DE102007063766B3

DE102007063766B3 - Process for fine machining of cylindrical inner surfaces of holes in a workpiece and workpiece

Info

Publication number: DE102007063766B3
Application number: DE102007063766.9A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2027-04-06

Abstract

Verfahren zur Feinbearbeitung zylindrischer Innenflächen von Bohrungen in einem Werkstück, insbesondere zur Feinbearbeitung von Zylinderlaufflächen eines Motorblocks, mit: einer Vorhonstufe zur Erzeugung einer vorgehonten Bohrung; einer der Vorhonstufe nachgeschalteten Zwischenhonstufe zur Erzeugung einer zwischengehonten Bohrung; einer der Zwischenhonstufe nachgeschalteten Plateauhonstufe zur Erzeugung einer plateaugehonten Bohrung; wobei in der Zwischenhonstufe ein Honwerkzeug mit einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden Axialgeschwindigkeits-Komponente und einer in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufenden Umfangsgeschwindigkeits-Komponente bewegt und dabei ein Verhältnis zwischen Axialgeschwindigkeits-Komponente und Umfangsgeschwindigkeits-Komponente zwischen 2:1 und 10:1 eingestellt wird, wobei Bearbeitungsparameter der Plateauhonstufe an die Oberflächenstruktur der zwischengehonten Bohrung derart angepasst sind, dass die plateaugehonte Innenfläche nach der Plateauhonstufe eine Kernrauhtiefe Rk < 0.4 μm aufweist, und wobei nach der Plateauhonstufe eine Strahlbehandlung der plateaugehonten Innenfläche mittels Laserstrahlung durchgeführt wird.A method of fine machining cylindrical inner surfaces of bores in a workpiece, in particular for fine machining cylinder surfaces of an engine block, comprising: a pre-honing stage for producing a pre-honed bore; a Zwischenhonstufe downstream of the Vorhonstufe to produce an intermediate hole; a plateau honing stage connected downstream of the intermediate honing stage for producing a plateau-honed bore; wherein in the intermediate honing stage, a honing tool is moved with an axial-velocity component extending in the axial direction of the bore and a circumferential velocity component while adjusting a ratio between the axial-velocity component and the peripheral-velocity component between 2: 1 and 10: 1, wherein machining parameters of the plateau honing step are adapted to the surface structure of the intermediate hole such that the plateau honed inner surface after the plateau honing step has a core roughness Rk <0.4 μm, and after the plateau honing step blasting of the plateau honed inner surface is performed by means of laser radiation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feinbearbeitung zylindrischer Innenflächen von Bohrungen in einem Werkstück sowie auf ein Werkstück mit mindestens einer Bohrung mit zylindrischer Innenfläche. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Feinbearbeitung von im Wesentlichen zylindrischen Gleitlagerflächen in Bauteilen für den Motorenbau, insbesondere die Bearbeitung von Zylinderlaufflächen eines Motorblocks.The invention relates to a method for fine machining cylindrical inner surfaces of holes in a workpiece and to a workpiece having at least one bore with a cylindrical inner surface. Preferred field of application is the fine machining of substantially cylindrical sliding bearing surfaces in components for engine construction, in particular the machining of cylinder surfaces of an engine block.

Das klassische Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem vielschneidige Honwerkzeuge eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführen, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche mit überkreuzten Bearbeitungsspuren führt. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d. h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Motorblock oder in einer in einen Motorblock einzubauenden Zylinderhülse, Lagerflächen für Wellen und die zylindrischen Innenflächen in Pleuelaugen einer Honbearbeitung unterzogen.Classical honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting edges, in which multi-bladed honing tools carry out a two-component cutting movement that leads to a characteristic surface structure of the machined inner surface with crossed machining marks. By honing finished surfaces can be produced, which meet extremely high requirements in terms of dimensional and form tolerances and in terms of the surface structure. Accordingly, for example, in engine construction cylinder surfaces, d. H. Inner surfaces of cylinder bores in an engine block or in a cylinder sleeve to be installed in an engine block, subjected to bearing surfaces for shafts and the cylindrical inner surfaces in connecting rods honing.

Die Bearbeitungsspuren des Honens werden häufig als „Honspuren” bezeichnet. Je nach Verhältnis der Axialgeschwindigkeits-Komponente und der Umfangsgeschwindigkeits-Komponente der Bewegung des Honwerkzeuges schließen die Honspuren unterschiedliche Winkel zur Axialrichtung der Bohrung bzw. unterschiedliche Winkel zueinander an. Der von den Honspuren eingeschlossene Kreuzungswinkel der Honspuren wird auch als „Honwinkel” bezeichnet. Je größer die Geschwindigkeit in Axialrichtung relativ zur Geschwindigkeit in Umfangsrichtung wird, desto größer wird der Honwinkel und desto kleiner wird der Winkel zur Axialrichtung.The processing marks of honing are often referred to as "honing marks". Depending on the ratio of the axial velocity component and the peripheral component of the movement of the honing tool, the honing marks include different angles to the axial direction of the bore or different angles to each other. The crossing angle of the honing marks enclosed by the honing marks is also called "honing angle". The greater the speed in the axial direction relative to the speed in the circumferential direction, the larger the honing angle and the smaller the angle to the axial direction.

Neue Honverfahren werden häufig im Hinblick auf die Verbesserung der Umweltfreundlichkeit von Verbrennungsmotoren entwickelt. Das deutsche Patent DE 196 07 774 B4 beschreibt ein Honverfahren, bei dem während einer Bearbeitungsstufe eine Honbearbeitung mit hoher Axialgeschwindigkeits-Komponente der Bearbeitungsbewegung des Honwerkzeuges im Vergleich zur Umfangsgeschwindigkeits-Komponente durchgeführt wird. Dabei wird ein Verhältnis der Axialgeschwindigkeits-Komponente zur Umfangsgeschwindigkeits-Komponente zwischen 2:1 und 10:1 eingestellt. Dieses auch als „Spiralgleithonen” bezeichnete Verfahren führt zu Honspuren, die von der Axialrichtung der bearbeiteten Bohrung um ca. 5° bis 30° abweichen, so dass typische Honwinkel im Bereich zwischen ca. 120° und ca. 170° liegen können. Wie beispielsweise aus dem Artikel „Neues Honverfahren für umweltfreundliche Verbrennungsmotoren” von G. Haasis und U.-P. Weigmann in: WB Werkstatt und Betrieb, Jahrgang 132 (199) 3, Seiten 29 bis 35 hervorgeht, ist es mit diesem Verfahren möglich, Verbrennungsmotoren zu schaffen, die gegenüber konventionellen Verbrennungsmotoren einen geringeren Ölverbrauch haben.New honing methods are often developed with a view to improving the environmental performance of internal combustion engines. The German patent DE 196 07 774 B4 describes a honing process in which, during a working step, honing machining is carried out with a high axial-speed component of the machining movement of the honing tool compared to the peripheral-speed component. In this case, a ratio of the axial velocity component to the peripheral velocity component is set between 2: 1 and 10: 1. This process, also referred to as "spiral gliding", leads to honing marks which deviate from the axial direction of the machined bore by approximately 5 ° to 30 °, so that typical honing angles can be in the range between approximately 120 ° and approximately 170 °. For example, from the article "New Honing Method for Green Internal Engines" by G. Haasis and U.-P. Weigmann in: WB workshop and operation, vintage 132 (199) 3, pages 29 to 35 shows, it is possible with this method to provide internal combustion engines, which have a lower oil consumption compared to conventional internal combustion engines.

Für die Oberflächenbearbeitung von Zylinderlaufflächen werden nicht nur mechanisch oberflächenstrukturierend wirkende Honverfahren eingesetzt, sondern auch andere die Oberflächenbeschaffenheit der Innenfläche optimierende Bearbeitungsverfahren. Aus dem deutschen Patent DE 39 22 377 C2 ist ein Verfahren zum Behandeln von mechanisch oder elektrochemisch gehonten Zylinderlaufflächen von Brennkraftmaschinen aus Metall mittels einer Laserstrahlung bekannt, deren Energiedichte zur Bildung eines Plasmas über der behandelten Zylinderlauffläche ausreicht. Mit dieser relativ großflächigen „Laserbelichtung” kann beispielsweise bei einem Bauteil aus Gusseisen mit Graphiteinschlüssen erreicht werden, dass die nach der mechanischen Bearbeitung gegebenenfalls durch Materialüberlappungen zugeschmierten Graphitnester im Oberflächenbereich freigelegt werden, so dass eine tribologisch besonders günstige Lauffläche geschaffen wird.For the surface treatment of cylinder surfaces not only mechanical surface structuring acting honing methods are used, but also other the surface finish of the inner surface optimizing machining process. From the German patent DE 39 22 377 C2 is a method for treating mechanically or electrochemically honed cylinder treads of internal combustion engines made of metal by means of a laser radiation whose energy density sufficient to form a plasma over the treated cylinder tread. With this relatively large-area "laser exposure" can be achieved, for example, in a component made of cast iron with graphite inclusions that the mechanical machining optionally by smeared material overlaps graphite nests are exposed in the surface region, so that a tribologically particularly favorable tread is created.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein zum Bearbeiten von Zylinderlaufflächen eines Motorblockes geeignetes Verfahren zur Feinbearbeitung zylindrischer Innenflächen von Bohrungen bereitzustellen, welches es erlaubt, Verbrennungsmotoren mit weiter reduziertem Ölverbrauch zu schaffen, wobei insbesondere die Langzeitstabilität des Ölverbrauches verbessert werden soll. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, entsprechend bearbeitete Werkstücke bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a method of machining cylindrical inner surfaces of bores suitable for machining cylinder running surfaces of an engine block, which makes it possible to create internal combustion engines with further reduced oil consumption, in particular by improving the long-term stability of the oil consumption. Furthermore, it is an object of the invention to provide correspondingly machined workpieces.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Werkstück mit den Merkmalen von Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a workpiece having the features of claim 12. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Bei dem Verfahren wird zunächst eine beispielsweise durch Feinbohren oder Schrupphonen vorbearbeitete Bohrung vorgehont, um bei relativ hoher Zerspanleistung die gewünschte Makroform der Bohrung weitgehend festzulegen und den aus den vorhergehenden Bearbeitungsschritten resultierenden Formfehler sowie die Durchmesserstreuung zu verringern. Es folgt eine dem Vorhonen nachgeschaltete Zwischenhonstufe zur Erzeugung einer zwischengehonten Bohrung. Die Zwischenhonung wird mit Schneidkörpern feinerer Körnung und entsprechend geringerem Materialabtrag im Vergleich zum Vorhonen durchgeführt, um mit insgesamt relativ geringem Materialabtrag eine zwischengehonte Bohrung mit einem gewünschten Oberflächenprofil zu erzeugen, welches Profilspitzen und Profiltäler aufweist. Durch eine dem Zwischenhonen nachgeschaltete Plateauhonstufe wird dann aus der zwischengehonten Bohrung eine plateaugehonte Bohrung erzeugt.In the method, a pre-machined hole, for example, by fine boring or roughing is first pre-honed to largely set the desired macro-shape of the hole at relatively high cutting performance and to reduce the resulting from the previous processing steps shape error and the diameter spread. This is followed by a pre-honing intermediate honing stage for producing an intermediate hole. The intermediate honing is done with fine grain and cutting elements carried out according to lower material removal in comparison to the pre-honing to produce a total of relatively low material removal an intermediate bore with a desired surface profile having profile peaks and profile valleys. By a the intermediate honing downstream Plateauhonstufe then a plateaugehonte hole is generated from the intermediate hole.

