DE102007020207A1

DE102007020207A1 - Verfahren und Werkzeug zum Entgraten von Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen

Info

Publication number: DE102007020207A1
Application number: DE102007020207A
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Beier
Original assignee: Individual
Current assignee: NOTHNAGEL, REINHARD, DR., DE
Priority date: 2007-04-28
Filing date: 2007-04-28
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: DE102007020207B9; DE102007020207B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entgraten von Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen mit einem Durchmesser von kleiner 10 mm in einem Bauteil, wie einem Motorblock, einem Einspritzsystem, einem Ventilblock, einer Kurbel- oder Getriebewelle, wobei das Werkzeug beim Einsatz rotatorisch und/oder translatorisch bewegt wird, einen oder mehrere jeweils in einem Durchbruch beweglich gelagerte Schneidenkörper mit einer Schneide hält und ein unter Druck in die Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster Stoff die Schneiden nach außen bewegt. Verfahrensgemäß wird dies dadurch erreicht, indem das Werkzeug mit einer oder mehreren Schneiden (3) drucklos durch die Hauptbohrung (HB) zwischen Stoßkante (24) und Grat (22) translatorisch bewegt wird, das Werkzeug kurzzeitig, aber vorzugsweise bis zu 10 Sekunden mit einem Druck p > 0,001 MPa zur Erzeugung einer Schneidenkraft beaufschlagt wird und gleichzeitig das Werkzeug in der Hauptbohrung (HB) mit einer Geschwindigkeit vt von 1 bis 10 m/min translatorisch und mit einer Rechts- oder Links-Drehbewegung zurückbewegt wird, wodurch der Grat (22) an der Stoßkante je nach Werkstoff abgebrochen, getrennt oder verformt wird. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Grat in kürzester Zeit vollständig entfernt wird und das Werkzeug für die Bauteilefertigung in Taktstraßen eingesetzt werden kann (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entgraten von Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen mit einem Durchmesser von kleiner 10 mm in einem Bauteil, wie einem Motorblock, einem Einspritzsystem, einem Ventilblock, einer Kurbel- oder Getriebewelle, wobei das Werkzeug beim Einsatz rotatorisch und/oder translatorisch bewegt wird, aus einem Werkzeugschaft mit Einspannende und einem am werkzeugseitigen Schaftende als festes Lager angeordneten Stützkörper besteht und mit einem rohrförmigen Schaftstück verbunden ist, das einen oder mehrere jeweils in einem Durchbruch beweglich gelagerte Schneidenkörper mit einer Schneide hält und ein unter Druck in die Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster Stoff die Schneiden nach außen bewegt.
Durch DE 102 15 004 B4 ist bereits ein derartiges Entgratwerkzeug bekannt. Für die Funktionsfähigkeit des Werkzeuges ist es wichtig, dass die Schneidenkräfte über eine Werkzeugmaschinensteuerung durch Änderung des Druckes variabel einstellbar und somit auch den unterschiedlich zu entgratenden Werkstoffen anpassbar sind. Das Werkzeug ist vorwiegend zum Entgraten von Stoßkanten an sich kreuzenden Bohrungen mit einem Kreuzungswinkel von 90° einsetzbar. Untersuchungen an schräg verlaufenden Querbohrungen, die einen Kreuzungswinkel kleiner 90° haben, belegen, dass dieses Werkzeug in Abhängigkeit von den Werkstoffkennwerten nur bedingt zum Entgraten von Stoßkanten an Querbohrungen mit einem Kreuzungswinkel von bis zu 75° einsetzbar ist.
