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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten von Oberflächen gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1, ein dafür
geeignetes Glättwerkzeug
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und ein Werkstück nach
Patentanspruch 19.
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Derartige
Verfahren und Glättwerkzeuge
finden beispielsweise beim Feinarbeiten von Oberflächen eines
Pleuels Verwendung. Bei Verbrennungsmotoren ist ein Kolben über einen
Kolbenbolzen an einem kleinen Pleuelauge des Pleuels gelagert, dessen
großes
Pleuelauge mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Bisher wurde in
das kleine Pleuelauge eine Lagerbuchse eingesetzt. Im Zuge von Bestrebungen zum
Leichtbau und zur Kostenminimierung soll auf diese Lagerbuchse verzichtet
werden, so dass das kleine Pleuelauge direkt den Kolbenbolzen umgreift. Dabei
ist es erforderlich, die Lagerfläche
des kleinen Pleuelauges mit hoher Präzision zu fertigen. Bisher wurde
das kleine Pleuelauge rund, elliptisch und/oder in Kolbenbolzenlängsachse
trompetenförmig
durch Feindrehen ausgebildet. Es zeigte sich, dass die durch Feindrehen
erzielbare Oberflächenqualität nicht
gut genug ist, um die Standfestigkeit der Lagerverbindung zu gewährleisten.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass man insbesondere bei buchsenlosen
Schmiedepleueln einen verstärkten
Verschleiß beobachtet
hat. Die Anmelderin hat festgestellt, dass dieser verstärkte Verschleiß auf Seigerungen
in dem gegossenen Rohling zurückzuführen ist.
Derartige Seigerungen (schwarze Seelen) sind Entmischungen der Schmelze
beim Gießvorgang.
Diese Bereiche weisen eine höhere
Härte als
das reguläre
Gefüge
des Werkstückes
auf. Stellt man aus einem derartigen Gießrohling durch Schmieden ein
Pleuel her, so werden die Seigerungen besonders in den mittleren
Umfangsbereichen des großen
und kleinen Pleuelauges auftreten, so dass die Lagerpaarung in diesem
Bereich verschleisst Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein
Werkzeug zu schaffen, mit dem bei einfachem vorrichtungstechnischem
Aufwand die Oberflächenqualität derartiger Oberflächen verbessert
ist. Des Weiteren soll ein Werkstück mit verbesserter Oberflächenqualität und Verschleißfestigkeit
geschaffen werden.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination
des Patentanspruches 1 und durch ein Glättwerkzeug gemäß Patentanspruch
11 und durch ein Werkstück
gemäß Patentanspruch
19 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Feinbearbeitung der Oberfläche
durch partielles Umformen, wobei ein Glättwerkzeug eingesetzt wird,
das mit einer balligen Oberfläche
gegen die zu bearbeitende Oberfläche
gedrückt
und entlang dieser bewegt wird. Die Erfindung wendet sich somit
ab von herkömmlichen Feinstbearbeitungsverfahren,
bei denen die Oberfläche
durch spanabhebende Bearbeitung geglättet wird. Die Besonderheit
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass ein balliger Glättkörper lediglich gegen die Oberfläche gedrückt wird,
und selbst keine Rotation oder dergleichen – wie beispielsweise beim Rollieren – durchführt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und das erfindungsgemäße Glättwerkzeug
lassen sich mit besonders gutem Erfolg bei der Feinbearbeitung eines Pleuelauges
einsetzen.
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Der
Schaft des Glättwerkzeugs
ist vorzugsweise in einen radial zustellbaren Zustellkopf eingespannt.
Beispielsweise ist der Zustellkopf als Membrankippkopf ausgebildet.
Durch einen derartigen Zustellkopf können im Querschnitt ovale oder
in Achsrichtung trompetenförmige
Lagerausnehmungen, mit Ausnehmungen versehene oder auf sonstige
Weise strukturierte Oberflächen
geschaffen oder bearbeitet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der ballige Glättkörper an
einem im Wesentlichen biegesteifen Werkzeugschaft gelagert und somit nicht
durch Federvorspannung oder dergleichen in Eingriffsrichtung vorgespannt.