In der Zwischenhonstufe wird ein Honwerkzeug mit einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden Axialgeschwindigkeits-Komponente und einer in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufenden Umfangsrichtungs-Komponente bewegt und dabei ein Verhältnis zwischen Axialgeschwindigkeits-Komponente und Umfangsgeschwindigkeits-Komponente zwischen 2:1 und 10:1 eingestellt, so dass sich die für das „Spiralgleithonen” typischen Honspuren ergeben, die relativ große Honwinkel von beispielsweise mehr als 120° und weniger als 170° einschließen. Die Bearbeitungsparameter der Plateauhonstufe sind an die Oberflächenstruktur der Zwischenstufe derart angepasst, dass die bearbeitete Innenfläche nach der Plateauhonstufe eine Kernrauhtiefe R_k < 0.4 μm aufweist.In the intermediate honing stage, a honing tool is moved with an axial velocity component extending axially of the bore and a circumferential direction component extending circumferentially of the bore while adjusting a ratio between the axial velocity component and peripheral velocity component between 2: 1 and 10: 1 that arise for the "spiral gliding" typical honing marks, which include relatively large honing angle, for example, more than 120 ° and less than 170 °. The processing parameters of the plateau honing stage are adapted to the surface structure of the intermediate stage such that the machined inner surface after the plateau honing stage has a kernel roughness R _k <0.4 μm.

Wie sich beispielsweise aus DIN EN ISO 13565-1 und -2 ergibt, gibt die Kernrauhtiefe R_k die Tiefe des Rauheitskernprofils an. Es hat sich gezeigt, dass die durch die Erfindung möglichen, extrem geringen Kernrauhtiefen sich vorteilhaft auf den Verschleiß und Ölverbrauch und somit insbesondere die Langzeitstabilität des Ölverbrauches auswirken.As can be seen for example from DIN EN ISO 13565-1 and -2, the kernel roughness R _k indicates the depth of the roughness core profile. It has been found that the extremely low core roughness depths possible by the invention have an advantageous effect on the wear and oil consumption and thus in particular the long-term stability of the oil consumption.

Vorzugsweise liegt die Kernrauhtiefe bei noch geringeren Werten, beispielsweise bei R_k < 0.35 μm und/oder R_k < 0.3 μm. In der Regel wird eine geringe Restrauhigkeit von mindestens R_k = 0.1 μm verbleiben.The kernel roughness depth is preferably at even lower values, for example at R _k <0.35 μm and / or R _k <0.3 μm. As a rule, a low residual roughness of at least R _k = 0.1 μm will remain.

Vorzugsweise werden auch bestimmte Werte für die reduzierte Riefentiefe R_vk erzeugt, die bekanntlich die gemittelte Tiefe der aus dem Kernbereich herausragenden Riefen ist (vgl. DIN EN ISO 13565-1 und -2). Insbesondere können die Bearbeitungsparameter der Zwischenhonstufe und der Plateauhonstufe derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Innenfläche nach der Plateauhonstufe eine reduzierte Riefentiefe R_vk < 1.6 μm aufweist. Dieser Wert liegt tendenziell niedriger als bei vergleichbaren konventionellen Verfahren. Insbesondere kann eine reduzierte Riefentiefe 1 μm < R_vk < 1.5 μm und/oder 0,8 μm < R_k < 1.4 erzeugt werden.Preferably, certain values are also generated for the reduced groove depth R _vk , which is known to be the average depth of the grooves protruding from the core region (see DIN EN ISO 13565-1 and -2). In particular, the processing parameters of the intermediate honing stage and the plateau honing stage can be coordinated with one another such that the inner surface has a reduced groove depth R _vk <1.6 μm after the plateau honing step. This value tends to be lower than comparable conventional methods. In particular, a reduced groove depth of 1 μm <R _vk <1.5 μm and / or 0.8 μm <R _k <1.4 can be generated.

Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Bearbeitungsparameter der Zwischenhonstufe und der Plateauhonstufe derart aufeinander abgestimmt, dass die Innenfläche nach der Plateauhonstufe ein Rauheitsverhältnis R_k/R_vk < 0.3 zwischen der Kernrauhtiefe R_k und der reduzierten Riefentiefe R_vk aufweist. Günstig sind somit plateaugehonte Oberflächen, deren Kernrauhtiefe zwar sehr klein ist, die aber dennoch eine relativ dazu große reduzierte Riefentiefe R_vk haben. Das Rauheitsverhältnis R_k/R_k kann bei mehr als 0,12 liegen. Häufig ist es günstig, wenn das Rauheitsverhältnis im Bereich zwischen 0,15 und 0,35, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,25 liegt.In preferred embodiments, the processing parameters of the Zwischenhonstufe and Plateauhonstufe are coordinated so that the inner surface after the Plateauhonstufe has a roughness ratio R _k / R _vk <0.3 between the Kernrauhtiefe R _k and the reduced groove depth R _vk . Convenient are thus plateaugehonte surfaces, the core roughness is indeed very small, but still have a relatively large reduced groove depth R _vk . The roughness ratio R _k / R _k may be more than 0.12. It is often favorable if the roughness ratio is in the range between 0.15 and 0.35, preferably between 0.15 and 0.25.

Bei derartigen Oberflächenstrukturen kann die sehr geringe Kernrauhtiefe dafür sorgen, dass die während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgende „Bearbeitung” der Oberfläche durch die Kolbenringe nur zu einem relativ geringen Materialabtrag führen kann. Gleichzeitig sorgen die zwischen den relativ glatten Plateaus liegenden, relativ tiefen Riefen für die gewünschte Ölhaltefunktion der bearbeiteten Oberfläche.With such surface structures, the very low core roughness depth can ensure that the "machining" of the surface by the piston rings during operation of the internal combustion engine can only lead to a relatively small material removal. At the same time, the relatively deep grooves between the relatively smooth plateaus provide the desired oil retention function of the machined surface.

Bei der Plateauhonstufe wird das Honwerkzeug vorzugsweise so bewegt, dass ein Verhältnis zwischen der Axialgeschwindigkeits-Komponente und der Umfangsgeschwindigkeits-Komponente zwischen 2:1 und 10:1 liegt. Hierdurch entstehen Honspuren (Plateauhonspuren), die aufgrund der geringeren Körnung der verwendeten Schneidkörner deutlich weniger tief sind als die aus der Zwischenhonstufe resultierenden Honspuren. Die Honspuren geringerer Tiefe können im Wesentlichen parallel zu den Honspuren der größeren Tiefe verlaufen oder einen kleinen Winkel einschließen, beispielsweise Winkel zwischen 1° und 10°. Die Winkel zur Axialrichtung können insbesondere im Bereich zwischen 5° und 30° liegen, was Honwinkeln im Bereich zwischen 120° und 170° entspricht. Die hierdurch mögliche Vermeidung von Honspuren, die quer zur Axialrichtung verlaufen, hat sich als vorteilhaft für die Langzeitstabilität der Oberflächenstruktur herausgestellt.In the plateau honing stage, the honing tool is preferably moved so that a ratio between the axial velocity component and the peripheral velocity component is between 2: 1 and 10: 1. This results in honing marks (plateau honing traces), which, due to the lower grain size of the cutting grains used, are significantly less deep than the honing marks resulting from the intermediate honing step. The honing marks of lesser depth may be substantially parallel to the honing marks of greater depth or may include a small angle, for example angles between 1 ° and 10 °. The angles to the axial direction can be in particular in the range between 5 ° and 30 °, which corresponds to honing angles in the range between 120 ° and 170 °. The possible avoidance of honing marks, which run transversely to the axial direction, has proven to be advantageous for the long-term stability of the surface structure.

Bei bevorzugten Verfahrensvarianten besteht das Werkstück aus Graugussmaterial mit Graphiteinschlüssen, insbesondere aus GJS (sphärolitischer Grauguss), GJV ((Vermikulargraphitguss) oder GJL (lamellarer Grauguss).In preferred process variants, the workpiece consists of gray cast iron material with graphite inclusions, in particular of GJS (spherulitic gray cast iron), GJV ((vermicular graphite cast iron) or GJL (lamellar gray cast iron).

