DE102009058214A1

DE102009058214A1 - Method for non-cutting processing of surface of workpiece, involves developing non-deformed or unprocessed areas in feeding direction along surface between deformed or processed areas of workpiece surface

Info

Publication number: DE102009058214A1
Application number: DE102009058214A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Glimpel; Dietmar Dipl.-Ing. Hechtle
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-24

Abstract

The method involves moving a non-cutting processing tool (2) relative to a workpiece surface during working movement that comprises rotary movement of tool around a tool axis (A) and feed movement of tool. A pressure area (3) of the tool engages the surface during working movement for displacing or plastically deforming workpiece material. The material is deformed continuously or without interruption or processed at the surface during working movement. Non-deformed or unprocessed areas are developed in a feeding direction along the surface between the deformed or processed areas of surface. An independent claim is also included for a tool for non-cutting processing of a workpiece surface, comprising individual pressing areas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche sowie ein Werkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren.The The invention relates to a method for processing a workpiece surface and a tool for use in such a method.

Zum Feinbearbeiten oder Nachbearbeiten von Werkstückoberflächen sind sowohl spanabhebende Verfahren mittels Reibahlen oder Schlichtfräsern, insbesondere zur Glättung der Oberfläche, als auch spanlose Verfahren mittels Rollierwerkzeugen oder Kugelstrahlen, insbesondere zur Verfestigung oder zum Einbringen von Druckeigenspannungen an der Werkstückoberfläche, bekannt.To the Finishing or reworking workpiece surfaces are both metal-cutting Method by means of reamers or finishing cutters, in particular for smoothing the Surface, as well as non-cutting methods by means of rolling tools or shot peening, in particular for solidification or for introducing compressive residual stresses on the workpiece surface, known.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche und ein Werkzeug zum Einsatz in einem solchen Verfahren anzugeben.It Object of the invention, a new method for processing a Workpiece surface and to specify a tool for use in such a method.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Werkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und des Werkzeugs gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 8 jeweils abhängigen Patentansprüchen.These Task is in terms of the method with the features of the claim 1 and with regard to the tool with the features of the claim 8 solved. Advantageous embodiments and further developments of the method and the tool according to the invention emerge from the of claim 1 or claim 8 each dependent Claims.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks geeignet und bestimmt, insbesondere zum Feinbearbei ten, Glätten und/oder Verfestigen oder zum Aufbau von Druckeigenspannungen des Werkstückmaterials an der bearbeiteten Oberfläche.The Method according to the invention is for editing a surface a workpiece suitable and determined, in particular for Feinbearbei th, smoothing and / or Solidify or build up residual compressive stresses of the workpiece material at the machined surface.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in derenThe The invention will be further explained below with reference to exemplary embodiments. there is also referred to the drawing, in whose

1 ein Werkzeug gemäß der Erfindung in einer Längsansicht, 1 a tool according to the invention in a longitudinal view,

2 das Werkzeug gemäß 1 in einer perspektivischen Seitenansicht, 2 the tool according to 1 in a perspective side view,

3 das Werkzeug gemäß 1 oder 2 in einer perspektivischen Stirn- oder Frontansicht, 3 the tool according to 1 or 2 in a perspective front or front view,

4 das Werkzeug gemäß 1 bis 3 in einer perspektivischen Schrägansicht, 4 the tool according to 1 to 3 in a perspective oblique view,

5 ein Werkzeug gemäß 1 bis 4 während einer Bearbeitung einer kleiner als das Werkzeug bemaßten Bohrung in einem Werkstück in einer teils perspektivischen, teils geschnittenen Längsansicht und 5 a tool according to 1 to 4 during machining of a smaller than the tool dimensioned bore in a workpiece in a partially perspective, partially cut longitudinal view and

6 ein Werkzeug gemäß 1 bis 4 während einer Bearbeitung einer größer als das Werkzeug bemaßten Bohrung in einem Werkstück in einer teils perspektivischen, teils geschnittenen Längsansicht
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen. 6 a tool according to 1 to 4 during machining of a larger than the tool dimensioned bore in a workpiece in a partially perspective, partially cut longitudinal view
are each shown schematically. Corresponding parts and sizes are in the 1 to 6 provided with the same reference numerals.

Das Werkzeug 2 gemäß 1 bis 4 ist zum spanlosen Bearbeiten einer Werkstückoberfläche durch plastische Verformung des Werkstückmaterials an der Oberfläche vorgesehen. Dazu weist das Werkzeug 2 in einem Arbeitsbereich 20 am vorderen Ende eines Werkzeugschaftes 21 mehrere Drückbereiche (Drückstollen, Formkeile, Formelemente) 3, im Beispiel der 1 bis 4 neun an der Zahl, auf, die bei Drehung des Werkzeugs 2 um seine Werkzeugachse A in der Drehbewegung D während der Bearbeitung eines Werkstücks in die Werkstückoberfläche drücken und durch eine plastische Verformung das Werkstückmaterial bleibend eindrücken oder einformen. Die in z-Richtung entlang der Werkzeugachse A gemessene axiale Länge des Arbeitsbereichs 20 ist mit za bezeichnet. Der in radialer Richtung r zur Werkzeugachse A gemessene Schaftradius des Werkzeugschaftes 21 ist mit Rs bezeichnet und der maximale Radius des Arbeitsbereiches 20 mit Rmax. Der Radius r in den Nuten 4 ist mit Rn bezeichnet und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kleiner als der Schaftradius Rs, kann aber auch gleich oder größer sein.The tool 2 according to 1 to 4 is provided for non-cutting machining of a workpiece surface by plastic deformation of the workpiece material on the surface. This is indicated by the tool 2 in a workspace 20 at the front end of a tool shank 21 several pressing areas (punching lugs, shaped wedges, form elements) 3 , in the example of 1 to 4 nine in number, on, the while turning the tool 2 to press its tool axis A in the rotational movement D during the machining of a workpiece in the workpiece surface and permanently impress or mold the workpiece material by a plastic deformation. The axial length of the working area measured along the tool axis A in the z-direction 20 is called za. The shaft radius of the tool shank measured in the radial direction r relative to the tool axis A. 21 is denoted by Rs and the maximum radius of the work area 20 with Rmax. The radius r in the grooves 4 is denoted by Rn and is smaller than the shaft radius Rs in the illustrated embodiment, but may also be equal to or greater.