Bei bestimmten Anwendungsfällen
kann es jedoch auch erforderlich sein, den balligen Glättkörper elastisch
in Eingriffsposition vorzuspannen. In diesem Fall kann der den Glättkörper aufnehmende
Bereich elastisch ausgeführt
sein. Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Werkzeugschaft als Parallellenker ausgebildet,
der beispielsweise durch Erodieren aus dem Werkzeugschaft frei geschnitten
ist. Bei einer alternativen Variante der Erfindung ist der Werkzeugschaft
mittels zumindest einer Feder, insbesondere einer Blattfeder, als
Federlenker ausgebildet. Durch Prozessüberwachung mit einem Mikromesstaster,
der die Auslenkung des Parallellenkers erfasst, wird bestätigt, dass
die Durchmessergenerierung beispielsweise mit einem Anteil von 5 μm Glättung rotationssymmetrisch
stattgefunden hat.
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Als
Glättkörper wird
vorzugsweise ein Naturdiamant oder ein entsprechend harter Werkstoff
ausgebildet. Beispielsweise findet eine Diamantkugel oder ein Diamantkugelsegment
Verwendung. Der Radius einer Glättfläche des
Glättkörpers liegt
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Bereich von etwa 2 bis 6 mm.
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Bei
einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird das Glättwerkzeug
etwa entlang der gleichen Bewegungsbahn wie die des zuvor verwendeten
Bearbeitungswerkzeugs geführt.
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Das
Glättwerkzeug
wird vorzugsweise mit einem vorbestimmten Anpressdruck oder einer
bestimmten Vorspannung gegen die Oberfläche gedrückt. Dies wird dadurch erreicht,
dass der Anpressdruck des Glättwerkzeuges
oder die Vorspannkraft des Glättwerkzeuges
an die Oberfläche
in einem vorbestimmten Toleranzbereich gehalten wird. Durch ein derartiges
Verfahren lassen sich wesentlich geringere Rauhtiefen als durch
herkömmliche
Verfahren erzielen. Die bei Vorversuchen erreichte Rauhtiefe war geringer
als 1/1000 mm. Durch eine geeignete Prozessüberwachung der Anpresskraft
wird bestätigt, dass
die Durchmessergenerierung, beispielsweise mit einem Anteil von
5 μm Glättung rotationssymmetrisch
stattgefunden hat. Die gewünschte,
konstante Anpresskraft kann beispielsweise aufgrund der auf den
Glättkörper wirkenden
Fliehkraft erreicht werden und ist durch die Drehzahl des Glättwerkzeugs
einstellbar.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn in der zu behandelnden
Oberfläche
Ausnehmungen ausgebildet sind; diese können als umlaufende Nut, spiralförmig oder
kreuzförmig
umlaufend ausgeführt
sein oder aber auch als abschnittweise ausgebildete Taschen. Durch
geeignete Ansteuerung des Glättwerkzeuges
ist es in manchen Fällen vorteilhaft,
wenn das Glättwerkzeug
im Bereich dieser Ausnehmungen außer Eingriff gebracht wird,
um Spannungsspitzen und somit eine Beschädigung des Werkstücks bzw.
des Glättwerkzeuges
zu vermeiden. Des Weiteren ist es möglich Ausnehmungen, beispielsweise
Schmiermulden, mit dem Glättwerkzeug in
die Oberfläche
des Bauteils einzubringen. Ein derartiges Werkzeug kann als Kombiwerkzeug
mit einer kleinen Kugel zum Einbringen der Mulde und einer großen Kugel
zum Glätten
des Durchmessers ausgebildet sein.
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Die
Maßhaltigkeit
der zu bearbeitende Oberfläche
lässt sich
weiter verbessern, wenn das Vorbearbeitungswerkzeug zunächst auf
das theoretische Einstellmaß voreingestellt
wird und anschließend
die Vorbearbeitung, beispielsweise das Feinbohren mittels Steuerung
oder Verstellen der Werkzeugschneide erfolgt, bis die Mitte oder
ein sonstiger Wert innerhalb des Toleranzbereiches erreicht ist.
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In
einem folgenden Schritt wird dieser Wert als Nullmaß in der
Maschine abgenommen und auf eine Messstation – einen sogenannten Meister – übertragen
und fixiert.
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Bei
einem Werkzeugwechsel kann dann dieses Nullmaß vom Meister abgenommen und
in der Maschine auf das Werkzeug übertragen werden. Diese Übertragung
kann mittels der Maschinensteuerung oder direkt durch Verstellung
in der Werkzeugschneide (Zustellwerkzeug) erfolgen.