Bei der Bearbeitung von Graugussmaterialien mit z. B. lamellaren oder sphärischen Graphiteinschlüssen (GJS oder GJL) kann es bei der mechanischen Bearbeitung zu sogenannten „Verschuppungen” der Oberfläche kommen, wobei ein Teil oder alle der an die Oberfläche heranreichenden Graphitnester oberflächlich verschmiert und damit geschlossen werden. Dieser sogenannte „Blechmantel” kann nachteilig für die tribologischen Eigenschaften des bearbeiteten Werkstücke sein. Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird dieses Problem dadurch erheblich reduziert, dass ein ölhaltiger Kühlschmierstoff verwendet wird, der einen Anteil von mindestens 8 Gew.-% Öl in Wasser aufweist. Durch den im Vergleich zu konventionellen Kühlschmierstoffen sehr hohen Ölanteil kann die Reibung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Oberfläche während der Bearbeitung reduziert werden, was auch die Verschuppung reduziert. Der Effekt wird tendenziell besser, je größer der Anteil von Öl im Kühlschmierstoff ist. Eine Emulsion mit einem Anteil zwischen 15 Gew.-% und 30 Gew.-% Öl (inklusive anderer Additive) in Wasser kann in vielen Fällen vorteilhaft sein. Manchmal ist ein Ölanteil (ggf. inklusive Additive) von mehr als 90 Gew.-% günstig. Bei manchen Verfahrensvarianten kann auch im Wesentlichen reines Honöl verwendet (werden, so dass solche Kühlschmierstoffe im Wesentlichen wasserfrei sind. Als Öl können geeignete Mineralöle oder synthetische Öle, aber auch pflanzliche Öle eingesetzt werden.When processing gray cast iron materials with z. B. lamellar or spherical graphite inclusions (GJS or GJL) may occur in the mechanical processing to so-called "scaling" of the surface, wherein a part or all of the reaching to the surface graphite nests smeared on the surface and are closed. This so-called "metal jacket" can be detrimental to the tribological properties of machined workpieces. In a preferred variant of the method, this problem is considerably reduced by using an oil-containing cooling lubricant which has a proportion of at least 8% by weight of oil in water. By comparison with conventional cooling lubricants Very high oil content can reduce the friction between the machining tool and the surface during machining, which also reduces scaling. The effect tends to be better, the greater the proportion of oil in the cooling lubricant. An emulsion containing between 15% by weight and 30% by weight of oil (including other additives) in water can be advantageous in many cases. Sometimes an oil content (possibly including additives) of more than 90 wt .-% is favorable. In some process variants, substantially pure honing oil can also be used (so that such cooling lubricants are essentially free of water.) Suitable oils include suitable mineral oils or synthetic oils, but also vegetable oils.

Die Plateauhonstufe kann bei nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Verfahrensvarianten die letzte Bearbeitungsstufe des Feinbearbeitungsprozesses sein, so dass die im fertigen Werkstück vorliegende Innenfläche der plateaugehonten Oberfläche entspricht.The plateau honing stage may be the last processing stage of the finishing process in process variants not belonging to the claimed invention, so that the inner surface present in the finished workpiece corresponds to the plateau-honed surface.

Es hat sich herausgestellt, dass die in der beschriebenen Weise feinbearbeiteten Oberflächen in Kombination mit einer nachfolgenden Strahlbehandlung der plateaugehonten Oberfläche weitere Vorteile bringen. Gemäß der beanspruchten Erfindung wird nach der Plateauhonstufe eine Strahlbehandlung der plateaugehonten Innenfläche mittels Laserstrahlung durchgeführt. Diese Strahbehandlung kann der Modifikation der Oberfläche bzw. der Konditionierung der Oberfläche dienen, um im Hinblick auf gewisse Anforderungen die Eigenschaften der Oberfläche weiter zu verbessern. Dabei kann die Strahlbehandlung beispielsweise dazu benutzt werden, noch verbleibende Verschuppungen mindestens teilweise zu beseitigen, damit eingeschlossene Graphitnester zu öffnen und die Oberfläche durch Härtung bzw. Reaktion mit Luft oder Prozessgasen zu konditionieren.It has been found that the surfaces finely machined in the manner described bring about further advantages in combination with a subsequent blast treatment of the plateau-honed surface. According to the claimed invention, a beam treatment of the plateau honed inner surface is carried out by means of laser radiation after the Plateauhonstufe. This radiation treatment can serve to modify the surface or to condition the surface in order to further improve the surface properties with regard to certain requirements. In this case, the blast treatment can be used, for example, to at least partially remove any remaining flakes, thus opening enclosed graphite nests and conditioning the surface by hardening or reaction with air or process gases.

Die Strahlbehandlung ist eine vorzugsweise großflächige Bestrahlung der plateaugehonten Innenfläche mittels Laserstrahlung. Hierdurch können je nach eingebrachter Energiedichte Modifikationen bzw. Konditionierungen der Oberfläche beispielsweise in einem oberflächennahen Bereich von weniger als 5 μm, insbesondere weniger als 1 μm Tiefe eingebracht werden. Die Konditionierung kann eine Verrundung oder Beseitigung von Verschuppungen beinhalten, ggf. kann die Oberfläche durch die Laserbestrahlung auch noch gehärtet werden. Die Strahlbehandlung mittels Laser kann beispielsweise im Wesentlichen so durchgeführt werden, wie es in der DE 39 22 377 C2 oder der DE 42 17 530 C2 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum in halt dieser Beschreibung gemacht wird.The blast treatment is a preferably large-area irradiation of the plateau-honed inner surface by means of laser radiation. As a result, depending on the applied energy density, modifications or conditioning of the surface can be introduced, for example, in a near-surface region of less than 5 μm, in particular less than 1 μm, depth. The conditioning may include a rounding or elimination of scaling, if necessary, the surface can also be hardened by the laser irradiation. The blasting treatment by means of laser can for example be carried out essentially as described in US Pat DE 39 22 377 C2 or the DE 42 17 530 C2 is described, the disclosure content of which is incorporated by reference into this description.

Es ist möglich, die gesamte durch Plateauhonen bearbeitete Innenfläche einer nachfolgenden Strahlbehandlung zu unterziehen, indem diese beispielsweise mit Laserstrahlung geeigneter Intensität bzw. Energiedichte großflächig bestrahlt wird. Hierdurch können über die Oberfläche weitgehend gleichmäßige Oberflächeneigenschaften erzeugt werden. Dies ist jedoch nicht bei allen Anwendungsfällen gewünscht oder notwendig. Beispielsweise kann es gewünscht sein, unterschiedlichen axialen Teilabschnitten der Bohrung unterschiedliche tribologische Eigenschaften zu verleihen. Es kann auch so sein, dass die nachgeschaltete Strahlbehandlung nur für einen oder mehrere axiale Teilabschnitte der Bohrung substantielle Verbesserungen der Oberflächeneigenschaften bringt. Daher wird bei manchen Ausführungsformen die Strahlbehandlung nur in mindestens einem axialen Teilabschnitt der Bohrung durchgeführt, während mindestens ein anderer axialer Teilabschnitt keiner Strahlbehandlung unterzogen wird. Durch eine solche Konzentration der Strahlbehandlung auf nur einen Bruchteil der gesamten Innenfläche der Bohrung ist auch eine Zeit- und Kostenersparnis möglich. Manchmal ist es dabei möglich, einfach konstruierte Werkzeuge für die Strahlbehandlung zu nutzen.It is possible to subject the entire treated by Plateauhonen inner surface of a subsequent blast treatment by this is irradiated large area, for example, with laser radiation of suitable intensity or energy density. As a result, substantially uniform surface properties can be generated over the surface. However, this is not desired or necessary in all applications. For example, it may be desired to impart different tribological properties to different axial sections of the bore. It may also be the case that the downstream blast treatment brings substantial surface properties improvements only for one or more axial sections of the well. Therefore, in some embodiments, the blast treatment is performed only in at least one axial portion of the bore while at least one other axial portion is not subjected to blast treatment. By such a concentration of the blast treatment on only a fraction of the total inner surface of the hole and a time and cost savings is possible. Sometimes it is possible to use simply designed tools for the blast treatment.

Bei manchen Ausführungsformen beträgt die axiale Länge des mindestens einen strahlbehandelten Teilabschnittes weniger als 50% oder weniger als 40% oder weniger als 30% der durch Plateauhonen bearbeiteten Innenfläche. In der Regel werden jedoch mindestens 5% oder mindestens 10% der Bohrungsinnenfläche einer Strahlbehandlung unterzogen, wenn eine Strahlbehandlung der Bohrungsinnenfläche vorgesehen ist.In some embodiments, the axial length of the at least one jet treated section is less than 50% or less than 40%, or less than 30%, of the inner surface treated by plateau honing. In general, however, at least 5% or at least 10% of the bore inner surface is subjected to a blast treatment, if a blast treatment of the bore inner surface is provided.

Bei manchen Ausführungsformen wird die Strahlbehandlung nur in mindestens einem axialen Endabschnitt der Bohrung durchgeführt, also in einem axialen Teilabschnitt, der unmittelbar an ein Ende der Bohrung anschließt oder einen im Vergleich zur axialen Länge des Endabschnitts relativ geringen Abstand zum Bohrungsende hat. Diese Verfahrensvariante kann z. B. bei der Bearbeitung von Zylinderlaufflächen eines Motorblockes genutzt werden, um mittels Strahlbehandlung einen axialen Endabschnitt der Bohrung zu behandeln, der im Bereich des oberen Totpunktes eines in dem Zylinder laufenden Kolbens liegt. Es ist bekannt, dass der sogenannte „Zwickelbereich”, bei dem die am Kolben angebrachten Kolbenringe ihren den Brennraum nächsten Umkehrpunkt erreichen, tribologisch besonders stark beansprucht wird, da hier die Relativgeschwindigkeit zwischen der bearbeiteten Bohrungsinnenfläche und den durch die Kolbenringe gebildeten Gegenkörpern sehr gering wird und gleichzeitig durch die Verbrennung hohe Temperaturen und Drücke entstehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Endabschnitt im Bereich des unteren Totpunktes durch Strahlbehandlung bearbeitet werden.In some embodiments, the blast treatment is performed only in at least one axial end portion of the bore, that is, in an axial portion immediately adjacent to one end of the bore or has a relatively small compared to the axial length of the end portion distance to the bore end. This process variant can, for. B. used in the processing of cylinder surfaces of an engine block to treat by means of blasting an axial end portion of the bore, which is in the range of the top dead center of a piston running in the cylinder. It is known that the so-called "gusset region" in which the piston rings mounted on the piston reach their combustion chamber next reversal point, is subjected to tribological particularly strong, since the relative velocity between the machined bore inner surface and the counterparts formed by the piston rings is very low and At the same time, high temperatures and pressures occur due to combustion. Alternatively or additionally, the end section in the region of the bottom dead center can also be processed by blast treatment.