Am vom Arbeitsbereich 20 abgewandten Endbereich des Werkzeugschaftes 21 ist ein Koppelbereich 22, beispielsweise ein Vierkant, angeordnet zum Koppeln des Werkzeugs 2 an einen Drehantrieb oder einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, der die Drehbewegung D des Werkzeuges 2 erzeugt.At the work area 20 remote end region of the tool shank 21 is a coupling area 22 For example, a square, arranged for coupling the tool 2 to a rotary drive or a tool spindle of a machine tool, the rotational movement D of the tool 2 generated.

Die einzelnen Drückbereiche 3 des Werkzeugs 2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Nuten 4 voneinander getrennt, in die jeweils eine Auslassöffnung 5 für ein Schmier- und/oder Kühlmittel mündet. Das Schmier- und/oder Kühlmittel wird im Beispiel der 1 durch einen zentralen Kanal 6 und davon abzweigende zu den Öffnungen 5 führende Kanäle innerhalb des Werkzeugschaftes 21 zugeführt und über die Nuten 4 dann dem Arbeitsbereich 20 insbesondere den Drückbereichen 3 zur Verringerung der Reibung und/oder zum Kühlen bei der Bearbeitung weitergeleitet.The individual pressing areas 3 of the tool 2 are in the illustrated embodiment by grooves 4 separated from each other, in each of which an outlet opening 5 for a lubricant and / or coolant opens. The lubricant and / or coolant is in the example of 1 through a central channel 6 and branch off to the openings 5 leading channels within the tool shank 21 fed and over the grooves 4 then the workspace 20 in particular the spinning areas 3 forwarded to reduce friction and / or cooling during processing.

Wie besonderes in den 2 bis 4 zu erkennen, ist der maximale Radius Rmax der Drückbereiche 3 des Arbeitsbereichs 20 größer als der Radius Rs des Schaftes 21. Die Drückbereiche 3 ragen also von der Werkzeugachse A gesehen radial am weitesten nach außen.How special in the 2 to 4 to recognize is the maximum radius Rmax of the pressing areas 3 of the workspace 20 greater than the radius Rs of the shaft 21 , The pressing areas 3 so protrude radially from the tool axis A radially outermost.

In 2 bis 4 sind die Drückbereiche 3 detaillierter dargestellt. Die Drückbereiche 3 umfassen jeweils einen zentralen Drückgrat (Drückstollen, Drückfläche) 30, der wie in der Längsansicht in 2 zu erkennen, über eine axiale Länge zd in z-Richtung konstant den maximalen Radius Rmax von der Werkzeugachse A aufweist, also geometrisch auf einer Zylinderfläche des Radius Rmax mit der Zylinderachse A liegt.In 2 to 4 are the push areas 3 shown in more detail. The pressing areas 3 each include a central spinning ridge (punching lug, pressing surface) 30 which is like in the longitudinal view in 2 to recognize, over an axial length zd in the z-direction constant, the maximum radius Rmax of the tool axis A, that is geometrically on a cylindrical surface of the radius Rmax with the cylinder axis A.

Die verschiedenen Drückbereiche 3 sind dabei in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet und kommen vorzugsweise in einer Drehprojektion oder bei Drehung um die Werkzeugachse A in- oder aufeinander zu liegen oder sind kongruent zueinander. Mit anderen Worten, das Werkzeug 2 weist in seinem Arbeitsbereich 20 mit den Drückbereichen 3 eine n-zählige Drehsymmetrie auf, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine neunzählige Drehsymmetrie, die also bei 1 bis n-maligem Drehen um einen Drehwinkel von 360°/n, also im Ausführungsbeispiel 360°/9 = 40°, geometrisch in sich selbst übergehen. Man spricht auch von gleicher Teilung oder gleichen Teilungswinkeln 360°/n zwischen den Drückbereichen 3. Das Werkzeug 2 hat dadurch keine Unwuchten und jeder Drückbereich 3 wirkt in gleicher Weise auf das Werkstück ein hinsichtlich Umformung und Reibung. Es ist auch möglich, beispielsweise zur Reduzierung von Schwingungen, eine ungleiche Teilung, also wenigstens zwei zueinander verschiedene Teilungswinkel zwischen den Drückbereichen 3 vorzusehen.The different pressing areas 3 are arranged one behind the other in the circumferential direction and are preferably in a rotational projection or rotation about the tool axis A in or on each other or are congruent to each other. In other words, the tool 2 points in his workspace 20 with the pressing areas 3 an n-fold rotational symmetry, in the illustrated embodiment, a nine-fold rotational symmetry, so in 1 to n times turning by a rotation angle of 360 ° / n, ie in the embodiment 360 ° / 9 = 40 °, geometric in itself. One also speaks of equal pitch or equal pitch angles 360 ° / n between the press areas 3 , The tool 2 has no imbalance and any pressure range 3 acts in the same way on the workpiece with regard to forming and friction. It is also possible, for example, to reduce vibrations, an unequal pitch, so at least two mutually different pitch angle between the pressing areas 3 provided.