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Bei
einer bevorzugten Variante der Erfindung wird nach dem Glätten überprüft, ob das
Glättwerkzeug
auf Position ist. Dadurch kann beispielsweise festgestellt werden,
ob der Glättkörper beschädigt oder überhaupt
noch vorhanden ist.
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Die
eingangs genannte Vorspannung wird so eingestellt, dass sich auch
die Deformation (Abplatten) des Glättwerkzeuges während der
Glättbearbeitung
kompensieren lässt.
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Als
fertigungstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen,
wenn das Glättwerkzeug
als Kombiwerkzeug mit zumindest einer Vorbearbeitungsschneide ausgeführt ist.
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Vorzugsweise
ist die Vorbearbeitungsschneide etwa diametral zu dem Glättkörper angeordnet,
so dass durch eine Schwenkbewegung wahlweise das Glättwerkzeug
oder die Vorbearbeitungsschneide in Eingriff bringbar ist.
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Zur
Verbesserung des Verschleißverhaltens wird
mit der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, insbesondere bei Schmiedeteilen
im mittleren Bereich der Umfangswandungen von Lagerbohrungen/-ausnehmungen – beispielsweise
dem großen und
kleinen Pleuelauge – eine
Umfangsnut auszubilden. Diese Umfangsnut ist so ausgelegt, dass
die Seigerungen teilweise abgetragen werden und somit nicht mehr
im Haupttragbereich der Lagerbohrung liegen, so dass überraschender
Weise die Verschleißfestigkeit
gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
wesentlich verbessert werden kann.
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Unter
Umständen
kann es jedoch auch ausreichen, die Umfangswandung der Lagerausnehmung
und die umlaufende Nut nur durch Feindrehen zu bearbeiten, wobei
dann wesentlich ist, dass die Seigerungen nicht mehr im Haupttragbereich
des Lagers liegen. Die Anmelderin behält sich vor, auf das Ausbilden
einer Nut – unabhängig vom
Bearbeitungsverfahren – einen
eigenen unabhängigen
Anspruch zu richten.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Darstellungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
zu bearbeitendes Pleuel;
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Glättwerkzeuges
gemäß eines
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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3 eine
Vorderansicht des Glättwerkzeug aus 2 eingesetzt
in einen Hohlschaftkegel;
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4 eine
räumliche
Darstellung des in eine Spindel einer Werkzeugmaschine eingesetzten Glättwerkzeugs
aus 3;
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5 eine
Seitenansicht des Membrankippkopfs mit Glättwerkzeug aus 4;
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6 eine
Seitenansicht des Membrankippkopfs mit Glättwerkzeug aus 5 im
ausgelenkten Zustand;
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7 eine
Draufsicht des Membrankippkopfs mit Glättwerkzeug aus 6;
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8 eine
Seitenansicht eines elastisch ausgebildeten Werkzeugschafts;
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9 eine
vergrößerte Darstellung
des Glättwerkzeugs
aus 8;
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10 eine
Seitenansicht eines als Kombiwerkzeug ausgeführten Glättwerkzeugs;
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11 eine
Seitenansicht des Kombiwerkzeugs aus 10;
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12 eine
Seitenansicht des Kombiwerkzeugs bei dem das Glättwerkzeug in Eingriff ist;
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13 eine
Seitenansicht des Kombiwerkzeugs bei dem die Vorbearbeitungsschneide
in Eingriff ist;
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14 eine
Eindringkurve des Glättkörpers in
Abhängigkeit
der Vorspannkraft;
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15 eine
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
geglättete
Oberfläche
und
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16 die
Rautiefen einer fein gebohrten und einer geglätteten Lagerausnehmung eines
Pleuels.
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1 zeigt
ein zu bearbeitendes Pleuel 1, dessen kleines Lagerauge 2 mit
hoher Qualität
oberflächenbearbeitet
werden soll, so dass ohne Verwendung einer Lagerbuchse ein Kolbenbolzen
eines Kobens (nicht dargestellt) einsetzbar ist. Zur Feinbearbeitung
findet ein in 2 schematisch dargestelltes Glättwerkzeug 4 Verwendung,
bei dem an einem Werkzeugschaft 6 ein balliger Glättkörper 8 eingesetzt
ist. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Glättwerkzeug 4 biegesteif
ohne Elastizität ausgeführt ist.