Es ist möglich, die Strahlbehandlung so durchzuführen, dass über die gesamte strahlbehandelte Innenfläche eine im Wesentlichen gleichmäßige Eigenschaftsänderung erzielt wird. Bei vielen Anwendungsfällen hat es sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strahlbehandlung innerhalb eines durch Strahlbehandlung behandelten Abschnittes der Bohrung mit einer in Axialrichtung variierenden Bestrahlungsintensität und/oder Bestrahlungsdauer und/oder Überdeckungszahl von Belichtungen derart durchgeführt wird, dass in dem durch Strahlbehandlung behandelten Abschnitt ein Gradient der durch Strahlbehandlung erzeugten Oberflächenmodifikationen entsteht. Hierbei kann es sich um eine Abstufung der Eigenschaftsänderungen in Axialrichtung handeln, häufig sind jedoch weitgehend kontinuierliche Gradienten der Eigenschaften günstig. It is possible to carry out the blast treatment so that a substantially uniform property change is achieved over the entire blast-treated inner surface. In many applications, however, it has proven to be advantageous if the blast treatment within a treated by blast treatment portion of the bore with an axially varying irradiation intensity and / or irradiation duration and / or coverage number of exposures carried out such that in the treated by blast treatment section Gradient of the surface modifications produced by blast treatment arises. This may be a gradation of the property changes in the axial direction, but often continuous gradients of the properties are favorable.

Insbesondere bei der Bearbeitung von Zylinderlaufflächen kann es vorteilhaft sein, wenn die Strahlbehandlung in einem axialen Endabschnitt der Bohrung mit einer in Axialrichtung vom Bohrungsende zur Bohrungsmitte abnehmender Bestrahlungsintensität und/oder Bestrahlungsdauer und/oder Überdeckungszahl von Belichtungen derart durchgeführt wird, dass der dadurch erzeugte strahlungsbehandelte Endabschnitt im Wesentlichen ohne sprunghafte Änderung der Oberflächeneigenschaften in einen zur Bohrungsmitte anschließenden, nicht-strahlungsbehandelten Bereich übergeht. Die Vermeidung sprunghafter Änderungen der Oberflächeneigenschaften wirkt sich durch Vermeidung einer „Stufe” besonders verschleißmindernd aus.In particular, in the machining of cylinder surfaces, it may be advantageous if the blast treatment is performed in an axial end portion of the bore with a decreasing in the axial direction from the bore end to the center of the bore irradiation intensity and / or irradiation duration and / or overlap number of exposures such that the radiation-treated end portion produced thereby essentially without a sudden change in the surface properties in a subsequent to the center of the bore, non-radiation treated area passes. The avoidance of abrupt changes in the surface properties has a particularly wear-reducing effect by avoiding a "step".

Bei einem Werkstück, dessen Bohrung nach dem Plateauhonen nur teilweise einer Strahlbehandlung unterzogen wurde, hat die Innenfläche der Bohrung in mindestens einem axialen Teilabschnitt eine durch Laserbelichtung modifizierte, oberflächennahe Schicht, die an eine nicht-modifizierte plateaugehonte Oberfläche anschließt. Der axiale Teilabschnitt kann insbesondere ein Endabschnitt der Bohrung sein. Wenn es sich bei der Bohrung um eine Zylinderlauffläche für einen Motorblock handelt, kann der Endabschnitt insbesondere so dimensioniert sein, dass er den Zwickelbereich umfasst, in dem die Kolbenringe eines in der Zylinderlauffläche laufenden Kolbens ihren oberen (brennraumnahen) Totpunkt erreichen. Innerhalb des durch Laserbelichtung strahlbehandelten Teilabschnittes kann ein kontinuierlicher oder stufenweise axialer Gradient der Oberflächenmodifikation vorliegen, wobei vorzugsweise das Ausmaß der Oberflächenmodifikationen in einem Übergangsbereich zwischen dem strahlbehandelten Teilabschnitt und einem anschließenden nicht-strahlbehandelten Teilabschnitt derart kontinuierlich abnimmt, dass in Axialrichtung kein Sprung der Oberflächeneigenschaften vorliegt.In a workpiece whose bore has undergone only partial blast treatment after plateau honing, the inner surface of the bore has at least one axial portion a laser-exposed, near-surface layer adjacent to an unmodified plateau-honed surface. The axial section may in particular be an end section of the bore. In particular, if the bore is a cylinder liner for an engine block, the end portion may be sized to include the gusset region where the piston rings of a piston running in the cylinder liner reach its upper (near the combustion) dead center. Within the section irradiated by laser exposure, a continuous or stepwise axial gradient of the surface modification may be present, wherein preferably the extent of the surface modifications in a transition region between the beam-treated section and a subsequent non-irradiated section decreases continuously such that there is no crack of the surface properties in the axial direction.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Dabei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungsformen darstellen. Bevorzugte Ausführungsformen werden an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert.The foregoing and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings. In this case, the individual features may be implemented individually or in the form of subcombinations in one embodiment of the invention and in other fields, and may represent advantageous and protectable embodiments. Preferred embodiments will be explained with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt in (a) und (b) zwei Mikroskopaufnahmen einer Zylinderlauffläche eines Grauguss-Motorblocks nach Abschluss der Plateaubearbeitung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung an zwei unterschiedlichen Stellen, sowie in (c) eine schematische Darstellung der Honspuren; 1 shows in (a) and (b) two micrographs of a cylinder surface of a cast iron engine block after completion of the plateau machining according to a first embodiment of the invention at two different locations, and in (c) is a schematic representation of the honing marks.

2 zeigt in (a) und (b) zwei Mikroskopaufnahmen einer Zylinderlauffläche eines Grauguss-Motorblocks nach Abschluss der Plateaubearbeitung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung an zwei unterschiedlichen Stellen, sowie neben (b) eine schematische Darstellung von Honspuren und freigelegten Graphitlamellen; 2 shows in (a) and (b) two micrographs of a cylinder surface of a cast iron engine block after completion of the plateau machining according to a second embodiment of the invention at two different locations, and next to (b) a schematic representation of honing marks and exposed graphite lamellae;

3 zeigt drei an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche gemäß 1 aufgenommene Oberflächenprofile und die zugehörigen, nach dem Tastschnittverfahren ermittelten Oberflächen-Kenngrößen; 3 shows three at different locations on the surface according to 1 recorded surface profiles and the associated, determined by the Tastschnittverfahren surface characteristics;

4 zeigt drei an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche gemäß 2 aufgenommene Oberflächenprofile und die zugehörigen, nach dem Tastschnittverfahren ermittelten Oberflächen-Kenngrößen; 4 shows three at different locations on the surface according to 2 recorded surface profiles and the associated, determined by the Tastschnittverfahren surface characteristics;

5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 4 gezeigten Profil mit R_k = 0.18 μm und R_vk = 1.18 μm; 5 shows an enlarged section of the in 4 shown profile with R _k = 0.18 microns and R _vk = 1.18 microns;

6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von Feinbearbeitungsverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung; 6 FIG. 12 is a schematic flow diagram of fine processing methods according to various embodiments of the invention; FIG.

7 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Zylinderlauffläche eines Grauguss-Motorblockes nach einer nachgeschalteten Laserbestrahlung; und 7 shows a schematic section through a cylinder surface of a cast iron engine block after a subsequent laser irradiation; and

8 zeigt eine schematische Abwicklung eines Teils einer Zylinderlauffläche in einem Motorblock, wobei ein axialer Endabschnitt der Bohrung nach dem Plateauhonen mittels Laserstrahlung zur Erzeugung einer Oberflächenmodifikation der plateaugehonten Oberfläche nachbehandelt wurde. 8th shows a schematic development of a portion of a cylinder surface in an engine block, wherein an axial end portion of the bore after the Plateauhonen was treated by means of laser radiation to produce a surface modification of the plateaugehonten surface.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens werden im Folgenden anhand der Feinbearbeitung von Zylinderlaufflächen in Motorblöcken für Kraftfahrzeuge erläutert. Die Motorblöcke bestehen aus Graugussmaterial mit lamellarem Graphit (GJL bzw. GGL). Es kann sich beispielsweise um Motorblöcke für 4-Zylinder oder 6-Zylindermotoren für Personenkraftwagen handeln.Preferred embodiments of the method are described below with reference to FIG Fine machining of cylinder surfaces in motor blocks for motor vehicles explained. The engine blocks are made of gray cast iron with lamellar graphite (GJL or GGL). For example, they may be engine blocks for 4-cylinder or 6-cylinder passenger cars.

Die Bearbeitung erfolgt in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstufen, die in 6 schematisch dargestellt sind.The processing takes place in several successive stages of processing, which in 6 are shown schematically.

Nachdem in den Motorblöcken die gewünschte Position und Winkellage der Bohrungen z. B. durch Schrupphonen oder Feinbohren im Wesentlichen festgelegt ist, wird in einer Vorhonstufe VH (vgl. 6) eine Vorhonoperation mit relativ grobkörnigen Schneidkörnern durchgeführt, um die gewünschte Makroform der Bohrung weitgehend festzulegen und den aus der Vorbearbeitung resultierenden Formfehler sowie die Durchmesserstreuung zu verringern. Das Vorhonen kann beispielsweise mit üblichen Honwerkzeugen mit Schneidmittelbelag von D100 bis D200 (mittlerer Korngrößen zwischen ca. 100 μm und ca. 200 μm) durchgeführt werden. In der Regel wird das Vorhonen so gesteuert, dass Rautiefen R_Z im Bereich R_Z = 10 bis 25 μm erzielt werden.After the desired position and angular position of the holes in the engine blocks z. B. is determined by roughing or fine boring substantially is in a Vorhonstufe VH (see. 6 ) performed a Vorhonoperation with relatively coarse-grained cutting grains in order to set the desired macro-shape of the bore largely and to reduce the resulting from the pre-processing shape error and the diameter spread. The pre-honing can be carried out, for example, with conventional honing tools with a cutting agent coating of D100 to D200 (average particle sizes between about 100 μm and about 200 μm). As a rule, pre-honing is controlled in such a way that surface roughnesses R _Z in the range R _Z = 10 to 25 μm are achieved.