Axial zur Werkzeugachse A oder in z-Richtung vor dem Drückgrat 30 liegt ein im Radius von dem maximalen Radius Rmax beim Drückgrat 3 zu einem minimalen Radius R2 am vorderen Ende des Werkzeugs 2 abnehmender vorderer Bereich 31. Hinter dem Drückgrat 30 schließt sich unmittelbar ein im Beispiel der 2 linear oder kegelförmig im Radius r von dem Radius Rmax zum Schaftradius Rs abnehmender hinterer Bereich 32 an den Drückgrat 30 an.Axial to the tool axis A or in the z-direction in front of the press ridge 30 lies in the radius of the maximum radius Rmax at the press ridge 3 to a minimum radius R2 at the front end of the tool 2 decreasing frontal area 31 , Behind the spine 30 closes immediately in the example of the 2 linear or conical in the radius r from the radius Rmax to the shaft radius Rs decreasing rear area 32 to the spine 30 at.

Wie in 3 zu erkennen, die das Werkzeug 2 in einer Frontansicht zeigt, sind die Drückbereiche 3 in Umfangsrichtung oder in der Drehrichtung D nicht zylindrisch ausgebildet, sondern weisen eine dachförmige oder auch eine wie ein vorzugsweise etwas verrundetes Polygoneck gestaltete Struktur auf mit dem Drückgrat 30 im Zentrum beim maximalen Radius Rmax und zwei sich, in Drehrichtung D gesehen, seitlich links und rechts jeweils an den Drückgrat 30 anschließende, jeweils vom Radius Rmax auf einen kleineren Radius R1 abfallende seitliche Bereiche 33 und 34.As in 3 to recognize the tool 2 in a front view, the push areas are 3 in the circumferential direction or in the direction of rotation D is not cylindrical, but have a roof-shaped or a like a slightly rounded polygon designed structure with the Drückgrat 30 in the center at the maximum radius Rmax and two, seen in the direction of rotation D, laterally on the left and right of the spine 30 subsequent, each of the radius Rmax to a smaller radius R1 sloping lateral areas 33 and 34 ,

Die Drückbereiche 3 sind dabei gemäß 3 derart symmetrisch ausgebildet, dass die seitlichen Bereiche 33 bis 34 und der dazwischen angeordnete Drückgrat 30 spiegelsymmetrisch hinsichtlich einer die Werkzeugachse A und die radiale Richtung R enthaltene Spiegelebene ausgebildet sind. Dadurch kann das Werkzeug bei der Arbeitsbewegung zum Bearbeiten der Werkstuckoberfläche in jeder Drehrichtung, also im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, in der Drehbewegung D um die Werkzeugachse A betrieben werden. Je nach Drehrichtung arbeitet dann der seitliche Bereich 33 oder der seitliche Bereich 34 zuerst in die Werkstuckoberfläche ein, bis dann der Drückgrat 30 die maximale Verformung beim Radius Rmax in dem Werkstück erzeugt, die dann auch zur plastischen und damit permanenten Verformung über die Elastizitätsgrenze hinaus in dem Werkstück führt.The pressing areas 3 are doing according to 3 formed so symmetrical that the lateral areas 33 to 34 and the intermediate ridge 30 mirror-symmetrical with respect to a tool axis A and the radial direction R contained mirror plane are formed. As a result, in the working movement for machining the workpiece surface, the tool can be operated in any direction of rotation, ie clockwise or counterclockwise, in the rotational movement D about the tool axis A. Depending on the direction of rotation then works the lateral area 33 or the side area 34 first into the surface of the workpiece, until then the spine 30 generates the maximum deformation at the radius Rmax in the workpiece, which then also leads to the plastic and thus permanent deformation beyond the elastic limit in the workpiece.

In 5 und 6 sind jeweils Momentanaufnahmen eines Werkzeugs 2 gemäß 1 bis 4 während des Einsatzes in jeweils einer Variante eines Verfahrens zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche gezeigt. Es wird jeweils mit dem Werkzeug 2 eine innere Oberfläche 12 einer vorerzeugten, insbesondere gebohrten, Bohrung (oder: Loches) 11 in einem Werkstück 10 nachbearbeitet. Dargestellt ist eine zylindrische Bohrung 11, die Bohrung 11 kann aber auch eine nicht (rein) zylindrische Form haben, z. B. gestuft oder kegelig oder verrundet sein oder auch ein hinterschnittenes Axialprofil aufweisen.In 5 and 6 are each instantaneous pictures of a tool 2 according to 1 to 4 shown during use in each case a variant of a method for machining a workpiece surface. It is each with the tool 2 an inner surface 12 a pre-produced, especially drilled, hole (or hole) 11 in a workpiece 10 reworked. Shown is a cylindrical bore 11 , the hole 11 but can also have a non (purely) cylindrical shape, for. B. stepped or tapered or rounded or have an undercut axial profile.