Der Glättkörper 8 besteht
vorzugsweise aus einem Naturdiamanten oder einem vergleichbarem
Werkstoff und ist mittels einer in eine Aufnahmebohrung 10 des
Werkzeugschafts 6 eingesetzten Klemmschraube 12 im
Werkzeugschaft 6 derart befestigt, dass eine ballige oder
kugelförmige
Glättfläche 14 in
Radialrichtung aus dem Werkzeugschaft 6 auskragt. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist
diese Glättfläche 14 mit
einem Radius von etwa 2,75 mm ausgeführt, selbstverständlich können auch andere
Radien, beispielsweise ein Radius von 5 mm verwendet werden.
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3 zeigt
das Glättwerkzeuges 4 aus 2 mit
biegesteifem Werkzeugschaft 6, der in einen herkömmliche
Hohlschaftkegel (HSK) 16 eingesetzt ist, der seinerseits – wie in 4 dargestellt – in ein
radial zustellbares Werkzeug einsetzbar ist, so dass der Glättkörper 8 gegen
die zu bearbeitende Oberfläche
vorgespannt und zugestellt werden kann.
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Diese
Werkzeuganordnung kann dann gemäß 4 in
eine Spindel 18 einer Werkzeugmaschine 20 eingesetzt
werden, so dass der Glättkörper 8 entlang
einer vorbestimmten Bewegungsbahn im Pleuelauge 2 (siehe 1)
bewegbar ist. Dabei wird es bevorzugt, wenn die Bewegungsbahn in
etwa derjenigen entspricht, die beim Feinbohren eingestellt ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Glättwerkzeug 4 in
einen Membrankippkopf 22 eingesetzt.
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Gemäß 5 hat
ein derartiger Membrankippkopf 22 eine in Axialrichtung
verstellbare Gabel 24 mit einer schräg zur Längsachse verlaufenden Gabelnut 26,
in die ein Zapfen 28 eines Werkzeugkopfes 30 eintaucht.
Dieser Werkzeugkopf 30 steht derart in Wirkverbindung mit
einer Membran 32, dass bei einer Verschiebung der Gabelnut 26 der
Werkzeugkopf 30 gekippt und somit das Glättwerkzeug 4 – wie in 6 dargestellt – in Radialrichtung
ausgelenkt wird und eine radiale Zu- oder Rückstellbewegung durchführt. Hierzu
ist der Werkzeugkopf 30 gemäß 7 mittig
zwischen zwei Stegen 34, 36 angeordnet, die eine
Schwenkachse ausbilden. Durch entsprechende Ansteuerung des Membrankippkopfes 22 kann
die Glättfläche 14 des
Glättkörpers 8 in eine
vorbestimmte Relativposition zur der zu bearbeitenden Oberfläche gebracht
werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird es bevorzugt, wenn die Glättfläche 14 gegenüber der
zu bearbeitenden Oberfläche
mit 10 μm
vorgespannt wird. Das heißt, die
Glättoberfläche 14 ist
gegenüber
der zu bearbeitenden Oberfläche
in Radialrichtung 10 μm
ins Werkstück
hinein vorgespannt und gibt somit die Glättebene vor.
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Bei
besonderen Anforderungen könnte
es erforderlich sein, den Werkzeugschaft 6 mit einer gewissen
Elastizität
auszuführen.
In diesem Fall kann der den Glättkörper 8 aufnehmende
Bereich elastisch ausgeführt
sein. Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt dies durch einen Parallellenker 38, der beispielsweise
durch Erodieren aus dem Werkzeugschaft 6 frei geschnitten
ist. Dies wird im Folgenden anhand 9 näher erläutert, die
eine vergrößerte Darstellung
des Glättwerkzeugs 4 aus 8 zeigt.
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Wie
insbesondere 9 zu entnehmen ist, hat der
Parallellenker 38 zwei Schenkel 40, 42,
die über
einen den Glättkörper 8 aufnehmenden
Steg 44 verbunden sind. Der Glättkörper 8 ist über eine
Abstimmplatte 46 an dem Steg 44 abgestützt und
mittels der Klemmschraube 12 an diesem gehalten. Die Schenkel 40, 42 und
der Steg 44 sind um etwa 0,5 mm zu einem Mittelteil 48 des
Werkzeugschafts 6 beabstandet, wobei in den Schenkel 40 eine
Einstellschraube 50 eingeschraubt ist, die sich an dem
Mittelteil 48 abstützt.