An das Vorhonen schließt sich eine Zwischenhonstufe ZH (6) an, um aus der vorgehonten Bohrung eine zwischengehonte Bohrung zu erzeugen. Die Zwischenhonstufe, die häufig auch als „Basishonen” bezeichnet wird, hat vor allem die Aufgabe, die aus der Vorhonbearbeitung resultierende Oberflächenrauhigkeit zu vermindern. Materialabträge bezogen auf den Durchmesser können z. B. im Bereich zwischen ca. 20 μm und ca. 40 μm liegen. Für die Zwischenhonung werden vorzugsweise Schneidkörper mit im Vergleich zum Vorhonen relativ feinen Schneidkörnern verwendet, wobei deren mittlere Durchmesser insbesondere im Bereich zwischen ca. 40 μm und ca. 70–90 μm liegen können (z. B. Diamantkörner D46 bis D64, ggf. auch D91). Typischerweise werden hier Rautiefen im Bereich 8 μm < R_Z < 12 bis 14 μm erzielt, manchmal liegt die Rautiefe R_Z im Bereich 10 μm ± 1 μm. Bei manchen Verfahrenvarianten kann bei Verwendung relativ feinkörniger Schneidmaterialien eine vergleichsweise geringe Rautiefe R_Z im Bereich zwischen ca. 6 μm und ca. 8 bis 10 μm vorteilhaft sein.Prehone is followed by an intermediate stage ZH ( 6 ) to create an intermediate hole from the pre-drill hole. The Zwischenhonstufe, which is often referred to as "base icons", has the main task to reduce the resulting from the Vorhonbearbeitung surface roughness. Material abrasions based on the diameter can z. B. in the range between about 20 microns and about 40 microns. For the intermediate honing, it is preferable to use cutting bodies with relatively fine cutting grains compared to the pre-honing, the average diameter of which may in particular be in the range between approximately 40 μm and approximately 70-90 μm (eg diamond grains D46 to D64, possibly also D91). Typically, surface roughnesses in the range 8 μm <R _Z <12 to 14 μm are achieved here, sometimes the roughness depth R _{Z is} in the range 10 μm ± 1 μm. In some process variants, when using relatively fine-grained cutting materials, a comparatively small roughness depth R _Z in the range between approximately 6 μm and approximately 8 to 10 μm may be advantageous.

Das Honwerkzeug wird zur Durchführung des Zwischenhonens sowohl drehend, als auch axial hin- und hergehend angetrieben, wobei es über die zu honende Innenfläche der Bohrung um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise um ein Drittel seiner Länge überläuft. Die Axialgeschwindigkeits-Komponente der hin- und hergehenden Bewegung ist dabei deutlich größer als die Umfangsgeschwindigkeits-Komponente der Bearbeitungsbewegung. Das Verhältnis sollte generell zwischen 2:1 und 10:1 liegen, d. h. bei relativ langsamer Drehung des Honwerkzeuges wird mit hoher Axialgeschwindigkeits-Komponente gearbeitet. Die resultierende Schnittgeschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit der Schneidkörner zur Oberfläche) sollte dabei im Bereich der für normale Honverfahren geltenden Werte liegen, beispielsweise zwischen ca. 15 und ca. 40 m/min. Bei dem anhand von 1 bis 4 erläuterten Verfahren wurde das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten so eingestellt, dass sich Honwinkel zwischen ca. 130° und ca. 140° der sich überkreuzenden, relativ tiefen Honspuren ZH der Zwischenhonung ergaben.The honing tool is driven to perform the Zwischenhonens both rotationally, and axially reciprocating, wherein it overflows over the inner surface of the bore to be honed by a predetermined amount, for example, by a third of its length. The axial velocity component of the reciprocating motion is significantly greater than the peripheral velocity component of the machining movement. The ratio should generally be between 2: 1 and 10: 1, ie with relatively slow rotation of the honing tool is used with high axial velocity component. The resulting cutting speed (relative speed of the cutting grains to the surface) should be in the range of the values valid for normal honing methods, for example between approximately 15 and approximately 40 m / min. In the case of 1 to 4 explained method, the ratio of the velocity components was adjusted so that honing angles between about 130 ° and 140 ° of the crossing, relatively low honing traces ZH of Zwischenhonung resulted.

In den 1 und 2 sind die aus der Zwischenhonung resultierenden, relativ tiefen Honspuren „ZH” als breite dunkle Spuren deutlich zu erkennen. 1(c) zeigt die Honspuren schematisch. Aus dieser Darstellung sind auch der Winkel WA der Honspuren zur Axialrichtung AX sowie der Honwinkel HW, d. h. der zwischen den sich kreuzenden Bearbeitungsspuren eingeschlossene Winkel, zu erkennen. Das aus der Zwischenhonung resultierende Oberflächenprofil hat im Bereich der Honspuren tiefe Einschnitte und zwischen den Einschnitten Profilspitzen.In the 1 and 2 the relatively deep honing marks "ZH" resulting from the intermediate honing are clearly recognizable as wide dark traces. 1 (c) shows the honing marks schematically. The angle WA of the honing marks relative to the axial direction AX and the honing angle HW, ie the angle enclosed between the intersecting machining tracks, can also be seen from this representation. The surface profile resulting from the intermediate honing has deep cuts in the region of the honing marks and profile tips between the cuts.

Eine nachgeschaltete Plateauhonstufe PH hat nun die Aufgabe, die Spitzen des Oberflächenprofils abzuschneiden, so dass zwischen den relativ tiefen Honspuren ZH des Zwischenhonens plateauartig flache Bereiche resultieren. Typische Materialabträge für diese Plateauhonung liegen im Bereich zwischen 1 μm und 5 μm (bezogen auf den Durchmesser). Für die Plateauhonstufe wurde das Verhältnis zwischen Axialgeschwindigkeits-Komponente und Umfangsgeschwindigkeits-Komponente so eingestellt, dass die aus der Plateauhonung resultierenden, relativ flachen Honriefen (PH) im Wesentlichen parallel oder im spitzen Winkel zu den tieferen Honspuren (ZH) der Zwischenhonung (bzw. Basishonung) verlaufen. Die eingeschlossenen Winkel liegen in der Regel im Bereich unterhalb von 10°. Die Spitzen werden dabei durch einen echten Schneidvorgang mit geringem Anpressdruck abgeschnitten und abgetragen. Für die Plateauhonung werden vorzugsweise Schneidkörper mit sehr feinen Schneidkörnern verwendet, wobei deren mittlere Durchmesser insbesondere im Bereich zwischen ca. 7 μm und ca. 25 μm liegen können (z. B. Diamantkörner D10 bis D20). Häufig sind mittlere Korndurchmesser um 15 μm, z. B. zwischen 12 μm und 18 μm günstig.A downstream plateau honing stage PH now has the task of cutting off the tips of the surface profile, so that plateau-like flat areas result between the relatively deep honing traces ZH of the intermediate honing. Typical material removals for this plateau honing range between 1 μm and 5 μm (based on the diameter). For the plateau honing stage, the ratio between the axial velocity component and the peripheral velocity component has been adjusted so that the relatively flat honing marks (PH) resulting from the plateau honing are substantially parallel or at an acute angle to the deeper honing marks (ZH) of the intermediate honing ). The included angles are usually in the range below 10 °. The tips are cut and removed by a real cutting process with low contact pressure. For plateau honing, cutting bodies with very fine cutting grains are preferably used, the average diameter of which may in particular be in the range between approximately 7 μm and approximately 25 μm (eg diamond grains D10 to D20). Frequently mean grain diameters are around 15 microns, z. B. between 12 microns and 18 microns low.

Eine Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass die Bearbeitungsparameter der Plateauhonung an diejenigen der vorgeschalteten Zwischenhonung so angepasst sind, dass sich am resultierenden Oberflächenprofil der plateaugehonten Oberfläche eine Kernrauhtiefe R_k von weniger als 0,4 μm ergibt. Die resultierende Kernrauhtiefe kann einerseits über die Art der verwendeten Schneidkörner und andererseits über die Einschnitttiefe der Plateauhonstufe gesteuert werden. Wie aus 3 ersichtlich, können sich bei einem gewissen Abtrag durch die Plateauhonung Werte von R_k zwischen 0.26 μm und 0.38 μm ergeben, also Werte, die deutlich unterhalb R_k = 0.4 μm liegen. Die entsprechenden Werte für die reduzierte Riefentiefe R_vk liegen im Bereich zwischen 1.14 μm und 1.49 μm. Wird bei ansonsten gleichen Verfahrensbedingungen die Plateauhonung etwas länger durchgeführt, so kann die Oberflächenstruktur noch verfeinert werden. Die zur 2 gehörenden Oberflächenprofile in 4 zeigen, dass bei geeigneter Verfahrensführung Werte R_k zwischen 0.18 μm und 0.24 μm möglich sind, wobei hier im Beispielsfall die zugehörigen Werte für R_vk im Bereich zwischen 0.92 μm und 1.18 μm liegen.A special feature of the method is that the processing parameters of the plateau honing are adapted to those of the upstream intermediate honing so that the resulting surface profile of the plateau honed surface results in a Kernrauhtiefe R _k of less than 0.4 microns. The resulting Kernrauhtiefe can on the one hand on the type of cutting grains used and on the other hand on the depth of incision of the Plateauhonstufe be controlled. How out 3 As can be seen, values of R _k between 0.26 μm and 0.38 μm can result with a certain removal by the plateau honing, ie values which are significantly below R _k = 0.4 μm. The corresponding values for the reduced groove depth R _vk lie in the range between 1.14 μm and 1.49 μm. If the plateau honing is carried out a little longer under otherwise identical process conditions, the surface structure can be refined even further. The to 2 belonging surface profiles in 4 show that with suitable process control values R _k between 0.18 microns and 0.24 microns are possible, in which case the associated values for R _{vk are} in the range between 0.92 microns and 1.18 microns in the example.

