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Verfahren und Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Werkstücken aus ungleich- mässigen Werkstoffen
Bekannt ist das Ziehen, Glühen, Schleifen und darauf folgende Richten und Glattdrücken (Friemeln) und nochmalige Ziehen von Stahlstäben zu dem Zweck, hochglanzpolierte Stahlstäbe mit po-
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denen die Arbeitsflächen ungleichmässige Gefügestruktur und Oberflächenhärte haben, insbesondere \ on gegossenen Werkstücken mit spanloser, spanabhebender und darauf folgender spanloser Bearbeitung, sowie Vorrichtungen zur Vornahme der Bearbeitung.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist
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Passungen mit kleinster Toleranz die Arbeitsflächen der Werkstücke nach der spanabhebenden Vorbearbeitung durch Nachwalzen verdichtet, sodann mi : einem Schälfräser im wesentlichen bis zur Erreihung der Passung, ohne Durchschneiden der Eindringtiefe der Verdichtung, nachbearbeitet werden und die verbliebene Oberflächenrauhigkeit durch Nachwalzen eingeebnet wird.
Durch das erste Nachwalzen wird eine Verdichtung des Werkstoffes erzielt, die bei Stahl etwa 3 mm tief, bei Aluminium etwa 1 mm tief wirkt.
Bei ungleichmässigen Gefügestrukturen dringt jedoch das Nachwalzwerkzeug an weichen Stellen tiefer ein als an harten Stellen, so dass die zu bearbeitende Oberfläche weder passungshaltig noch gleichmässig hart wird. Durch das Schälfräsen werden dann die vorstehenden harten Stellen abgeschält, und durch das darauf folgende Nachwalzen wird dann sowohl eine praktisch gleichmässige Passgenauigkeit als auch eine gleichmässige Härte der Oberfläche erzielt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform für ein Nachwalzwerkzeug zur Bearbeitung von ebenen Flächen ergibt sich unter Benutzung von in einem Käfig geführten kegeligen Rollen, wenn in einem Halter eine Vielzahl kegelig ausgebildeter in einem freigelagerten Käfig geführter und an beiden Stirnenden abgestützter Rollen konzentrisch angeordnet sind, die an einem eine Laufbahn bildenden Kegel des Rollenhalters derart abrollen, dass die arbeitenden Mantellinien der Kegelrollen zur ebenen Arbeitsfläche des Werkstückes im wesentlichen parallel liegen. Mit einem solchen Werkzeug können ebene Flächen, nachdem sie spanabhebend vorbearbeitet sind, nachgewalzt und nach einem darauf folgenden, die gebildete Walzschicht nicht vollständig durchschneidenden Abfräsen oder Abschleifen
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tende Reibung, so dass sie auf der zu glättenden Fläche nicht schabend wirken können.
Bei vorbe-
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ist dagegen der Käfig einstückig mit dem Rollenhalter ausgebildet, so dass die Rollen am Rollenhalter und Käfig reibend umlaufen und unter Umständen auch am Werkstück reibend angreifen.
Die theoretischen Kegelspitzen der Rollen und
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der so weit über dem. Mittelpunkt der ebenen Arbeitsfläche liegt, dass die wirksamen Mantellinien der Rollen unter einem Winkel a = 15 bis 30'
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eckig mit nach aussen zunehmender Eindringtiefe, so dass ein Abblättern der Walzhaut des Werkstücks verhütet wird.
Zum Nachbearbeiten von hohlzylindrischen Werkstücken ergibt sich unter Benutzung von in einem zylindrischen Halter radial und schräg zur Achse angeordneten Schneidzähnen ein zur Durchführung der spanabhebenden Bearbeitungsphase vorteilhafter Schälfräser, wenn die Schneidkanten des Schälfräsers etwa dem herzustellenden Zylinderdurchmesser entsprechen, in ihrer Kantenrichtung kreisförmig gekrümmt und schräg zur Achse des
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dass besonders bei langen zu bearbeitenden Rohren und elastischer Verbiegung des Halters des Schälfräsers die Genauigkeit der Arbeit nicht beeinträch-
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tigt wird, und dass bei etwaiger Verstellung des Fräsers durch Verschwenkung der Schneidzähne die Endkanten der Schneidzähne keine Riefen in die Oberfläche des Werkstückes schneiden können.