Speziell für Bauteile der Fahrzeugindustrie werden vorrangig hochfeste Werkstoffe verwendet. Das durch DE 102 15 004 B4 bekannte Entgratwerkzeug kann auf Grund seiner Schneidengeometrie auch diesen Grat nicht qualitätsgerecht entfernen. Dieser wird bekanntermaßen vorrangig immer noch manuell mit einem großen Aufwand beseitigt. Bekannt sind auch mechanisch arbeitende Werkzeuge zum Entgraten des Bohrungsrandes von Bohrungen und Querbohrungen. Die mechanisch arbeitenden Werkzeuge entgraten je nach Kreuzungswinkel die im Raum liegende Ellipse in einem Bereich von 270° bis 320°. Der Restbereich von 40° bis 90° wird nicht entgratet. Dies ist der Bereich, welcher einen Kantenwinkel < 90° hat. Ursache dafür ist die Tatsache, dass im Bereich der kleinen Kantenwinkel ein großer Eingriffswinkel zwischen Schneide und Kantenwinkel der Ellipse entsteht. Beim Einfahren des Werkzeuges in die Bohrung wird entweder der Grat weggedrückt oder beim Entgraten wird neuer Grat in Form eines Sekundärgrates produziert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entgraten von Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen mit einem Durchmesser von kleiner 10 mm in einem Bauteil, wie einem Motorblock, einem Einspritzsystem, einem Ventilblock, einer Kurbel- oder Getriebewelle, vorzuschlagen, die den Grat an den Stoßkanten von Bauteilen aus hochfesten Werkstoffen und unabhängig von den Werkstoffkennwerten im nicht entgratbaren Ellipsenbereich durch eine veränderte Schneidengeometrie qualitätsgerecht beseitigen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3 und hinsichtlich des Werkzeuges durch die Patentansprüche 4 bis 13. gelöst. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Grat in kürzester Zeit vollständig entfernt wird, ein Entgraten der Stoßkanten durch Einfahren des Werkzeuges in die Hauptbohrung oder in die Querbohrung möglich ist und somit das Werkzeug auch für die Bauteilefertigung in Taktstraßen eingesetzt werden kann.
Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1: das erfindungsgemäße Werkzeug zum Entgraten der Stoßkante an den sich kreuzenden Bohrungen mit einem Kreuzungswinkel α von 60° in einem Ventilblock in der Seitenansicht im Schnitt
2: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges zum Entgraten der Stoßkanten an einer doppelten Querbohrung in der Seitenansicht im Schnitt
3: eine rückwärts arbeitende Schneide
4: eine vor- und rückwärts arbeitende Schneide
1 zeigt das erfindungsgemäße Werkzeug zum Entgraten der Stoßkante an den sich kreuzenden Bohrungen HB; QB mit einem Kreuzungswinkel α von 60° in einem Ventilblock in der Seitenansicht im Schnitt. Der Kantenwinkel α2 beträgt ebenfalls 60° und der Kantenwinkel α1 hat 120°. Am gesamten Umfang der Stoßkante 24 sind die Kantenwinkel α1 und α2 nicht konstant. Das Werkzeug besteht aus einem Werkzeugschaft 1, der ein Einspannende 2 mit einem Stoffanschluss 11 und ein als rohrförmiges Schaftstück 13 weitergeführtes Schaftende hat. Das in das Schaftstück 13 einschiebbare Schneidenlager 6 mit Verschlusselement stützt den Schneidenkörper 8 mit einem Lagerspiel 9 ab. Das Schneidenlager 6 mit Verschlusselement ist durch einen Stift 7 mit dem Schaftstück 13 lagegesichert. Eine Durchgangsbohrung 5 mit dem Stoffanschluss 11 gewährleistet, dass ein unter Druck in die Durchgangsbohrung 5 gepresster flüssiger Stoff, wie beispielsweise ein Bohröl, den im Durchbruch 10 beweglich gelagerten Schneidenkörper 8 mit der rückwärts arbeitenden Schneide 