In beiden Varianten gemäß 5 und 6 ist der Bohrungsdurchmesser der Bohrung 11 vor der Bearbeitung mit dem Werkzeug 2 mit D1 bezeichnet und weist die Bohrung 11 nach der Bearbeitung und dabei erfolgenden plastischen Verformung durch die Drückbereiche 3 an ihrer inneren Oberfläche 12 den Bohrungsdurchmesser D2 auf, der größer ist als der Bohrungsdurchmesser D1 vor der Bearbeitung. Die Differenz D2 – D1 entspricht der Umformtiefe t, um die die Oberfläche 12 des Werkstücks 10 in der Bohrung 11 nach der Bearbeitung weiter in das Werkstück 10 eingedrückt oder eingeformt ist als vorher. Beispielhafte Werte für die Umformtiefe t liegen bei 0,05 bis 0,5 mm, insbesondere 0,08 mm bis 0,12 mm, bei einem Bohrungsdurchmesser D2 nach Bearbeitung von 33 bis 40 mm. Der Bohrungsdurchmesser D2 kann natürlich auch andere Werte aufweisen, z. B. zwischen 0,5 und 500 mm. Im Allgemeinen wird das Verhältnis t/D2 zwischen 1/20 und 1/1000 gewählt.In both variants according to 5 and 6 is the bore diameter of the hole 11 before machining with the tool 2 denoted D1 and indicates the bore 11 after processing and thereby plastic deformation by the pressing areas 3 on its inner surface 12 the bore diameter D2, which is larger than the bore diameter D1 before machining. The difference D2 - D1 corresponds to the forming depth t, around which the surface 12 of the workpiece 10 in the hole 11 after processing, continue into the workpiece 10 is pressed or molded than before. Exemplary values for the forming depth t are 0.05 to 0.5 mm, in particular 0.08 mm to 0.12 mm, with a bore diameter D2 after machining of 33 to 40 mm. The bore diameter D2 may of course have other values, for. B. between 0.5 and 500 mm. In general, the ratio t / D2 is chosen between 1/20 and 1/1000.

Aufgrund der Ausbildung der Drückbereiche 3 im Bereich ihrer Drückgrate 30 mit dem gleichen Radius Rmax über die gesamte axiale Länge zd sind die Drückbereiche 3 annähernd an die zylindrische Innenwandung oder Oberfläche 12 der Bohrung 11 angepasst oder angenähert, so dass eine gute gleichmäßige Glättung und Verfestigung der Oberfläche 12 erzielt wird.Due to the formation of the pressing areas 3 in the area of their spine burrs 30 with the same radius Rmax over the entire axial length zd are the pressing areas 3 approximately to the cylindrical inner wall or surface 12 the bore 11 adapted or approximated, allowing a good even smoothing and solidification of the surface 12 is achieved.

Gemäß der Erfindung insbesondere auch gemäß 5 und 6 wird mit dem Werkzeug 2 die Werkstückoberfläche 12 während der Arbeitsbewegung kontinuierlich über die gesamte Fläche bearbeitet, ohne dass Oberflächenbereiche in Vorschubrichtung, in 5 und 6 in axialer Richtung oder z-Richtung gesehen, ausgespart werden.According to the invention in particular according to 5 and 6 is with the tool 2 the workpiece surface 12 During the working movement continuously processed over the entire surface, without surface areas in the feed direction, in 5 and 6 be seen in the axial direction or z-direction, recessed.

In der Variante gemäß 5 ist nun der Bohrungsdurchmesser D1 der Bohrung 11 vor der Bearbeitung mit dem Werkzeug 2 etwas kleiner ist als der maximale Durchmesser 2·Rmax des Werkzeuges 2, also der doppelte Radius der Drückbereiche 3 im Bereich ihrer Drückgrate 30. Ferner wird das Werkzeug 2 in dieser Ausführungsform gemäß 5 ausschließlich axial in der axialen Vorschubrichtung V, also in z-Richtung oder parallel zur Werkzeugachse A in oder durch die Bohrung 11 geführt unter gleich zeitiger Drehung in der Drehbewegung D um die Werkzeugachse A. In der Ausführungsform gemäß 5 bleiben die Drückbereiche 3 während der Arbeitsbewegung kontinuierlich im Eingriff mit der Werkstückoberfläche 12. Beim Eintreten des Werkzeugs 2 in die Bohrung 11 oder am vorderen Ende arbeitet oder drückt auch der vordere Bereich 31 des Arbeitbereichs 20 des Werkzeugs 2 in die Werkstückoberfläche 12.In the variant according to 5 is now the bore diameter D1 of the hole 11 before machining with the tool 2 slightly smaller than the maximum diameter 2 · Rmax of the tool 2 , so twice the radius of the pressing areas 3 in the area of their spine burrs 30 , Further, the tool becomes 2 in this embodiment according to 5 exclusively axially in the axial feed direction V, ie in the z-direction or parallel to the tool axis A in or through the bore 11 guided under the same time rotation in the rotational movement D about the tool axis A. In the embodiment according to 5 remain the pressing areas 3 during the working movement continuously engaged with the workpiece surface 12 , Upon entry of the tool 2 into the hole 11 or at the front end also works or presses the front area 31 of the work area 20 of the tool 2 into the workpiece surface 12 ,

Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird bevorzugt die Vorschubgeschwindigkeit der axialen Vorschubbewegung V in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung D um die Werkzeugachse A so gewählt, dass bei einer vollen Umdrehung, d. h. um 360°, des Werkzeuges 2 um seine Werkzeugachse A, das Werkzeug 2 oder ein Punkt am Drückbereich 3 axial in der Vorschubrichtung V (oder: in z-Richtung) einen Weg oder axialen Vorschub zurücklegt, der kleiner oder höchstens so groß ist wie die axiale Länge zd der Drückgrate 30. Alternativ kann man dies durch die Beziehung 2πvz ≤ nωzdausdrücken mit der (konstanten) Vorschubgeschwindigkeit vz in z-Richtung und der (konstanten) Winkelgeschwindigkeit ω um die Werkzeugachse A und der Zahl n der Drückbereiche 3 am Umfang mit der axialen Länge zd der Drückgrate 30. Mit jeder dieser beiden vorgenannten speziellen Vorgaben wird im dargestellten Ausführungsbeispiel sichergestellt, dass die gesamte Oberfläche 12 in z-Richtung oder Vorschubrichtung gleichmäßig und vollständig von den Drückbereichen 3 bei der Arbeitsbewegung des Werkzeuges 2 bearbeitet wird. Bei komplexeren Arbeitbewegungen können die Bedingungen für die Bewegungsparameter auch abzuwandeln sein.In the embodiment according to 5 is preferably the feed rate of the axial feed movement V as a function of the rotational speed of the rotational movement D about the tool axis A selected so that at a full revolution, ie by 360 °, of the tool 2 around its tool axis A, the tool 2 or a point on the press area 3 axially in the feed direction V (or: in the z-direction) travels a path or axial feed, which is smaller or at most as large as the axial length zd of the spinning burrs 30 , Alternatively, you can do this through the relationship 2πvz ≤ nωzd expressing with the (constant) feed rate vz in the z-direction and the (constant) angular velocity ω about the tool axis A and the number n of the pressing areas 3 on the circumference with the axial length zd of the pressure burrs 30 , With each of these two aforementioned specific specifications, it is ensured in the illustrated embodiment that the entire surface 12 in z-direction or feed direction evenly and completely from the press areas 3 during the working movement of the tool 2 is processed. For more complex work movements, the conditions for the motion parameters can also be modified.

Die Ausführungsform gemäß 6 zeigt nun eine andere Variante gemäß der Erfindung, bei der der Bohrungsdurchmesser D1 der Bohrung 11 vor der Bearbeitung durch das Werkzeug 2 größer ist als der maximale Werk zeugdurchmesser 2·Rmax im Arbeitsbereich 20. Das Werkzeug 2 wird nun lediglich an einer Seite der Werkstückoberfläche 12 in der Bohrung 11 zugestellt und zwar derart, dass die Werkzeugachse A parallel und beabstandet zu einer Mittelachse M der Bohrung 11 gerichtet ist und das Werkzeug 2 zusätzlich zur Eigendrehung um die Werkzeugachse A in der Drehbewegung D und einer axialen Vorschubbewegung V auch noch in einer mit DM bezeichneten Drehbewegung oder Rotationsbewegung seiner Werkzeugachse A um die Mittelachse M bewegt wird. Aus der axialen Vorschubbewegung V in der z-Richtung oder parallel zur Mittelachse M einerseits und der Drehbewegung DM der Werkzeugachse A um die Mittelachse M resultiert eine zusammengesetzte helikale oder schraubenförmige Bewegung, der sich noch die Eigendrehbewegung D überlagert. Während dieser zusammengesetzten Arbeitsbewegung greift das Werkzeug 2 an einer Seite mit den dort abwechselnd der Werkstückoberfläche 12 zugewandten Drückbereichen 3 in die Werkstückoberfläche 12 ein und verformt diese plastisch. Der Eingriff der Drückbereiche 3 in die Oberfläche 12 des Werkstücks 10 ist bei diesem Bearbeitungsverfahren diskontinuierlich, d. h. die Drückbereiche 3 greifen jeweils nur für eine bestimmte Zeit in die Oberfläche 12 ein und kommen dann wieder außer Eingriff. Beim derart arbeitenden Werkzeug kann die Bahn auch unterschiedlich programmiert werden, beispielsweise in Kreisbahnen in einer Ebene, die dann im Vorschub axial versetzt werden und nacheinander gefahren werden. Weitere Varianten, z. B. wellenförmige Linien etc. ähnlich dem Formen und -Gesenkfräsen sind auch denkbar.The embodiment according to 6 now shows another variant according to the invention, in which the bore diameter D1 of the bore 11 before machining by the tool 2 greater than the maximum tool diameter 2 · Rmax in the working range 20 , The tool 2 will now only on one side of the workpiece surface 12 in the hole 11 delivered in such a way that the tool axis A parallel and spaced from a central axis M of the bore 11 is directed and the tool 2 in addition to its own rotation about the tool axis A in the rotational movement D and an axial feed motion V is also moved in a designated DM rotational movement or rotational movement of its tool axis A about the central axis M. From the axial feed movement V in the z-direction or parallel to the central axis M on the one hand and the rotational movement DM of the tool axis A about the central axis M results in a composite helical or helical movement, which is still superimposed on the self-rotating movement D. During this composite work movement the tool engages 2 on one side with the there alternately the workpiece surface 12 facing pressing areas 3 into the workpiece surface 12 and deforms this plastically. The engagement of the pressing areas 3 in the surface 12 of the workpiece 10 is discontinuous in this machining process, ie the spinning areas 3 grab each in the surface only for a certain time 12 and then disengage again. When working in such a tool, the web can also be programmed differently, for example, in circular paths in a plane, which are then offset axially in the feed and are driven in succession. Other variants, eg. B. wavy lines, etc. similar to the forms and face milling are also conceivable.

Durch die Drückarbeit der Drückbereiche 3 wird gemäß 6 während der Vorschubbewegung des Werkzeugs 2 entlang der Vorschubrichtung V die Werkstückoberfläche 12 wieder kontinuierlich umgeformt und dadurch bearbeitet, insbesondere verfestigt oder geglättet.By the pressing work of the pressing areas 3 is according to 6 during the feed movement of the tool 2 along the feed direction V, the workpiece surface 12 continuously reshaped and thereby processed, in particular solidified or smoothed.

