und Feinbearbeitung - Reiben und Honen mittels Kombiwerkzeug FDream von Diahon [3]
Die Neuentwicklung betrifft ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen.

Die funktionsbedingt hohen Qualitätsanforderungen an Bohrungen machen oft viele Bearbeitungsoperationen in der industriellen Fertigung erforderlich. Besonders diffizile Bauteilbohrungen, wie bei Steuergehäusen, mit Ringnuten, verschieden langen Stegbreiten und schlechter Anlieferungsqualität der Rohbohrung sind eine fertigungstechnische Herausforderung. Mit der Neuentwicklung ist es gelungen, Reiben und Honen hintereinander zu schalten und koaxial in ein Werkzeug zu integrieren. Mit dieser Technik können mehrere Bearbeitungsstufen eliminiert und die Wirtschaftlichkeit und Qualität weiter verbessert und zukunftsfähig gemacht werden. Dieses Reibhonwerkzeug wurde von der Firma Diahon als FDream-Werkzeug erfolgreich entwickelt und inzwischen zur Produktionsreife gebracht. Das Kombiwerkzeug ist durch das eingetragene Gebrauchsmuster DE20 2020 102 652 U1 geschützt. Im Folgenden wird exemplarisch an einem relativ komplexen Bauteil, einem Steuergehäuse mit langer und vielfach unterbrochener Bohrung, der Prozess beschrieben.

Stand der Technik

In den meisten Fällen werden derzeitig in der industriellen Fertigung Funktionsbohrungen durch Grobbearbeitungen und anschließend durch Feinbearbeitungen auf die erforderliche funktionsnotwendige Endqualität gebracht. In der Regel sind dafür verschiedene Bearbeitungsverfahren bzw. Werkzeuge notwendig welche hintereinandergeschalteten durch Werkzeugwechsel zum Einsatz kommen. Die Grobbearbeitung im Abtragsbereich von bis ca. 0,5mm im Durchmesser erfolgt vorwiegend durch Bohren, Drehen oder Reiben, die Feinbearbeitung von bis zu 0,1mm im Durchmesser durch Reiben und verschiedene Honverfahren bzw. Honverfahrenskombinationen. Nach dem Stand der Technik wurden Steuergehäusebohrungen gemäß Bild 1 mit den Bohrungsabmessungen von Durchmesser 38 X 160mm und dem Werkstoff EN-GJS-500-7 (GGG 50) in 5 Arbeitsgängen wie folgt bearbeitet:

  • Arbeitsgang    Pilotreiben (erster Steg für Führung)
  • Arbeitsgang    einschneidig Reiben
  • Arbeitsgang    FDhone Vorhonen
  • Arbeitsgang    FDhone Zwischenhonen
  • Arbeitsgang    FDhone Fertighonen

Dieser herkömmliche Arbeitsablauf beinhaltet somit 5 Arbeitsgänge und 5 verschiedene Werkzeuge mit analog 5 Werkzeugwechseln auf der Bearbeitungsmaschine bei einer in Summe reinen Bearbeitungszeit von 180s. [1]

Neue Grob- und Feinbearbeitungstechnik mittels Kombiwerkzeug FDream

Bei den in der Literatur recherchierten Kombi-Werkzeugen mit den Bereichen Bohren, Reiben, Honen war wohl das Entstehen von Riefenziehern (Rückzugsriefen) verursacht durch die definierten Vorbearbeitungsschneiden eine größere Qualitätseinschränkung. Die Koaxialitätssicherung der verschiedenen Verfahrensstufen unter Berücksichtigung der Rundlauffehler war aus diesem Grund ein entscheidender Aspekt bei der Neuentwicklung eines Kombiwerkzeugs.
Die Ausgangsform der Bohrung liegt exemplarisch bei Bild 1 in Summe bei einer Qualitätsabweichung von ca. 0,1mm. Das neuentwickelte Kombiwerkzeug umfasst zur Grobbearbeitung vorgeschaltet den Reibring mit 9 PKD-Schneiden und sichert einen Abtrag von bis zu ca. 0,5mm im Durchmesser. Den Reibringschneiden mit einer Schneidenlänge von ca. 5mm ist der Honabschnitt nachgelagert. Der Honabschnitt ist konzipiert als geschlitzter Grundkörperabschnitt zur aufweitbaren Verschleißkompensation. In diesem Bereich sind 12 Diamanthonleisten D64 L x B = 100mm x 3mm am Umfang aufgebracht. In dieser 1. Honstufe werden etwa 0,025mm im Durchmesser abgetragen.
Der Honabschnitt ist derart ausgeführt, dass eine radiale Führung des Werkzeugs im Betrieb erreicht wird. Unter einer radialen Führung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Rotationsachsen sowohl des Honabschnittes als auch des Reibabschnittes im Betrieb in Vorschubrichtung fluchten. Dadurch kann ein Abdriften bei verschiedenen Krafteinwirkungen über die Bohrungslänge verhindert werden. Resultierend sind reproduzierbare maßhaltige kombinierte Bearbeitungen auch langer, unterbrochener Bohrungen. Der Honabschnitt erfüllt bei dieser Anordnung also eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die 1. Stufe der Honbearbeitung, das Vorhonen und zum anderen die spielfrei, stabile Führung des vorgeschalteten Reibabschnittes, so dass die Zylinderform (Rundheit, Geradheit) und Koaxialität über die ganze Bohrungslänge erreicht werden kann.
Das Werkzeug wird so eingestellt, dass der Durchmesser des Honbereichs um 20-25µm größer ist als der Durchmesser des Reibbereichs. Mit dieser Führungs- und Schneidtechnik können Rückzugsriefen der Reibschneiden beim Rückhub des Werkzeugs aus der Bohrung wirksam vermieden werden. Bei der neuen Kombiwerkzeug- bzw. FDream-Technik sind der 2. und 3. Arbeitsgang in einem Arbeitsgang gemäß Tabelle 2 vereint:

  • Arbeitsgang    Pilotreiben (erster Steg für Führung)
  • Arbeitsgang    9-schneidig Reiben und FDream-Vorhonen mit D64
  • Arbeitsgang    FDhone Zwischenhonen mit D46
  • Arbeitsgang    FDhone Fertighonen mit D25

Dieser neuentwickelte Arbeitsablauf mit dem Kombiwerkzeug FDream beinhaltet somit 2 Arbeitsgänge, auf der jeweiligen Bearbeitungsmaschine, bei einer in Summe reinen Bearbeitungszeit von 60s. [3]

Neuentwickeltes Kombiwerkzeug FDream von Diahon mit Festdornhonbereich, vorgeschaltetem Reibring und μ-matik Verschleißkompensation [3]

Verfahrenstechnologie

Bei dieser Bearbeitungstechnik sind die Werkzeuge fest mit der Hauptspindel und die Werkstücke fest in einer Aufnahmevorrichtung mit dem Aufspanntisch verbunden und positioniert. Der Werkzeugwechsel kann je nach Produktionsstückzahlen manuell oder automatisch erfolgen. Alle 3 Honstufen erfolgen mit den für diese Aufgabe prädestinierten Festdorn-Honwerkzeugen (FDhone). Diese Werkzeuge werden ähnlich wie Reibwerkzeuge eingesetzt. Das FDhone-Werkzeug wird auf den Fertigdurchmesser der jeweiligen Honstufe geschliffen und eingestellt. Die Bearbeitung der Bohrung erfolgt in der Regel in einem Doppelhub (Arbeitshub) und einem Ausfeuerhub. Die FDhone-Technologie eignet sich speziell bei hohen Anforderungen an die Zylinderform und Durchmesser von unterbrochenen Bohrungen (z.B. Ventilblöcke oder Steuergehäuse) oder auch für kurze Durchgangsbohrungen ohne die Anforderungen eines definierten Honwinkels in der Oberfläche. Je nach Forderung an die Qualität können mehrere Honoperationen hintereinandergeschaltet oder auch Kombinationen mit den aktiv aufweitenden Honwerkzeugen angewendet werden. Das robuste FDhone-Werkzeugkonzept hat neben der beschriebenen Vorteile auch weitere Vorteile in der Wirtschaftlichkeit. Während man beim konventionellen Honen in der Regel bei Schnittgeschwindigkeiten kleiner 100m/min arbeitet, liegt man bei dem vorliegenden Beispiel (s. Bild 1, Tabelle 2) bei bis zu 140m/min, was sich entsprechend in der geringen Taktzeit niederschlägt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist allerdings, dass bei den relativ großflächigen Honschneidflächen und der Intensivzerspanung ausreichend viel Kühlschmierstoff an die Wirkstelle kommt. Beim vorliegenden Fall ist eine Innen- und Außenkühlung integriert. Die bisher erzielten Form-, Lage- und Rauheitstoleranzen sind in Tabelle 3 wiedergegeben. [1,2,3]

  • Durchmesser    38,000 +0,002
  • Zylinderform    <2µm
  • Rundheit    <2µm
  • Geradheit    <2µm
  • Oberfläche    < 0,2 µm Ra

 

Zusammenfassung

Es sind wenige Beispiele von Kombinationswerkzeugen bei der Feinbearbeitung bekannt. Am häufigsten werden allerdings bei Verfahrensgleichheit, Doppelhonwerkzeuge zum Vor- und Fertig- oder dem sogenannten Plateauhonen eingesetzt. Diese Technik ist allerdings nur bei größeren Durchmessern umsetzbar. Insofern stellt das neuentwickelte und zum Patent angemeldete Kombiwerkzeug FDream der Firma Diahon einen wesentlichen Fortschritt in diesem Honsegment dar. Der entscheidende Aspekt hierbei ist die Doppelfunktion des Honabschnitts. Mit den schneidenden, bohrungsfüllenden Honleisten wird vorgehont und gleichzeitig das Werkzeug stabil geführt und der koaxiale Reibprozess gesichert. Rückzugsriefen durch Reibschneiden bzw. Wendeschneidplatten beim Rückhub oder Ausfeuerhub werden bei dieser Technik vermieden, da der Borhungsdurchmesser nach der FDream-Bearbeitung um das Vorhonaufmaß größer als der geriebene Durchmesser ist.
Mit dieser Neuentwicklung ist, wie die Ausführungen zeigen, wieder ein Schritt zur weiteren Verbesserung von Wirtschaftlichkeit und Qualität bei der Endbearbeitung von Bohrungen gelungen. Die Anzahl der Arbeitsgänge konnte von fünf auf vier und die reine Bearbeitungszeit auf ein Drittel reduziert werden.

 

Sie finden den vollständigen Artikel in der nachfolgenden Pdf-Datei.

Kategorien