3 nach außen bewegt. Zum Entgraten wird das Werkzeug mit seiner Schneide 3 drucklos durch die Hauptbohrung HB bis zur Stoßkante 24 hinter den Grat 22 translatorisch bewegt, jetzt wird das Werkzeug acht Sekunden mit einem Druck p von 0,015 MPa zur Erzeugung einer Schneidenkraft beaufschlagt und gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von 6 m/min translatorisch und mit einer Rechts- oder Links-Drehbewegung zurück bewegt, wodurch der Grat 22 an der Stoßkante 24 abgebrochen oder getrennt wird. Zum Entgraten der Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen in Bauteilen der Fahrzeugindustrie aus einem hochfesten Werkstoff, wie beispielsweise aus 42CrMo4, wird der Grat 22 beim Zurückbewegen des Werkzeuges verformt. Durch ein nochmaliges Einfahren des Werkzeuges in die Hauptbohrung HB wird dieser dann qualitätsgerecht in kürzester Zeit beseitigt. Es ist auch in Abhängigkeit von der Technologie der Bauteilebearbeitung möglich, analog den Grat von der Stoßkante durch Einfahren des Werkzeuges in die Querbohrung QB zu beseitigen.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges zum Entgraten der Stoßkanten an einer doppelten Querbohrung QB1; QB2 in der Seitenansicht im Schnitt. Erkennbar ist, dass das werkzeugseitige Schaftende bekanntermaßen einen als festes Lager angeordneten Stützkörper 6 hat und mit einem rohrförmigen Schaftstück 13 durch einen Stift 7 mit dem Werkzeugschaft 1 verbunden ist. Im Schaftstück 13 ist ein im Durchbruch 10 beweglich gelagerter Schneidenkörper 8 mit einer vor- und rückwärts arbeitenden Schneide 12 angeordnet. Die notwendige Schneidenkraft wird durch den Stoffanschluss und durch die zentrisch in der Längsachse 4 angeordnete Durchgangsbohrung 5 gewährleistet, in dem ein flüssiger oder gasförmiger oder aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch bestehender Stoff unter Druck in die Durchgangsbohrung 5 gepresst wird und die Schneide 12 nach außen bewegt. Es ist auch möglich, dass im Schaftstück 13 mindestens zwei Durchbrüche 10 mit beweglich gelagerten Schneidenkörpern 8 angeordnet sind, die jeweils eine rückwärts arbeitende Schneide 3 und eine vor- und rückwärts arbeitende Schneide 12 haben oder mindestens zwei rückwärts arbeitende Schneiden 3 oder min destens zwei vor- und rückwärts arbeitende Schneiden 12 aufweisen. Der Grat 22; 22a an den Stoßkanten der doppelten Querbohrung QB1 und QB2, wie beispielsweise in einer Kurbelwelle, wird dadurch entgratet, in dem das Werkzeug mit seiner Schneide 12 im Eilgang vt drucklos durch die Hauptbohrung HB bis hinter die Stoßkante 24 translatorisch bewegt wird, das Werkzeug vier Sekunden mit einem Druck p von 0,02 MPa beaufschlagt und gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit vt – mit oder ohne Drehbewegung – weiter bewegt wird, wodurch der Grat 22a an der Querbohrung QB1 verformt ist. Dann wird das drucklose Werkzeug zum Entgraten der Stoßkante an der Querbohrung QB2 lageorientiert um 180° gedreht und die Verfahrensschritte gemäß QB1 durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Schneide 12 jetzt unmittelbar am Grat 22 steht, dann das Werkzeug wieder mit einem Druck von 0,02 MPa beaufschlagt wird, gleichzeitig auf den Grat 22 mit oder ohne Drehbewegung zurück bewegt wird, wodurch auch der Grat 22 an der Querbohrung QB2 verformt ist. Zum Entfernen des Grates 22; 22a ist ein nochmaliges Ein- und Ausfahren des Werkzeuges oder eines anderen Werkzeuges in die Hauptbohrung HB erforderlich.
