Oberflächenfeinstbearbeitung zur Leistungssteigerung von Einlippentiefwerkzeugen

von Dirk Biermann, Timo Bathe, Fabian Spaetling, ISF TU Dortmund 29. März 2018
TU Dortmund Oberflächenfeinstbearbeitung
Die Erzeugung von Bohrungen mit einer hohen Bohrungsgüte steht bei hochbelasteten Bauteilen, bspw. im Hochdruckbereich von Commonrail-Diesel-Injektoren, im Fokus aktueller Entwicklungen.

Aufgrund von höheren Anforderungen an die Emissionen von Stickoxiden (NOX) und Kohlenstoffdioxid (CO2) bestehen Bestrebungen im Bereich der Einspritztechnik, die Einspritzdrücke weiter zu erhöhen. Um einen sicheren Betrieb mit Einspritzdrücken > 3 000bar zu ermöglichen, ist eine hohe Bohrungsgüte durch einen minimalen Mittenverlauf und die Vermeidung von Riefen erforderlich. Zur Erfüllung dieser Anforderungen sind Optimierungsmaßnahmen der nach aktuellem Stand der Technik eingesetzten Werkzeuge nötig. In den folgenden Untersuchungen werden Ergebnisse zum Einsatz von Diamantschleifscheiben mit einem elastischen Schleifbelag, folgend Polierschleifscheiben, dargestellt. Durch den Einsatz einer Polierschleifscheibe ist es möglich, eine Verbesserung der Führungsleistentopographie bei gleichzeitiger Änderung der Werkzeugumfangsgestalt zu erreichen. Dies bietet das Potenzial, insbesondere bei der Verwendung von asymmetrisch aufgebauten Einlippentiefbohrwerkzeugen, die mit der Führungsleiste in Kontakt stehende Bohrungswand maßgeblich zu verbessern. Hintergrund dieser Optimierungsmaßnahme ist, dass die Bohrungswand durch die über die Führungsleisten abgetragenen Prozesskräfte eine Einebnung der Profilspitzen erfährt [1].

Durch die beschriebene tribologische Kontaktsituation zwischen Werkzeug und Bohrungswand unterliegen die Führungsleisten einer hohen mechanischen und thermischen Belastung, die zu einem Führungsleistenverschleiß führt. Durch eine Gestalt- und Oberflächenmodifikation der Führungsleisten besteht die Möglichkeit, sowohl die Schmierung in der Kontaktzone als auch die erzeugte Bohrungswand zu verbessern [2]. Die höhere Oberflächengüte der Führungsleiste führt hierbei zu einer gleichmäßigeren Einebnung der Profilspitzen, und die Änderung des Kühlschmiermittelstroms in den Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück vermindert das Auftreten von Verschleißeffekten (vgl. Abb. 1).

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