Die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubbewegung V und die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung DM, also entsprechend der Steigung der helikalen Bewegung, werden so aufeinander abgestimmt, dass bei einer vollen Umdrehung der Werkzeugachse A um die Mittelachse M der axiale Vorschub entlang der Vorschubrichtung V (im Ausführungsbeispiel der von einem Punkt am Drückbereich 3 zurückgelegte Weg in z-Richtung) kleiner oder höchstens so groß ist wie die axiale Länge zd der Drückbereiche 3 im Bereich ihrer Drückgrate 30. Alternativ kann man dies durch die Beziehung 2πvz ≤ nωMzdausdrücken mit der (konstanten) Vorschubgeschwindigkeit vz in z-Richtung und der (konstanten) Winkelgeschwindigkeit ωM der Werkzeugachse A um die Mittelachse M und der Zahl n der Drückbereiche 3 am Umfang mit der axialen Länge zd der Drückgrate 30. Auch hierdurch wird wieder sichergestellt, dass kein Bereich der oberen Fläche 12 in axialer Richtung ausgelassen wird, sondern eine kontinuierliche Bearbeitung gewährleistet ist.The feed rate of the feed motion V and the rotational speed of the rotary motion DM, so according to the slope of the helical movement, are coordinated so that in a full revolution of the tool axis A about the central axis M of the axial feed along the feed direction V (in the embodiment of a Point at the press area 3 traveled distance in the z direction) is smaller or at most as large as the axial length zd of the pressing areas 3 in the area of their spine burrs 30 , Alternatively, you can do this through the relationship 2πvz ≤ nωMzd Express with the (constant) feed rate vz in the z-direction and the (constant) angle speed ωM of the tool axis A about the center axis M and the number n of the pressing portions 3 on the circumference with the axial length zd of the pressure burrs 30 , This again ensures that no area of the upper surface 12 is omitted in the axial direction, but a continuous processing is guaranteed.

Die Drehgeschwindigkeit ω der Drehung D des Werkzeugs um die eigene Werkzeugachse ist vorzugsweise um einen Faktor aus einem Bereich von 50 bis 5000 größer als die Drehgeschwindigkeit ωM der Zirkular- oder Drehbewegung DM.The Rotational speed ω of Rotation D of the tool about its own tool axis is preferred by a factor from a range of 50 to 5000 greater than the rotational speed ωM the circular or rotary movement DM.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform können auch axial zur Werkzeugachse A zueinander versetzte Drückbereiche 3 vorgesehen sein. Beispielsweise kann zwischen zwei auf gleicher axialer Position z liegenden Drückbereichen 3 wenigstens ein axial versetzter Drückbereich angeordnet sein oder die Drückbereiche können, beispielsweise entlang einer Helix mit konstanter oder variabler Steigung fortlaufend und paarweise zueinander axial versetzt sein.In one embodiment, not shown, axially offset to the tool axis A offset pressing areas 3 be provided. For example, between two lying at the same axial position z pressure ranges 3 At least one axially offset pressing region may be arranged or the pressing regions may be axially displaced continuously, for example along a helix of constant or variable pitch, and in pairs.

Diese axial versetzten Drückbereiche 3 können in einer ersten Ausführungsform einander in der Drehprojektion um die Werkzeugachse A teilweise überlappen, einander entsprechende Teilbereiche der Drückberei che 3 also um einen axialen Versatz versetzt sein, der kleiner ist als die axiale Länge zd.These axially offset pressing areas 3 may in a first embodiment, each other in the rotation projection about the tool axis A partially overlap, corresponding to each other portions of the Drückberei surface 3 So be offset by an axial offset, which is smaller than the axial length zd.

In einer anderen alternativen oder mit der ersten Ausführungsform kombinierbaren Ausführungsform können axial versetzte Drückbereiche auch einander in Umfangsrichtung nicht überlappen also um wenigstens einen axialen Abstand az voneinander beabstandet sein.In another alternative or with the first embodiment combinable embodiment can axially offset pressing areas also not overlap each other in the circumferential direction so at least be an axial distance az spaced from each other.

Wenn nun der axiale Abstand az zweier axial versetzter Drückbereiche kleiner gewählt wird als die axiale Länge zd der Drückbereiche, so ist eine kontinuierliche Bearbeitung der Werkstückoberfläche ohne Unterbrechungen in z-Richtung bei beliebiger Vorschubgeschwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit gewährleistet, zumindest solange der Vorschub die axiale Länge zd nicht überschreitet.If now the axial distance az of two axially offset pressing areas chosen smaller is called the axial length zd the pressing areas, so is a continuous machining of the workpiece surface without Interruptions in the z-direction at any feed rate or angular velocity, at least as long as the feed does not exceed the axial length zd.

Ist der axiale Abstand az dagegen gleich oder größer als zd, so muss die Vorschubgeschwindigkeit, insbesondere vz, und die Winkelgeschwindigkeit ω oder ωM wieder wie vorne beschrieben aufeinander und auf die axiale Länge zd und die Zahl n der Drückbereiche abgestimmt werden.is the axial distance az, however, is equal to or greater than zd, then the feed rate, in particular vz, and the angular velocity ω or ωM again as described above on each other and on the axial length zd and the number n of press areas be matched.