Bei vorbekannten Schälfräsem sind dagegen die Schneidkanten gerade oder schraubenförmig und müssen der zu bearbeitenden Zylinderfläche genau angepasst sein, können aber bei elastischer Verbie-
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Schälfräsers ergibt sich, wenn die Schneidzähne zur Einstellung auf verschiedene Passungen oder
Durchmessergrössen um ein Gelenk schwenkbar sind, so dass sie bequem verstellt werden können.
Bei bekannten Fräsern mit verstellbaren Schneid- zähnen sind diese am Umfang einer elastisch ver- biegbaren gewölbten Platte angeordnet, die wohl eine geringe Verstellung auf verschiedene Passungen, aber keine grössere Verstellung auf verschie- dene Durchmesser zulässt. Bei einem anderen be- kannten Fräswerkzeug sind zwar radial expandier- bare keilförmige Verstellorgane vorgesehen, jedoch
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Richtung veränderbar ; verschiedene Durchmesser können nicht eingestellt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn der Schälfräser mit im wesentlichen auf einer Kugelfläche verlaufenden festen Schneidkanten von einem Halter getragen ist, auf dem er als Ganzes in verschiedenen Schrägstellungen zur Achse des Halters feststellbar ist.
Dies ermöglicht eine sehr bequeme und schnelle
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Nachschleifen des Fräsers. Bei bekannten Fräsern sind dagegen die Schneidzähne nur einzeln ver- stellbar, was sehr umständlich ist und ausserdem ein Nachschleifen der Zähne erfordert, damit die notwendige Genauigkeit erreicht wird.
Die Radien der Schneidkanten können zweck- mässig etwas grösser sein als der Radius des Fräsers im Mittelschnitt, so dass durch verschiedene Schrägstellung des Fräsers verschiedene Passungen ein- stellbar sind.
Die erste spanabhebende Bearbeitung der Ober- fläche von Werkstücken erfolgt wie bisher mit üb- lichen Werkzeugmaschinen.
Das Verdichten der Oberfläche im zweiten und vierten Arbeitsgang wird bei Bohrungen oder Wel- len mit bekannten Nachwalzwerkzeugen (Rollwerk- zeugen) durchgeführt.
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nungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. l ein Nach- walzwerk für ebene Flächen, die Fig. 2,2a und
2b einen Schälfräser und die Fig. 3-5 einen an- dern Schälfräser.
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Rollwerkzeug nach Fig. 1 verwendet, das die Flä- chen durch kreisende Bewegungen gemäss der Er- findung bearbeitet.
Für den spanabhebenden dritten Arbeitsgang wird für die Bearbeitung von ebenen Flächen oder
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Bohrungenoder schwachelliptische Schneidkanten haben.
Bei dem Rollwerkzeug nach Fig.
1, dessen Be-
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wiekegelig ausgebildeten Arbeitsrollen 1 in kegeligen Ausschnitten eines Rollenkorbes 2 gelagert und
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Um die bei dieser Anordnung gegebene Linienführung der Arbeitsrollen 1 auf der Ebene 8, die leicht zu Zerstörungen des Oberfächengefüges für;, zu beseitigen, werden die Kegelwinkel der
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gewählt, dass deren Spitzen in einem Punkt 9 zusammentreffen, der in einem kleinen Abstand von z. B. 0, 3 mm (bei 15 cm Werkzeug-Durchmesser der wirksamen Werkzeug-Grundfläche 8*) bis 6, 5 mm (bei 2 m Durchmesser) senkrecht über dem Planmittelpunkt 7 auf der Achse 6'des Halters 6 liegt, so dass die Mantellinien der Rollen 1 auf die Arbeitsfläche 8 unter einem Winkel a = 15 bis 30' einwirken.
Dadurch wird die Einebnung des Ge-
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arbeitungsmaschine in eine rotierende Bewegung gebracht, auf die zu bearbeitende Werlzstückfläche gedrückt und mit gleichmässigem Vorschub die Fläche entlanggeführt.
Die Fig. 2,2a und 2b zeigen ein Schneidwerkzeug, dessen Schneidzähne 10 auf verschiedene Durchmesser oder Passungen eingestellt werden können. Zu diesem Zweck sind die Schneidzähne 10 an der Schneidfläche kreisförmig ausgebildet und in Längsnuten 26 einer Nabe 1 1 gelagert, die auf einer Bohr- oder Fräswelle festlegbar ist. Durch
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seitig bzw. auf der Nabe 11 verstellbar sind, werden die Schneidzähne 10 mit einer an ihrem Schaftende ausgebildeten Kugelkalotte 14 gegen
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dem Ring 21 gesichert.