3 zeigt eine rückwärts arbeitende Schneide in der Seiten- und Draufsicht sowie im Schnitt B-B und das Grundprofil der radial seitlichen Schneidenbegrenzung 14 in der Ansicht x. Es ist dargestellt, dass die Kontur der Schneide 3 am werkstückseitigen Ende des Schneidenkörpers 8 eine von einem Einführungswinkel ς gebildete Schräge und am werkzeugseitigen Ende des Schneidenkörpers 8 eine von einem Spanraumwinkel γ gebildete Schräge mit einer Wirkschneidkante 15 ist, die einen Spanraum 18 und eine durch einen Spanleitwinkel ε bestimmte Spanleitstufe 20 hat, und ein Hinterschneidungswinkel die Form der Schneidkante 19 bestimmt, wodurch die Schneide 3 rückwärts arbeitet. Kennzeichnend für die rückwärts arbeitende Schneide 3 ist weiterhin, dass der Einführungswinkel ς 5° bis 15°, der Spanraumwinkel γ +20° bis –20°, der Spanleit- Winkel ε größer 0° und der Hinterschneidungswinkel ǽ 5° bis 30° betragen. Das Schneidenoberseitenprofil 16 sollte vorzugsweise kreisförmig und das Schneidenunterseitenprofil 17 vorzugsweise eine Gerade sein. Das Schneidenseitenprofil ist eine durch den Seitenfreiwinkel φ bestimmte Schräge 21. Der Seitenfreiwinkel φ beträgt +10° bis –10°.
4 zeigt eine vor- und rückwärts arbeitende Schneide in der Seiten- und Draufsicht sowie im Schnitt B-B und das Grundprofil der radial seitlichen Schneidenbegrenzung 14 im Schnitt C-C. Es ist dargestellt, dass die rückwärts arbeitende, am werzeugseitigen Ende des Schneidenkörpers 8 angeordnete Schneide 3 gemäß 3 nochmals am werkstückseitigen Ende des Schneidenkörpers 8 angeordnet ist. Damit ist diese Schneide 12 als vor- und rückwärts arbeitende Schneide einsetzbar. Mit einer am Grundprofil der radial seitlichen Schneidenbegrenzung 14 angeordneten Nut 23 ist die Möglichkeit gegeben, nach dem Verformen des Grates den restlichen Teil der Ellipse spanend zu entgraten, wodurch vorteilhafterweise das nochmalige Einfahren des Werkzeuges in die Hauptbohrung oder in die Querbohrung entfällt.

1: Werkzeugschaft
2: Einspannende
3: Schneide, rückwärts arbeitend
4: Längsachse
5: Durchgangsbohrung
6: Stützkörper oder Schneidenlager
7: Stift
8: Schneidenkörper
9: Lagerspiel
10: Durchbruch
11: Stoffanschluss
12: Schneide, vor- und rückwärts arbeitend
13: rohrförmiges Schaftstück
14: Schneidenbegrenzung, radial seitlich
15: Wirkschneidkante
16: Schneidenoberseitenprofil
17: Schneidenunterseitenprofil
18: Spanraum
19: Schneidkante
20: Spanleitstufe
21: Schräge
22: Grat
22a: Grat
23: Nut
24: Stoßkante
HB: Hauptbohrung
QB1: Querbohrung
QB2: Querbohrung
vt: Geschwindigkeit, translatorisch
α: Kreuzungswinkel HB/QB
α1: Kantenwinkel HB
α2: Kantenwinkel QB
ε: Spanleitwinkel
γ: Spanraumwinkel
ς: Einführungswinkel
ǽ: Hinterschneidungswinkel
φ: Seitenfreiwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10215004 B4 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Entgraten von Stoßkanten an schräg verlaufenden Querbohrungen mit einem Durchmesser von kleiner 10 mm in einem Bauteil, wie einem Motorblock, einem Einspritzsystem, einem Ventilblock, einer Kurbel- oder Getriebewelle, dadurch gekennzeichnet, dass – das Werkzeug mit einer oder mehreren Schneiden (3) drucklos durch die Hauptbohrung (HB) zwischen Stoßkante (24) und Grat (22) translatorisch bewegt wird, – das Werkzeug kurzzeitig, aber vorzugsweise bis zu 10 Sekunden mit einem Druck p > 0,001 MPa zur Erzeugung einer Schneidenkraft beaufschlagt wird und gleichzeitig – das Werkzeug in der Hauptbohrung (HB) mit einer Geschwindigkeit vt von 1 bis 10 m/min translatorisch und mit einer Rechts- oder Links-Drehbewegung zurück bewegt wird, wodurch der Grat (22) an der Stoßkante (24) je nach Werkstoff abgebrochen, getrennt oder verformt wird.