Wenn die axialen Längen zd der Drückbereiche gleich sind und die axialen Abstände az gleich sind, sollte der Fall vermieden werden, dass die Drückbereiche alle entlang einer Helix in denselben Oberflächenbereichen drücken. Dies entspräche der Bedingung, dass 2πvz ≠ ω(zd + az) oder entsprechend 2πvz ≠ ω(zd + az).If the axial lengths zd the pressing areas are the same and the axial distances az are the same, the case should be avoided that the pressing areas all press along a helix in the same surface areas. This correspond the condition that 2πvz ≠ ω (zd + az) or 2πvz ≠ ω (zd + az).

Die axialen Längen der Drückbereiche 3 müssen auch nicht gleich sein, sondern können auch variieren oder unterschiedlich zueinander sein.The axial lengths of the pressing areas 3 also do not have to be the same, but they can also vary or be different from each other.

In einer weiteren speziellen Ausführungsform können auch zusätzlich zu den Drückbereichen spanabhebende Bereiche oder Schneidbereiche, insbesondere Schlichtschneidbereiche, zur Oberflächenbearbeitung am Werkzeug 2 vorgesehen sein, die insbesondere in Umfangsrichtung zwi schen zwei Drückbereichen angeordnet werden können, so dass bei einer Umdrehung des Werkzeugs 2 abwechselnd Drückbereiche und Schneidbereiche in die Werkstückoberfläche eingreifen.In a further specific embodiment, in addition to the pressing areas, machining areas or cutting areas, in particular finishing cutting areas, can also be used for surface treatment on the tool 2 be provided, which can be arranged in the circumferential direction in particular between tween two pressing areas, so that during a revolution of the tool 2 alternately engage pressing areas and cutting areas in the workpiece surface.

Das Werkzeug und das Verfahren gemäß der Erfindung zum Nachbearbeiten einer Oberfläche sind nicht auf den Einsatz in einer Bohrung oder auf die vorstehend beschriebenen speziellen Bewegungsabläufe in einer Bohrung beschränkt. Vielmehr können das Werkzeug und das Verfahren nach der Erfindung auch für andere Bewegungsbahnen in einer Bohrung oder einer anderen Oberfläche wie beispielsweise nacheinander durchlaufene Kreisbahnen mit dazwischen vorgenommenen axialem Versatz oder wellenförmigen Bewegungen eingesetzt werden und auch für beliebige Oberflächenkonturen (in der Bewegung ähnlich wie ein Schlichtfräser) und/oder zur Bearbeitung von Außenflächen von Werkstücken verwendet werden. Die Drückbereiche müssen auch nicht am Außenumfang des Werkzeugs oder von der Werkzeugachse weg zeigend angeordnet sein, sondern können auch nach innen zur Werkzeugachse hin zeigen oder in einen inneren Hohlraum des Werkzeugs ragen, wobei dann das Werkstück, insbesondere ein Bolzen o. ä. in den Hohlraum des Werkzeugs angeordnet wird. Schließlich muss auch nicht die Arbeitsbewegung ausschließlich von dem Werkzeug durchgeführt werden, sondern kann auch teilweise vom Werkstück erfolgen, beispielsweise die Relativdrehung von Werkstück zu Werkzeug (ähnlich wie bei einem Drehmeißel). Die Arbeitsbewegung ist nämlich allgemein als Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug zu verstehen.The Tool and the method according to the invention to rework a surface not on use in a bore or on those described above special movements limited in a hole. Rather, you can the tool and method according to the invention also for others Trajectories in a hole or other surface like For example, successively traversed circular paths with in between made axial offset or undulating movements used be and also for any surface contours (similar in movement like a finishing cutter) and / or for the treatment of external surfaces of Workpieces used become. The pressing areas have to not on the outer circumference either of the tool or pointing away from the tool axis be, but can also pointing inwards towards the tool axis or into an inner one Cavity of the tool protrude, in which case the workpiece, in particular a bolt o. Ä. is placed in the cavity of the tool. Finally, must also not the working movement can be done exclusively by the tool but can also be done partially from the workpiece, for example the relative rotation of workpiece to tool (similar to at a turning tool). The working movement is in fact Generally understood as a relative movement between the workpiece and the tool.

22: WerkzeugTool
33: Drückbereichpressing portion
44: Nutgroove
55: Auslassöffnungoutlet
66: zentraler Kanalcentrally channel
1010: Werkstückworkpiece
1111: Bohrungdrilling
1212: WerkstückoberflächeWorkpiece surface
2020: ArbeitsbereichWorkspace
2121: Werkzeugschafttool shank
2222: Koppelbereichcoupling region
3030: DrückgratDrückgrat
3131: vorderer Bereichfront Area
3232: hinterer Bereichrear Area
33, 3433 34: seitliche Bereichelateral areas
AA: Werkzeugachsetool axis
DD: Drehrichtungdirection of rotation
DmDm: Drehbewegungrotary motion
D1, D2D1, D2: BohrungsdurchmesserBore diameter
MM: Mittelachsecentral axis
rr: Radiusradius
RmaxRmax: maximaler Radiusmaximum radius
R1, R2R1, R2: Radiusradius
Rnrn: Nutenradiusgroove radius
RsRs: Schaftradiusshank radius
VV: Vorschubrichtungfeed direction
zaza: axiale Längeaxial length
zdzd: axiale Längeaxial length

Claims

Method for processing a workpiece surface ( 12 ), where a) a tool ( 2 ), the at least one of a tool axis (A) radially spaced pressing region ( 3 ), is moved relative to the workpiece surface in a working movement comprising at least a1) a rotational movement (D) of the tool about its tool axis and a2) a feed movement (V) of the tool along the workpiece surface, b) wherein the at least one pressing region during the Working movement engages at least temporarily in the workpiece surface and thereby transforms the material of the workpiece, in particular displaced and / or plastically deformed, c) wherein the material of the workpiece on the workpiece surface during the working movement, seen in the feed direction, continuously or without interruptions reshaped or processed or, seen in the feed direction, along the workpiece surface between formed or machined areas of the workpiece surface no un-formed or unprocessed areas arise.