Mittels der Einstellschraube 50 kann die Vorauslenkung
des Glättwerkzeugs 4 und die
Steifigkeit des Parallellenkers 38 eingestellt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Mittelteil 48 von einer Aufnahme 52 durchsetzt,
in der ein Elastomerkörper 54 aufgenommen
ist.
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Dieser
Elastomerkörper 54 ist
mittels eines ersten Endabschnitts über ein Befestigungselement 56 an
dem linken Schenkel 40 des Parallellenkers 38 und
mit seinem zweiten Endabschnitt an dem zweiten Schenkel 42 des
Parallellenkers 38 abgestützt. Der Elastomerkörper 54 dient
als Dämpfungselement und
zur Abstimmung der Steifigkeit des Glättwerkzeugs 4. Bei
einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
findet anstelle des Elastomerkörpers 54 ein Öldämpfer Verwendung.
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Die
Vorbearbeitung und das Glätten
werden beispielsweise an zwei Stationen durchgeführt. Bei der Bearbeitung eines
Pleuels 1 (siehe 1) erfolgt die
Vorbearbeitung vorzugsweise durch Feinbohren mit einem vorzugsweise
in Radialrichtung verstellbaren Feinbohrkopf. Dieser Feinbohrkopf
wird zunächst laut
dem theoretischen Einstellmaß auf
einem geeigneten Messgerät
bspw. einem Werkzeugvoreinstellgerät voreingestellt. Anschließend erfolgt
das Feinbohren, wobei mittels der Maschinensteuerung oder Verstellen
der Werkzeugschneide die Bearbeitung so lange erfolgt, bis die Mitte
des Toleranzbereichs oder ein anderer vorbestimmter Wert innerhalb
des Toleranzbereiches erreicht ist. Dieses Istmaß wird dann in der Maschine
als Nullmaß abgenommen
und dieses Nullmaß auf
ein Messgerät,
einen so genannten Meister übertragen
und fixiert. Bei einem Werkzeugwechsel kann dieses Nullmaß dann direkt
vom Meister abgenommen und in der Maschine mittels Werkzeugmaschinensteuerung
oder Verstellung der Schneide (Radialwerkzeug) auf das Feinbohrwerkzeug übertragen
werden. Mit dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, dass das Feinbohren
mit größtmöglicher
Präzision
und Reproduzierbarkeit erfolgt, so dass durch das nachfolgende Glätten eine
auch höchsten
Anforderungen entsprechende Bauteilgeometrie mit vorbestimmter minimaler
Rautiefe (kleiner als 1 μm)
erfolgt. Wie eingangs beschrieben, ist der Glättkörper 8, vorzugsweise
die Diamantkugel in einen radial verstellbaren Zustellwerkkopf eingesetzt. Die
Steuerung ist so angelegt, dass die Anpresskraft bzw. der Anpressdruck
des Glättkörpers 8 an
die zu bearbeitende Oberfläche
während
der Bearbeitung geregelt werden kann, so dass er innerhalb eines vorbestimmten
Toleranzbereiches verbleibt und somit stets eine gewisse Vorspannung
(etwa 10 μm) wirksam
ist. Durch diese Vorspannung können
auch geringe, ungewünschte
Ovalitäten
aus dem Feinbohren ausgeglichen werden.
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Der
radial verstellbare Zustellkopf ermöglicht es, auch Oberflächen mit
Ausnehmungen – beispielsweise
zum Ausbilden von Schmiertaschen etc. – zu bearbeiten. Dabei wird
es bevorzugt, den Glättkörper im
Bereich dieser Schmiertaschen durch Verstellen des Zustellkopfs
außer
Eingriff zu bringen, so dass der Glättkörper nach Überfahren dieser Ausnehmung
keiner Schlagbeanspruchung ausgesetzt ist, da er erst nach diesem Überfahren
wieder in Eingriff gebracht wird.
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Nach
Durchführen
des Glättvorgangs
wird über
ein Messgerät
geprüft,
ob der Glättkörper 8 noch
auf Position ist und ob gegebenenfalls ein Verschleiß vorliegt,
der dann entsprechend kompensiert werden kann. Eine entsprechende
Verschleißmessung
erfolgt auch bei der Vorbearbeitung (Feinbohren), wobei das Werkzeug
jeweils nach der Bearbeitung eines Werkstücks vermessen und gegebenenfalls
vorliegender Verschleiß gespeichert
und durch eine stationsorientierte Verschleißkompensation ausgeglichen
wird (Offset-Korrektur). Diese Korrektur kann über einen gleitenden Mittelwert
erfolgen, wobei beispielsweise bei einem Werkzeugwechsel eine hauptzeitfreie
Messteilausschleusung mit aktueller Messanzeige und gegebenenfalls
durchzuführender Offset-Korrektur
erfolgt.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines als Kombiwerkzeug 58 ausgeführten Glättwerkzeugs 4 mit
einer Vorbearbeitungsschneide 60, durch die praktisch das
Feinbohren erfolgt, wobei in einem folgenden Schritt durch Verschwenken
des Werkzeugs 4 der Glättkörper 8 mit
seinem Kugelsegment in Eingriff gebracht werden kann.