Verfahren zum Entgraten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verformte Grat ein hochfester Werkstoff ist und durch ein nochmaliges Ein- und Ausfahren des Werkzeuges oder eines anderen Werkzeuges in die Hauptbohrung (HB) beseitigt wird.
Verfahren zum Entgraten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug in die Querbohrung (QB) bewegt wird und die Verfahrensschritte nach Anspruch 1 und 2 durchführt.
Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3 zur Durchführung des Verfahrens, welches beim Einsatz rotatorisch und/oder translatorisch bewegt wird, aus einem Werkzeugschaft (1) mit Ein spannende (2) und einem am werkzeugseitigen Schaftende als festes Lager angeordneten Stützkörper (6) besteht und mit einem rohrförmigen Schaftstück (13) verbunden ist oder das werkzeugseitige Schaftende als rohrförmiges Schaftstück (13) weitergeführt ist und durch ein einschiebbares Schneidenlager (6) mit einem Stift (7) verschlossen ist, wobei das Schaftstück (13) einen oder mehrere jeweils in einem Durchbruch (10) beweglich gelagerte Schneidenkörper (8) mit einer Schneide (3) hält und ein unter Druck in die Durchgangsbohrung (5) des Werkzeugschaftes (1) gepresster Stoff die Schneiden (3), die parallel zur x- und y-Achse angeordnete ebene Flächen (F1; F2; F3) und einen aktiv schneidenden Teilbereich in Form einer Schräge (F2) aufweisen, nach außen bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Schneide (3) am werkstückseitigen Ende des Schneidenkörpers (8) eine von einem Einführungswinkel ς gebildete Schräge und am werkzeugseitigen Ende des Schneidenkörpers (8) eine von einem Spanraumwinkel γ gebildete Schräge mit einer Wirkschneidkante (15) ist, die einen Spanraum (18) und eine durch einen Spanleitwinkel ε bestimmte Spanleitstufe (20) hat, und ein Hinterschneidungswinkel ǽ die Form der Schneidkante (19) bestimmt, wodurch die Schneide (3) rückwärts arbeitet.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführungswinkel ς 5° bis 15° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanraumwinkel γ +20° bis –20° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanleitwinkel ε größer 0° ist.
Werkzeug nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschneidungswinkel ǽ 5° bis 30° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidenoberseitenprofil (16) vorzugsweise kreisförmig, das Schneidenunterseitenprofil (17) vorzugsweise eine Gerade und das Schneidenseitenprofil eine durch den Seitenfreiwinkel φ bestimmte Schräge (21) ist.
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenfreiwinkel φ +10° bis –10° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3 zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Anspruch 4 bis 10 gekennzeichnete rückwärts arbeitende, am werkzeugseitigen Ende des Schneidenkörpers (8) angeordnete Schneide (3) nochmals am werkstückseitigen Ende des Schneidenkörpers (8) angeordnet ist und damit die Schneide (12) vor- und rückwärts arbeitet.
Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundprofil der radial seitlichen Schneidenbegrenzung (14) eine Nut (23) angeordnet ist.
Werkzeug nach Anspruch 4 bis 12 zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaftstück (13) mindestens zwei Durchbrüche (10) mit beweglich gelagerten Schneidenkörpern (8) angeordnet sind, die jeweils eine rückwärts arbeitende Schneide (3) und eine vor- und rückwärts arbeitende Schneide (12) haben oder mindestens zwei rückwärts arbeitende Schneiden (3) oder mindestens zwei vor- und rückwärts arbeitende Schneiden (12) aufweisen.