Um das Werkzeug im Durchmesser zu verän-
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12, 13 gegen-ring 12 auf dem Gewinde 28 der Nabe 11 gegen die Schneidzähne 10 geschraubt. Die Kante 29
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flächen 20 der Schneidzähne 10, so dass diese nach aussen bewegt werden. Durch Festschrauben des Druckringes 13 gegen die Schrägflächen 30 der Schneidzähne 10 wird die Einstellung gesichert.
Soll der Durchmesser kleiner werden, dann werden die Bewegungen der Druckringe 12, 13 auf der Nabe 11 in umgekehrter Weise durchgeführt.
Die Schneidkanten der Schneidzähne erhalten cine kugelig2 Ausbildung, deren Durchmesser gleich ist dem mittleren Durchmesser der herzustellenden Bohrungen, so dass das Werkzeug wie eine
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Zur Verminderung des Spandruckes ist die Schneidkante 22 der Schneidzähne 10 in einem
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24gesehen, rechts steigend und die Vorschubbewe- gung erfolgt in der Pfeilrichtung 25.
Zum Nachbearbeiten ebener Flächen wird das Werkzeug auf eine Fräswelle und das Werkstück auf einen Frästisch aufgespannt.
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messer mit dem Durchmesser der herzustellenden Bohrung übereinstimmt und die Arbeitsebene durch die Mitte des Schälfräsers verläuft.
Fig. 4 zeigt den gleichen Halter mit schräg zur Achse des Halters eingestelltem Schälfräser, so dass die Arbeitsebene schräg über den Schälfräser verläuft.
Fig. 5 zeigt den gleichen Halter mit einem ähnlichen Schälfräser, bei dem der Radius in der Mittel'ebene dem Radius einer kleinsten herzustellenden Bohrung entspricht, bei dem aber der Krümmungsradius der Schneiden grösser ist als der Radius in der Mittelebene.
Nach den Fig. 3 und 4 sitzt ein Schälfräser 31
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zwei Scheibenfedern 35,stellt, so dass alle Stellen der Schneidkanten nacheinander ausnutzbar sind. Die Einstellung erfolgt
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um ihre senkrecht zum Halter 34 angeordneten Querzapfen 39,40, die in Längsschlitzen 34', 34"
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vor- und zurückgeschraubt werden können. Durch die im Halter 34 axial verschraubbare Stellschraube 44 werden durch Druck auf den Zapfen 40 die Scheibe 36, der Schälfräser 31 und die Scheibe 37 nach erfolgter Einstellung fest gegen die Stellschrauben 41, 42 gedrückt, und dadurch wird der Schälfräser unverrückbar mit dem Halter 34 verbunden.
Die Fig. 5 zeigt einen ähnlichen Schälfräser 3 l', bei dem der Schneidenradius 45 in der Mittelebene mit dem Radius einer kleinsten zu fertigenden
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in der Bohrungsachse liegt.
Die Krümmungsradien 47 der Schneidkanten sind etwas grösser als der mittlere Radius des Frä-
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des Fräsers zur Achse des Halters in der Arbeitsebene 38 ein grösserer wirksamer Durchmesser und
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kann. Die Mittelpunkte 48 der Krümmungsradien 47 liegen hiebei in einem um den Fräsermittelpunkt 46 verlaufenden Kreis.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Nachbearbeiten von Werkstücken aus Werkstoffen, bei denen die Arbeitsflächen ungleichmässige Gefügestruktur und Ober- Hächenhärte haben, insbesondere von gegossenen Werkstücken, mit spanloser, spanabhebender und darauf folgender spanloser Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Passungen mit kleinster Toleranz die Arbeitsflächen der Werkstücke nach der spanabhebenden Vorbearbeitung durch Nachwalzen verdichtet, sodann mit einem Schälfräser im wesentlichen bis zur Erreichung der Passung, ohne Durchschneiden der Eindringtiefe der Verdichtung, nachbearbeitet werden und die verbliebene Oberflächenrauhigkeit durch Nachwalzen eingeebnet wird.