The method of claim 1, wherein the feed motion at least temporarily axially directed to the tool axis axial Feed movement is and measured in the feed direction dimension (zd) of the pressing region (s) is an axial dimension measured parallel to the tool axis and or at the arrangement of the pressing areas on the tool and the dimensions measured in the feed direction (zd) the pressing areas so chosen is or is that the material of the workpiece on the workpiece surface during the Feed movement, in particular at freely selectable feed rate, seen in the feed direction before, continuously or without interruptions deformed or machined or, seen in the feed direction, along the workpiece surface between no formed or machined areas of the workpiece surface Unconverted or unprocessed areas arise.

Method according to claim 1 or claim 2, where the pressing areas while the working movement of the tool relative to the workpiece continuously or intervene continuously in the workpiece surface.

A method according to claim 1 or claim 2, wherein the pressing areas while the working movement of the tool relative to the workpiece discontinuously or intervene in the workpiece surface with time interruptions.

Method according to one of the preceding claims, in the working movement of the tool relative to the workpiece except the Rotary movement (D) of the tool about its tool axis and the feed movement (V) of the tool along the workpiece surface in addition to an additional Rotary movement (DM) of the tool relative to the workpiece at the tool axis of the tool extending around a parallel to the tool axis central axis of rotation (M) rotates, preferably comprises exclusively composed of these three movements.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the working movement of the tool relative to the workpiece is made exclusively the rotational movement of the tool about its tool axis and the feed movement of the tool along the workpiece surface.

Method according to one of the preceding claims, in which the rotational speed of the rotary movement (D, DM) of the tool and the feed rate of the advancing movement (V) of the tool are set in such a way that the material of the tool is adjusted depending on the dimensions (zd) of the pressing areas measured in the feed direction Workpiece on the workpiece surface during the feed movement, seen in the feed direction, continuously or continuously interrupted or processed or seen in the feed direction, along the workpiece surface between formed or machined areas of the workpiece surface no unformed or unprocessed areas arise, preferably at a full revolution of the rotational movement of the tool axis (A) about the central axis of rotation (M) of the feed along the feed movement is smaller or at most as large as that along the feed direction or along or the feed rate multiplied by 2π less than or equal to the product of the angular velocity of the tool axis about the central axis of rotation (M) and the axial length (zd) and the number of pressing regions is at the same axial position with the same axial lengths, or preferably during a full rotation of the rotary movement of the tool about its tool axis (A) the feed along the feed motion is smaller or at most as large as the along the feed direction or along the tool axis measured axial length ( zd) of the pressing areas or their spinning burrs or in which the feedrate multiplied by 2π less than or equal to the product of the angular velocity of the tool about its tool axis and the axial length (zd) and the number of spinning areas at the same axial position with the same axial lengths is.

A tool for use in a method according to any one of the preceding claims, comprising a) at least one of a tool axis (A) about which the tool is preferably rotatable, radially spaced pressing portion (Fig. 3 b) the pressing region b1) has a central spine ( 30 ) which has a constant radius (Rmax) from the tool axis (A) axially of the tool axis over an axial length (zd) and / or protrudes furthest from the press portion or presses or penetrates deepest in the workpiece surface, and b2) a axially to the tool axis in front of the press ridge ( 30 ) adjoining the front area varying in radius to a smaller or larger radius (R2) at the front end of the tool ( 31 ) and an axially behind the Drückgrat subsequent rear area ( 32 ) as well as in the direction of rotation laterally adjoining each other from the radius at the press ridge to a smaller or larger radius (R1) lateral areas ( 33 and 34 ) having.

Tool according to claim 8, in which the pressing region in the circumferential direction or in the direction of rotation D has a roof-shaped or slightly polygonal-shaped shape or has a shape derived from a part of a preferably regular polygon with the spinning ridge (FIG. 30 ) in the center and / or in which the pressing region is formed symmetrically such that the lateral regions ( 33 and 34 ) and the intermediate ridge ( 30 ) are mirror-symmetrical with respect to a tool axis (A) and the radial direction (R) contained mirror plane are formed.

A tool according to claim 8 or claim 9, comprising a plurality press portions has, at the axial to the tool axis at the same position or also offset axially to each other and / or in rotary projection to the Tool axis are arranged at least partially overlapping and / or wherein the one or more pressing areas away from the tool axis to the outside or to the tool axis to point inwards or be directed.

Tool according to one of claims 8 to 10, wherein at least two push areas are separated by a groove, in particular for supplying a fluid medium, in particular a coolant and / or lubricant, vorgesehn and / or straight and / or parallel or axial to the tool axis and / or oblique to the tool axis or also about the tool axis twisted or helical (twist grooves) can run.

Tool according to one of claims 8 to 11 additionally with at least a cutting area, in particular in one direction of rotation (D) about the tool axis (A) offset from each other and / or one behind the other or arranged consecutively to at least one pressing region and / or are arranged and designed so that the cutting area and push area upon rotation about the tool axis in a predetermined direction of rotation alternately in the workpiece intervention.