Die resultierenden Oberflächen zeichnen sich somit einerseits dadurch aus, dass sehr geringe Werte für die Kernrauhtiefe R_k erzielt werden, typischerweise mit R_k < 0.4 μm. Gleichzeitig werden je nach Dauer der Plateauhonung reduzierte Riefentiefen R_vk im Bereich zwischen ca. 1.2 μm oder 1,0 μm (bei längerer Plateauhonung) und ca. 1.5 μm (bei etwas kürzerer Plateauhonung) erzielt. Das Rauheitsverhältnis R_k/R_vk liegt damit regelmäßig bei weniger als 0,3, wobei häufig auch Werte zwischen 0,25 und 0.15 erreicht werden.The resulting surfaces are thus characterized, on the one hand, by the fact that very low values for the core roughness R _{k are} achieved, typically with R _k <0.4 μm. At the same time, depending on the duration of the plateau honing, reduced groove depths R _vk in the range between approx. 1.2 μm or 1.0 μm (for longer plateau honing) and approx. 1.5 μm (for slightly shorter plateau honing) are achieved. The roughness ratio R _k / R _vk is thus regularly at less than 0.3, and often values between 0.25 and 0.15 are achieved.

Im Übrigen sind an der Oberfläche viele bis zur Oberfläche reichende Graphitlamellen GL erkennbar, die durch die Feinbearbeitung nicht oder nur in geringem Umfang verdrückt bzw. geschlossen werden (siehe z. B. 2b mit Schemazeichnung).Incidentally, many of the surface-reaching graphite fins GL can be seen on the surface, which are not or only slightly pushed or closed by the fine-machining (see, for example, US Pat. 2 B with schematic drawing).

Für das Zwischenhonen und das Plateauhonen wurde jeweils reines Honöl als Kühlschmierstoff verwendet, was als förderlich für die Vermeidung oder Verminderung von Verschuppungen angesehen wird.For honing and plateau honing, pure honing oil was used as the cooling lubricant, which is considered conducive to avoiding or reducing scale.

Die Verwendung von auf diese Weise bearbeiteten Motorblöcken führt bereits zu einer deutlichen Reduzierung des Ölverbrauches gegenüber herkömmlichen Verfahren, insbesondere auch zu einer Stabilisierung des geringen Ölverbrauches über die gesamte Betriebsdauer.The use of engine blocks processed in this way already leads to a significant reduction of the oil consumption compared to conventional methods, in particular also to a stabilization of the low oil consumption over the entire service life.

Nach derzeitigem Verständnis führt die weitere Verringerung der Kernrauhtiefe gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren dazu, dass die damit sehr glatt bearbeiteten Plateaubereiche im Betrieb auch bei sehr dünnen Ölfilmen noch ausreichend gut geschmiert sind. Mit anderen Worten: die die Reduzierung des Rauheitsverhältnisses R_k/R_vk macht die Oberflächen noch toleranter für dünne Ölfilme, wodurch der Ölverbrauch vermindert werden kann. Außerdem haben die resultierenden Oberflächen einen größeren Traganteil, was speziell im Bereich des oberen Totpunktes der Arbeitsbewegung von Kolben in Zylindern von Bedeutung sein kann. In diesem Bereich kann herkömmlich der sogenannte „Zwickelverschleiß” auftreten, der zu erhöhtem Langzeit-Ölverbrauch führen kann. Die Erhöhung des Traganteiles wirkt dieser Verschleißerscheinung entgegen. Insgesamt kann durch die besondere Bearbeitung der Langzeitverbrauch an Schmierstoffen verringert werden.According to the current understanding, the further reduction of the core roughness depth according to the method proposed here leads to the fact that the very smoothly processed plateau areas are still sufficiently well lubricated during operation, even with very thin oil films. In other words, the reduction of the roughness ratio R _k / R _vk makes the surfaces even more tolerant to thin films of oil, whereby the oil consumption can be reduced. In addition, the resulting surfaces have a larger bearing ratio, which may be especially in the area of top dead center of the working movement of piston in cylinders of importance. Conventionally, the so-called "gusset wear" can occur in this area, which can lead to increased long-term oil consumption. The increase in the bearing component counteracts this wear. Overall, the long-term consumption of lubricants can be reduced by the special processing.

Anhand von 6 werden schematisch zwei Verfahrensvarianten erläutert. Bei der mit „V1” bezeichneten, nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden ersten Verfahrensvariante ist die Bearbeitung nach der Plateauhonung (PH) beendet. Bei der zweiten Verfahrensvariante „V2” schließt sich an die Plateauhonbearbeitung eine Strahlbehandlung in Form einer Laserbelichtung LB an. Die Verfahrensführung der Laserbelichtung kann im Wesentlichen gemäß der in der DE 39 22 377 C2 beschriebenen Verfahren zur Bearbeitung von Grauguss-Motorblöcken erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass die hier beschriebene Vorbearbeitung der gehonten Bohrung bis zum Plateauhonen sehr günstig in Kombination mit einer nachfolgenden Laserbelichtung sein kann, da die Laserbelichtung die eventuell noch vorliegenden Rest-Verschuppungen an den schon „vorgeöffneten” und nur gering verschuppten Oberflächen sehr effektiv und bei geringem Energieeinsatz beseitigen kann. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere durch Strahlungsenergie induzierbare Modifikationen bzw. Konditionierungen der plateaugehonten Oberfläche möglich.Based on 6 schematically two variants of the method are explained. In the case of the first method variant designated "V1", which does not belong to the claimed invention, the processing after the plateau honing (PH) is ended. In the second process variant "V2" is followed by the plateau honing a blast treatment in the form of a laser exposure LB on. The process control of the laser exposure can essentially according to the in the DE 39 22 377 C2 described method for machining cast iron engine blocks done. It has been shown that the pre-machining of the honed bore described here up to the plateau honing can be very favorable in combination with a subsequent laser exposure, since the laser exposure, the possibly still existing residual scumming on the already "pre-opened" and only slightly scaly surfaces very effective and eliminate it with low energy consumption. Alternatively or additionally, other radiation-inducible modifications or conditioning of the plateau-honed surface are possible.

Die Laserbelichtung kann mit unterschiedlichen Verfahrensvarianten durchgeführt werden. Bei einer Verfahrensvariante kann mit relativ geringer Laserintensität belichtet werden, so dass die aus der Plateauhonung und der Zwischenhonung resultierende Riefenstruktur weitgehend bestehen bleibt. Durch die Laserbelichtung und die damit verbundene Oberflächenmodiflkation können jedoch die Gleiteigenschaften weiter verbessert und ggf. die Abriebfestigkeit der Oberfläche verbessert sowie der Reibungskoeffizient zu den Kolbenringen verringert werden.The laser exposure can be carried out with different process variants. In a variant of the method can be exposed with relatively low laser intensity, so that the resulting from the Plateauhonung and Zwischenhonung score structure largely remains. However, the laser exposure and the associated Oberflächenmodiflkation the sliding properties can be further improved and possibly the abrasion resistance of the surface improved and the coefficient of friction to the piston rings can be reduced.

Wird dagegen mit höheren Laserintensitäten belichtet, so kann die Laserbelichtung so durchgeführt werden, dass die aus den vorangegangenen Honschritten resultierende Riefenstruktur weitgehend oder ganz verschwindet. Es kann somit z. B. die in 7 schematisch gezeigte Oberflächenstruktur entstehen. Hier treten an der plateaugehonten Innenfläche IF des Werkstückes WS im Bereich der Plateaus PL oberflächennahe Modifikationen des Werkstoffes in einer Schicht S mit einer Tiefe von weniger als 1 μm auf, die beispielsweise zu einer Härtung der Oberfläche führen können. Im Bereich von Graphiteinschlüssen G kann die Laserbelichtung zu einer Öffnung dieser Einschlüsse führen, wodurch viele gut verteilte Schmiermittelreservoirs an der Zylinderlauffläche entstehen. In diesem Falle kann die Ölhaltefähigkeit der Zylinderlauffläche im Wesentlichen durch die aufgeschlossenen Nester der Graphitlamellen bzw. Graphiteinschlüsse sichergestellt werden. Für diese Verfahrensvariante ist es wiederum günstig, wenn die Einschlüsse während der vorangehenden mechanischen Honbearbeitung nicht oder nur geringfügig verdrückt und dadurch geschlossen werden.If, on the other hand, exposure is effected with higher laser intensities, the laser exposure can be carried out in such a way that the scoring structure resulting from the preceding honing steps largely or entirely disappears. It can thus z. B. the in 7 schematically shown surface structure arise. Here occur on the plateau honed inner surface IF of the workpiece WS in the plateaus PL near-surface modifications of the material in a layer S with a depth of less than 1 micron, which can lead, for example, to a hardening of the surface. In the area of graphite inclusions G, the laser exposure can lead to an opening of these inclusions, resulting in many well-distributed lubricant reservoirs on the cylinder surface. In this case, the Oil retention of the cylinder surface are essentially ensured by the open-nests of the graphite fins or graphite inclusions. For this process variant, it is again favorable if the inclusions are not or only slightly pushed during the preceding mechanical honing and thereby closed.