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Gemäß 11,
die eine Seitenansicht des Kombiwerkzeugs 58 aus 10 zeigt,
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorbearbeitungsschneide 60 etwa
diametral zu dem Glättkörper 8 angeordnet
ist, so dass durch eine Schwenkbewegung wahlweise der Glättkörper 8 oder
die Vorbearbeitungsschneide 60 in Eingriff bringbar ist.
Dies wird im Folgenden anhand der 12 und 13 näher erläutert, die
das Kombiwerkzeug 58 im Eingriff mit der Vorbearbeitungsschneide 60 bzw.
im Eingriff mit dem Glättkörper 8 zeigen.
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In 12 ist
ein radial zustellbarer Zustellkopf gezeigt, in den das Kombiwerkzeug 58 einsetzbar
ist. Der Zustellkopf ist als Membrankippkopf 22 mit einer
in Axialrichtung verstellbare Gabel 24 mit einer schräg zu Längsachse
verlaufenden Gabelnut 26 ausgebildet, in die ein Zapfen 28 des
Werkzeugkopfes 30 eintaucht. Dieser Werkzeugkopf 30 steht
derart in Wirkverbindung mit einer Membran 32, dass bei einer
Verschiebung der Gabelnut 26 der Werkzeugkopf 30 gekippt
und somit das Glättwerkzeug 4 – wie in 12 dargestellt – oder die
Vorbearbeitungsschneide 60 – wie in 13 dargestellt – in Eingriff ist.
Das heißt,
durch entsprechende Ansteuerung des Membrankippkopfes 22 kann
die Glättfläche oder
die Vorbearbeitungsschneide 60 in eine vorbestimmte Relativposition
zur der zu bearbeitenden Oberfläche gebracht
werden.
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14 zeigt
eine Eindringkurve 62 des Glättkörpers 8 in Abhängigkeit
der Vorspannkraft F. Die Kraft-Eindringtiefekennlinie verläuft relativ
flach mit einem Gradienten von etwa 0,5 N/μm. Der Betrieb des Glättwerkzeugs 4 erfolgt
vorzugsweise im Auslenkbereich zwischen 25–50 μm und ist durch einen Festanschlag
einstellbar. Der Glättkörper 8 beginnt gemäß 14 ab
einer Vorspannkraft von etwa 40 N in die Oberfläche des Bauteils einzudringen.
Bei einer Vorspannkraft von etwa 75 N wird beispielsweise eine Eindringtiefe
von 50 μm
erreicht.
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Gemäß 15 lässt sich
durch das erfindungsgemäße Glättverfahren
eine exzellente Oberflächenqualität erzielen,
die eine Rauhigkeit RZ von 0,8 ermöglicht – derartige Rautiefen sind
durch Feinbohren praktisch nicht erzielbar.
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16 zeigt
eine konkrete Messung der Rautiefe anhand einer Kurve 64,
wobei die Rauhigkeit nach dem Feinbohren rechts dargestellt ist
und etwa 2,5 bis 4 μm
beträgt.
Durch das Glättverfahren gemäß der Erfindung
kann eine links dargestellte Rautiefe von weniger als 1 μm, beispielsweise
von 0,7 μm
erzielt werden. Die dadurch hergestellten Pleuelaugen 2 (siehe 1)
weisen eine exzellente Qualität
auf und haben sich in Standzeitversuchen bewährt, so dass die Verwendung
von herkömmlichen
Lagerbuchsen nicht länger
erforderlich ist. Es zeigte sich, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Glättverfahren
die Rundheit gegenüber
fein gebohrten Konturen noch weiter verbessern lässt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
lassen sich nahezu beliebige Konturen, beispielsweise runde Ausnehmungen,
elliptische Ausnehmungen (Ellipse ca. 10 µm) oder in Längsrichtung
trompetenförmige
Konturen ausbilden.