Die dem Plateauhonen nachgeschaltete Laserbelichtung kann sich über die gesamte plateaugehonte Innenfläche erstrecken. Bei vielen Anwendungsfällen reicht es jedoch aus, wenn nur ein oder mehrere axiale Teilabschnitte nach dem Plateauhonen noch durch Laserbelichtung oder auf andere Weise strahlbehandelt werden. Hierdurch können in einem zeit- und kostenoptimierten Prozess gezielt lokal gewisse Oberflächenmodifikationen erreicht werden, während in anderen axialen Teilabschnitten die plateaugehonte Oberfläche nicht mehr modifiziert wird. Diese Verfahrensvariante wird anhand 8 beispielhaft näher erläutert. 8 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Abwicklung einer Zylinderlauffläche einer Brennkraftmaschine. Diese Zylinderlauffläche (auch Kolbenlaufbahn genannt) wird entweder durch die Innenfläche IF einer Zylinderbohrung in einem Motorblock oder durch die Innenfläche einer Zylinderlaufbuchse gebildet, die in eine entsprechend größere Bohrung eines Zylinderblocks eingesetzt wird. Die Zylinderlauffläche erstreckt sich zwischen einer Zylinderoberkante ZO und einer Zylinderunterkante ZU, wobei die Zylinderoberkante ZO das dem Brennraum des Motors zugeordnete Ende der Zylinderbohrung bildet. Beim betriebsfertig zusammengebauten Motor bewegt sich innerhalb des Zylinders ein Kolben mit daran angebrachten Kolbenringen, die bei der axialen Hin- und Herbewegung des Kolbens die Reibpartner der Innenfläche IF des Zylinders bilden. Wenn sich der Kolben im Bereich seines oberen Totpunktes befindet, wobei der Brennraum sein minimales Volumen erreicht, so befinden sich die am Kolben angebrachten Kolbenringe in einem der Zylinderoberkante ZO nahen Zwickelbereich ZB innerhalb eines axialen Endabschnittes EA, dessen axiale Länge typischerweise weniger als 30% oder weniger als 20% der axialen Länge der Zylinderbohrung zwischen Zylinderoberkante ZO und Zylinderunerkante ZU entspricht. Im Beispielsfall des nicht maßstabsgerecht gezeichneten Zylinders von 8 beträgt die axiale Länge des Endabschnittes EA ca. 30 mm.The laser exposure downstream of the plateau honing can extend over the entire plateau-honed inner surface. In many applications, however, it is sufficient if only one or more axial sections are still jet-treated by laser exposure or otherwise after the plateau honing. As a result, locally specific surface modifications can be achieved locally in a time- and cost-optimized process, while in other axial sections the plateau-honed surface is no longer modified. This process variant is based on 8th exemplified in more detail. 8th shows a schematic section of a development of a cylinder surface of an internal combustion engine. This cylinder running surface (also called piston barrel) is formed either by the inner surface IF of a cylinder bore in an engine block or by the inner surface of a cylinder liner, which is inserted into a correspondingly larger bore of a cylinder block. The cylinder running surface extends between a cylinder upper edge ZO and a lower cylinder edge ZU, wherein the upper cylinder edge ZO forms the combustion chamber of the engine associated end of the cylinder bore. When the motor is assembled ready for operation moves inside the cylinder, a piston with attached piston rings which form the friction partner of the inner surface IF of the cylinder during the axial reciprocation of the piston. When the piston is in the region of its top dead center, wherein the combustion chamber reaches its minimum volume, the piston rings mounted on the piston are located in a Zwickelbereich ZB near the cylinder top ZO within an axial end portion EA, whose axial length is typically less than 30% or less than 20% of the axial length of the cylinder bore between cylinder top ZO and Zylinderunerkante ZU corresponds. In the example of not drawn to scale cylinder of 8th the axial length of the end portion EA is about 30 mm.

Die axiale Länge des laserbehandelten Abschnitts liegt in vielen Fällen zwischen ca. 10 mm und ca. 50 mm und wird vor allem durch die mittlere Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl bestimmt. Eine typische Länge von ca. 30 mm ergibt sich beispielsweise für einen Benzinmotor mit Nenndrehzahl 6000 U/min bei einer Gesamtlänge der Zylinderbohrung von ca. 130 mm.The axial length of the laser-treated portion is in many cases between about 10 mm and about 50 mm and is mainly determined by the average piston speed at rated speed. A typical length of about 30 mm results, for example, for a gasoline engine with rated speed 6000 rpm with a total length of the cylinder bore of about 130 mm.

Die Zylinderlauffläche IF wurde zunächst in der oben beschriebenen Weise durch Vorhonen, nachfolgendes Zwischenhonen und anschließendes Plateauhonen so bearbeitet, dass eine plateaugehonte Oberfläche mit aus der Plateauhonung resultierenden, relativ flachen Honriefen PH und im Wesentlichen parallel oder im spitzen Winkel zu diesen verlaufenden, aus der Zwischenhonung resultierenden tieferen Honspuren (nicht gezeigt) entsteht, zwischen denen Plateaus PL gebildet sind (vergleiche z. B. 1 und 2). Dabei wurde beim Zwischenhonen und beim Plateauhonen das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten in Axialrichtung und in Umfangsrichtung so eingestellt, dass sich Honwinkel HW zwischen ca. 130° und ca. 140° der sich überkreuzenden Honspuren ergaben. Nach dem Plateauhonen lag die reduzierte Riefentiefe R_vk über die gesamte Innenfläche IF zwischen Zylinderoberkante ZO und Zylinderunterkante ZU im Bereich zwischen 0,8 μm und 1,8 μm, die Kernrautiefe R_k im Bereich 0,1 μm und 0,4 μm und es ergab sich ein Rauheitsverhältnis R_k/R_rk < 0.3. Für die Rauheit der Plateauoberfläche zwischen den Honriefen ergab sich eine reduzierte Spitzenhöhe R_pk < 0,3 μm.The cylinder surface IF was first processed in the manner described above by pre-honing, subsequent Zwischenhonen and subsequent Plateauhonen so that a plateaugehonte surface resulting from the Plateauhonung, relatively flat Honriefen PH and substantially parallel or at an acute angle to these running, from the Zwischenhonung resulting lower honing marks (not shown), between which plateaus PL are formed (compare eg. 1 and 2 ). In this case, the ratio of the velocity components in the axial direction and in the circumferential direction was adjusted during the intermediate honing and during the plateau lifting so that honing angles HW between approximately 130 ° and approximately 140 ° of the crossing honing traces resulted. After the plateau lifting, the reduced groove depth R _vk over the entire inner surface IF between cylinder top edge ZO and cylinder bottom edge ZU was in the range between 0.8 μm and 1.8 μm, the kernel depth R _k in the range 0.1 μm and 0.4 μm, and a roughness ratio R _k / R _rk <0.3 resulted. For the roughness of the plateau surface between the Honriefen resulted in a reduced peak _height R _pk <0.3 microns.

Nach der Plateauhonbearbeitung schloss sich eine Strahlbehandlung durch flächenhafte Laserbelichtung an, die sich lokal auf den relativ schmalen Endabschnitt EA an der Zylinderoberkante ZO beschränkte und damit relativ zeit- und kostengünstig durchführbar ist. Als Lichtquelle kann hierfür wird ein zur Abgabe von Ultraviolettstrahlung geeigneter Excimer-Laser verwendet werden, wobei typische Parameter den in der DE 39 22 377 C2 beschriebenen Verfahrensparametern entsprechen, die so zu wählen sind, dass die in einem Belichtungsbereich BB erzeugte Energiedichte etwa in dem Bereich liegt, die zur Bildung eines Plasmas führt. Bei bevorzugten Verfahrensvarianten kann beispielsweise mit einem einzelnen Puls ein rechteckförmiger Belichtungsbereich BB mit typischem Flächeninhalt zwischen ca. 0,5 cm² und ca. 1,5 cm² belichtet werden. Alternativ kann z. B. auch ein Festkörperlaser (z. B. Nd-YAG-Laser) oder ein Kupferdampf-Laser verwendet werden.After the plateau honing a beam treatment followed by areal laser exposure, which was limited locally to the relatively narrow end portion EA on the cylinder top ZO and thus relatively time and cost feasible. As a light source for this purpose, an appropriate for the delivery of ultraviolet radiation excimer laser can be used, with typical parameters in the DE 39 22 377 C2 described process parameters to be chosen so that the energy density generated in an exposure range BB is approximately in the range that leads to the formation of a plasma. In preferred process variants, for example, with a single pulse, a rectangular exposure region BB with typical surface area between about 0.5 cm ² and about 1.5 cm ^{2 are} exposed. Alternatively, z. For example, a solid state laser (eg, Nd-YAG laser) or a copper vapor laser may also be used.

Bei dem anhand von 8 erläuterten Beispiel wird innerhalb des Endabschnittes EA ein Gradient der durch Laserbelichtung erzielten Oberflächenmodifikationen derart eingestellt, dass die Oberflächenmodifikation in der Nähe der Zylinderoberkante ZO besonders stark ist und in Richtung Zylinderunterkante bzw. Bohrungsmitte kontinuierlich oder in geringer Stufung derart abnimmt, dass in einem Übergangsbereich ÜB zwischen dem Endabschnitt EA und dem daran anschließenden, nicht strahlbehandelten Oberflächenbereich kein Sprung der Oberflächeneigenschaften auftritt. Im Beispielsfall wird hierzu die Intensität bzw. die Energiedichte pro Laserpuls konstant gehalten und die Anzahl der überdeckenden Belichtungen pro Flächeneinheit in Axialrichtung zwischen Zylinderoberkante ZO und Übergangsbereich ÜB allmählich reduziert. Durch die Einstellung einer geeigneten Anzahl von Laserpuls pro Flächeneinheit kann die Gesamt-Belichtungsdauer bei im Wesentlichen gleicher Energiedichte pro Puls gezielt variiert werden, um die gewünschte Oberflächenmodifikation zu erreichen.In the case of 8th illustrated example, a gradient of the surface modifications achieved by laser exposure is set within the end portion EA such that the surface modification in the vicinity of the cylinder top ZO is particularly strong and towards the cylinder lower edge or center of bore decreases continuously or in low gradations such that in a transitional range between the end portion EA and the adjoining, non-jet-treated surface area no jump of the surface properties occurs. In the example case, the intensity or the energy density per laser pulse is kept constant for this purpose and the number of overlapping exposures per unit area in the axial direction between the upper cylinder edge ZO and transition region UB is gradually reduced. By setting a suitable number of laser pulses per unit area, the total exposure time can be selectively varied with essentially the same energy density per pulse in order to achieve the desired surface modification.

Beispielsweise kann in einem kantennahen Axialbereich A1 mit einer zweifachen bis fünffachen Überdeckung der Belichtungsbereiche gearbeitet werden, wobei beispielsweise 3, 4 oder 5 Pulse nacheinander auf einen bestimmten Bereich abgegeben werden, bevor ein unmittelbar anschließender Nachbarbereich ebenfalls mit drei bis fünf Pulsen pro Flächeneinheit belichtet wird. Für die Belichtung einer weiter entfernt von der Zylinderoberkante liegenden Zone A2 mit einer axialen Breite von beispielsweise zwischen 10 mm und 20 mm kann beispielsweise bei gleicher Energiedichte mit einer nur ein- bis zweifachen Überdeckung gearbeitet werden, so dass die resultierende Oberflächenmodifikation in diesem Bereich geringer ausfällt. Selbstverständlich ist in Axialrichtung auch eine wesentlich feinere Stufung möglich, um einen mehr oder weniger kontinuierlichen Gradienten der Oberflächenmodifikation einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zur Veränderung der Pulszahl pro Flächeneinheit ist es im Rahmen der verfügbaren Verfahrensparameter auch möglich, die Energiedichte pro Puls zu variieren, um eine Variation der erzielbaren Oberflächenmodifikation einzustellen.For example, in a near-edge axial region A1, two to five times overlap of the exposure regions can be used, for example 3, 4 or 5 pulses being emitted successively to a specific region before an immediately adjacent neighboring region is likewise exposed with three to five pulses per unit area. For the exposure of a zone A2 further away from the top edge of the cylinder with an axial width of, for example, between 10 mm and 20 mm, it is possible, for example, to work with only one to two overlaps at the same energy density, so that the resulting surface modification in this region is smaller , Of course, a much finer graduation is possible in the axial direction in order to set a more or less continuous gradient of the surface modification. As an alternative or in addition to the change in the number of pulses per unit area, it is also possible within the scope of the available process parameters to vary the energy density per pulse in order to set a variation of the achievable surface modification.

Nach Abschluss der Laserbestrahlung hat die Zylinderlauffläche in der Nähe der Zylinderoberkante ZO einen durch Laserbestrahlung nachbehandelten Endabschnitt EA, der an einem Übergangsabschnitt ÜB in einen nicht-strahlbehandelten Restbereich der Innenfläche IF ohne Sprung der Oberflächeneigenschaften übergeht. Innerhalb des Endabschnittes EA ist die Oberflächenmodifikation in der Nähe der Zylinderoberkante ZO innerhalb des Bereiches A1 besonders stark und nimmt zum Übergangsbereich ÜB hin kontinuierlich bzw. in kleinen Schritten ab. Die Verfahrensführung ist so gewählt, dass sich durch die Oberflächenmodifikation eine Härtung der Bohrungsinnenfläche im Bereich des Endabschnittes EA ergibt, so dass der in den bearbeitenden Endabschnitt EA fallende Zwickelbereich ZB verschleißresistenter ausgestaltet ist als die im Motorenbetrieb geringer belasteten, anschließenden Bereiche zwischen dem Endabschnitt EA und der Zylinderunterkante ZU. In diesem unmodifizierten Bereich UB unterliegt die mit sehr geringer Kernrauhtiefe ausgestattete plateaugehonte Oberfläche bei den hier höheren Geschwindigkeiten des im Zylinder laufenden Kolbens allein durch die gehonte Oberflächenstruktur einen sehr geringen Verschleiß, so dass die gesamte Zylinderlauffläche hinsichtlich ihrer tribologischen Eigenschaften optimiert ist.After completion of the laser irradiation, the cylinder running surface in the vicinity of the cylinder upper edge ZO has an end portion EA treated by laser irradiation, which merges at a transition portion UB into a non-irradiated remaining region of the inner surface IF without jumping of the surface properties. Within the end section EA, the surface modification in the vicinity of the cylinder top edge ZO within the region A1 is particularly strong and decreases continuously or in small steps toward the transition region UB. The process control is selected such that the surface modification results in a hardening of the inner bore surface in the region of the end section EA, so that the gusset region ZB falling into the machined end section EA is designed to be more wear-resistant than the adjacent regions between the end section EA and the lower edge of the cylinder ZU. In this unmodified region UB, the plateau-honed surface, which has a very low core roughness depth, is subject to very little wear at the higher speeds of the piston running in the cylinder, solely because of the honed surface structure, so that the entire cylinder surface is optimized with respect to its tribological properties.

An dem fertig bearbeiteten Werkstück kann sich die hier beschriebene Art der gezielten Modifikation des Endabschnitts EA dadurch zeigen, dass die durch das Plateauhonen resultierenden feinen Honriefen PH im nicht-laserbestrahlten Bereich UB gut zu erkennen sind, während sie im laserbehandelten Endabschnitt EA mit zunehmender Nähe zur Zylinderoberkante ZO ihren Riefencharakter immer mehr verlieren und teilweise in der Nähe der Zylinderoberkante ZO ganz verschwinden oder stark verrundet sind.At the finished workpiece, the type of targeted modification of the end portion EA described here can be shown by the fact that the fine honing marks PH resulting from the plateau honing are clearly visible in the non-laser-irradiated region UB, while they are closer to the laser-treated end portion EA Cylinder top edge ZO lose their Riefencharakter more and more or in the vicinity of the cylinder top ZO completely disappear or are strongly rounded.

Claims

A method of fine machining cylindrical inner surfaces of bores in a workpiece, in particular for fine machining cylinder surfaces of an engine block, comprising: a pre-honing stage for producing a pre-honed bore; a Zwischenhonstufe downstream of the Vorhonstufe to produce an intermediate hole; a plateau honing stage connected downstream of the intermediate honing stage for producing a plateau-honed bore; wherein in the intermediate honing stage, a honing tool is moved with an axial velocity component axially extending the bore and a circumferential velocity component extending circumferentially of the bore while adjusting a ratio between the axial velocity component and the peripheral velocity component between 2: 1 and 10: 1; wherein machining parameters of the plateau honing stage are adapted to the surface structure of the intermediate bore such that the plateau honed inner surface after the plateau honing step has a kernel roughness R _k <0.4 μm, and after the plateau honing step blasting of the plateau-honed inner surface is performed by means of laser radiation.

The method of claim 1, wherein the blast treatment is performed only in at least one axial portion of the bore while at least one other axial portion is not subjected to blast treatment, wherein preferably the axial length of the at least one blast-treated portion is less than 50%, in particular less than 30%. the processed by Plateauhonen inner surface amounts.

The method of claim 2, wherein the blast treatment is performed only in at least one axial end portion of the bore immediately adjacent to a bore end or in the Compared to the axial length of the end portion has relatively small distance to the bore end, wherein preferably the blast treatment is used in the machining of cylinder surfaces of an engine block to treat an axial end portion of the bore, which is in the region of top dead center of a piston running in the cylinder.

A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the blast treatment is performed within a blast treated portion of the well with an axially varying irradiation intensity and / or irradiation duration and / or coverage number of exposures such that a gradient of the blast treatment is provided in the blast treatment treated portion created by blasting treatment surface modifications.

The method of any one of claims 2 to 4, wherein the blast treatment is performed in an axial end portion of the bore having a decreasing irradiation intensity and / or irradiation duration and / or coverage number of exposures axially from the bore end to the bore center, such that the radiation-treated end portion produced thereby substantially without a sudden change in the surface properties in a subsequent to the center of the bore, non-radiation treated area passes.

Method according to one of the preceding claims, wherein the plateau honing step produces a kernel roughness of R _k <0.3 μm.

Method according to one of the preceding claims, wherein the processing parameters of the Zwischenhonstufe and Plateauhonstufe are coordinated such that the inner surface after the Plateauhonstufe has a reduced groove depth R _vk <1.6 microns, preferably a reduced groove depth 1 micron <R _vk <1.5 microns, in particular 0.8 μm <R _vk <1.4 μm is produced.

Method according to one of the preceding claims, wherein the processing parameters of the Zwischenhonstufe and Plateauhonstufe are coordinated so that the inner surface after the Plateauhonstufe has a roughness ratio R _k / R _vk <0.3 between the Kernrauhtiefe R _k and the reduced groove depth R _vk , preferably a roughness ratio R _k / R _vk > 0.12 and / or a roughness ratio R _k / R _vk in the range between 0.15 and 0.25 is generated.

A method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the honing tool is moved at the plate-hover stage such that a ratio between the axial-velocity component and the peripheral-velocity component is between 2: 1 and 10: 1.

Method according to one of the preceding claims, wherein the workpiece is an engine block or a cylinder liner made of gray cast iron material with Graphiteinschlüssen.

A method according to any one of the preceding claims, wherein an oil-containing cooling lubricant is used which has a content of at least 8% by weight of oil in water, wherein preferably the cooling lubricant contains between 15% and 30% by weight of oil in water or in which an oily coolant is used which has a content of at least 90% by weight of oil in water, preferably a substantially water-free, oil-containing cooling lubricant is used.

Workpiece having at least one bore with a cylindrical inner surface, in particular cylinder liner or engine block with a cylinder surface of an engine block, the inner surface having honing marks, the honing angles of more than 120 ° and less than 170 ° include, the inner surface a plateaugehonte surface with a Kernrauhtiefe R _k <0.4 μm, and wherein the inner surface has a laser-exposed modified near-surface layer.

A workpiece according to claim 12, wherein the near-surface layer has a depth of less than 5 μm, in particular less than 1 μm.

A workpiece according to claim 12 or 13, wherein the inner surface of the bore in at least one axial section has a laser-exposed, near-surface layer adjoining an unmodified plateau-honed surface, preferably wherein the axial length of the at least one beam-treated section is less than 50%. , In particular, less than 30% of the machined by Plateauhonen inner surface and / or wherein the axial portion is an end portion of the bore.

The workpiece of claim 14, wherein the inner surface of the bore is a cylinder bore for an engine block and the end portion is dimensioned to include a gusset region in which the piston rings of a piston running in the cylinder liner reach its top dead center.

A workpiece according to any one of claims 14 to 15, wherein there is an axial gradient of the surface modification within the laser beam irradiated portion, preferably the extent of surface modification in a transition region between the beam-treated portion and a subsequent non-jet-treated portion continuously decreases such that there is substantially no jump in the surface properties in the axial direction.

A workpiece according to any one of claims 12 to 16, wherein the inner surface has a core roughness of R _k <0.3 μm.

Workpiece according to one of claims 12 to 17, wherein the inner surface has a reduced groove depth R _vk <1.6 microns, wherein preferably the inner surface has a reduced groove depth 1 microns <R _vk <1.5 microns, in particular 0.8 microns <R _vk <1.4 microns ,

A workpiece according to any one of claims 12 to 18, wherein the inner surface has a roughness ratio R _k / R _vk <0.3 between the core roughness R _k and the reduced groove depth R _vk , wherein preferably the roughness ratio R _k / R _vk > 0.12 and / or Range is between 0.15 and 0.35, in particular between 0.15 and 0.25.

A workpiece according to any one of claims 12 to 19, wherein the inner surface has honing marks of greater depth resulting from intermediate honing, including honing angles of more than 120 ° and less than 170 °, and wherein the inner surface of honing marks resulting from plateau honing has lesser depths, the honing angles more than 120 ° and less than 170 °, preferably with less or less honing marks parallel or at an angle of less than 10 ° to the honing marks of greater depth.