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Selbstverständlich ist
das Verfahren und das Glättwerkzeug 4 nicht
auf die Anwendung bei Pleuelaugen 2 beschränkt, sondern
kann auch bei anderen Oberflächen
mit hoher Oberflächengüte eingesetzt werden.
So kann das erfindungsgemäße Verfahren und
das Glättwerkzeug 4 auch
bei der Bearbeitung von Zylinderbohrungen eingesetzt werden, wobei
in den Umfangswandungen die vorgeschriebenen Schmiertaschen (spiralförmig, Kreuzmuster
...) ausgebildet sein können.
Das erfindungsgemäße Verfahren
und das Glättwerkzeug 4 kann
als Alternative zum Honen eingesetzt werden, das einen erheblichen
werkzeugmaschinentechnischen und steuerungstechnischen Aufwand erfordert.
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Wie
eingangs erläutert,
eignet sich die Erfindung insbesondere auch zur Anwendung bei Werkstücken, bei
denen im Bereich der Umfangswandungen der Lagerausnehmungen Seigerungen
auftreten. Da diese Seigerungen bei aus Rundmaterial geschmiedeten
Werkstücken
im Wesentlichen im mittleren Umfangsbereich ausgebildet sind, wird
erfindungsgemäß eine umlaufende
Nut in diesen Mittelbereich der Umfangswandungen eingebracht. Diese Nut
kann bei einem Pleuel einen oder mehrere Millimeter, beispielsweise
etwa 3 mm breit sein, wobei die Tiefe lediglich einen Bruchteil
der Breite beträgt.
So lässt
sich das Verschleißverhalten
des Werkstücks bereits
bei Nuten mit einer Tiefe zwischen 1 µm und 5 µm verbessern. D.h. die Breite
der Nut und die Tiefe der Nut sind dabei erfindungsgemäß in einem
Verhältnis
von mehr als 100:1, vorzugsweise mehr als 1000:1 ausgeführt. Diese
Nut kann durch Feindrehen oder auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch
Glätten
ausgebildet werden. Im letztgenannten Fall kann die Nut zunächst durch
Feindrehen vorbearbeitet und dann durch Glätten fein bearbeitet werden.
Prinzipiell ist es auch möglich,
die Nut nur durch Glätten
auszubilden.
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Selbstverständlich kann
das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei ovalen Lagerausnehmungen (Pleuelaugen) oder von der Kreisform
abweichendem Querschnitt eingesetzt werden, da über den Zustellkopf praktisch
jedwede Ausnehmungsform nachgefahren werden kann. Der Hauptvorteil
einer durch Glätten
bearbeiteten umlaufenden Nut liegt darin, dass ein sauberer Ölkanal gebildet
wird, in dem sich ein stetiger Ölfilm
ohne Abriss ausbildet, so dass das Verschleißverhalten des Werkstücks oder des
buchsenlosen Pleuels weiter verbessert wird. Aufgrund der geringen
Tiefe der Nut wird diese auch als Mikronut bezeichnet.
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Offenbart
sind ein Verfahren und ein Glättwerkzeug
zum Feinarbeiten von Oberflächen
und ein durch Glätten
bearbeitetes Werkstück.
Erfindungsgemäß wird die
zu bearbeitende Oberfläche
durch Umformen mittels eines balligen Glättwerkzeuges geglättet.
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- 1
- Pleuel
- 2
- Lagerauge
- 4
- Glättwerkzeug
- 6
- Werkzeugschaft
- 8
- Glättkörper
- 10
- Aufnahmebohrung
- 12
- Klemmschraube
- 14
- Glättfläche
- 16
- Hohlschaftkegel
- 18
- Spindel
- 20
- Werkzeugmaschine
- 22
- Membrankippkopf
- 24
- Gabel
- 26
- Gabelnut
- 28
- Zapfen
- 30
- Werkzeugkopf
- 32
- Membran
- 34
- Steg
- 36
- Steg
- 38
- Parallellenker
- 40
- Schenkel
- 42
- Schenkel
- 44
- Steg
- 46
- Abstimmplatte
- 48
- Mittelteil
- 50
- Einstellschraube
- 52
- Aufnahme
- 54
- Elastomerkörper
- 56
- Befestigungselement
- 58
- Kombiwerkzeug
- 60
- Vorbearbeitungsschneide
- 62
- Eindringkurve
- 64
- Kurve