DE102010025132B4

DE102010025132B4 - Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102010025132B4
Application number: DE102010025132.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Reim; Werner Prill; Uwe Engelbert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2030-06-26
Also published as: DE102010025132A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aus einer Urform zu einer Endkontur mit folgenden Schritten,(a) spanende Bearbeitung der Urform mit einem ersten vorbestimmen Aufmaß;(a') Härten von wenigstens einem Teil der Kurbelwelle;(b) spanende Bearbeitung der Kurbelwelle mit einem zweiten vorbestimmten Aufmaß, wobei wenigstens ein Abschnitt der Kurbelwelle, umfassend einen Anlaufbund eines Lagers, bis auf die Endkontur bearbeitet wird und(c) Schleifen der Kurbelwelle bis zur Endkontur, wobei im Schritt (c) 40% der insgesamt in den Schritten (b) und (c) erfolgenden Bearbeitung durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle aus einer Urform zu einer Endkontur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der WO 99/24197 A1 ist ein Verfahren zur verwendungsfähigen Fertigbearbeitung von Rotationsteilen bekannt, welche wenigstens teilweise einem Härtungsprozess unterworfen werden. Die Rotationsteile umfassen beispielsweise Lagerstellen von Kurbelwellen, insbesondere PKW-Kurbelwellen. Der Materialabtrag bei der Bearbeitung von Lagerstellen einer zu härtenden Kurbelwelle wird dadurch vereinfacht, dass nach dem Umformen ein Materialabtrag höchstens durch spanende Bearbeitung mit bestimmter Schneide erfolgt. Die Endkontur des Werkstückes wird durch eine spanende Bearbeitung bis fast auf die Endkontur, ein Härten des Werkstückes und durch ein abschließendes Fertigspanen bis auf die Endkontur erzielt. Hierbei ist bei dem zweiten abschließenden spanenden Bearbeitungsschritt das zu bewältigende Aufmaß gering gehalten. Dadurch muss nur wenig Materialabtrag im gehärteten Zustand der Werkstückes erfolgen.
Die DE 197 49 940 A1 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung von urgeformten Kurbelwellen, gemäß dem der ursprünglich vierstufige Bearbeitungsprozess aus spannender Bearbeitung, Härten, Schleifen und Finishen auf drei Schritte reduziert werden soll, indem der Schleifprozess weggelassen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich Kosten und Aufwand zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu sind bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen,

(a) spanende Bearbeitung der Urform mit einem ersten vorbestimmen Aufmaß;
(b) spanende Bearbeitung der Kurbelwelle mit einem zweiten vorbestimmten Aufmaß und
(c) Schleifen der Kurbelwelle bis zur Endkontur,

Dies hat den Vorteil, dass eine Reduzierung der Herstellkosten und eine Verbesserung der Bauteilqualität erzielt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Urform eine gegossene oder geschmiedete Kurbelwelle.
Erfindungsgemäß wird in Schritt (b) wenigstens ein Abschnitt der Kurbelwelle bis auf die Endkontur bearbeitet. Hierbei umfasst der wenigstens eine Abschnitt einen Anlaufbund eines Lagers, insbesondere eines Hublagers und/oder eines Mittellagers der Kurbelwelle.
Zweckmäßigerweise umfasst in Schritt (b) die spanende Bearbeitung ein Hartdrehen, ein Hartfräsen und/oder ein Schleifen mit galvanisch oder keramisch gebundenem kubischem Bornitrid (CBN).
Erfindungsgemäß erfolgt ein Härteverfahren zwischen den Schritten (a) und (b) und hier vorzugsweise lediglich Radienhärten.
Ein reduzierter Aufwand für das Schleifen in Schritt (c) wird dadurch erzielt, dass in Schritt (b) wenigstens eines der Teile der Kurbelwelle bis auf die Endkontur bearbeitet wird, das in Schritt (a) vorzugsweise gehärtet wurde.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

1 eine schematische Schnittansicht einer Kurbelwelle nach einer Feinvorbearbeitung und
2 eine schematische Schnittansicht einer Kurbelwelle nach einer Fertigbearbeitung.

Bei der Herstellung einer Kurbelwelle wird eine Urform, wie beispielsweise ein Gussteil oder Schmiedeteil, derart bearbeitet, dass die Kurbelwelle abschließend eine gewünschte Endkontur mit vorbestimmter Maßgenauigkeit erhält. Bei Kurbelwellen ist für eine verwendungsfähige Bearbeitung auch ein Härten des Werkstoffes wenigstens an bestimmten Teilen bzw. Abschnitten der Kurbelwelle vorteilhaft, die im späteren Gebrauch der Kurbelwelle besonderen Belastungen ausgesetzt sind. Dies sind beispielsweise Mittellager und Hublager von Kurbelwellen sowie deren Anlaufbunde. Die Urform der Kurbelwelle wird in einer Vorbearbeitung spanend bearbeitet und anschließend gehärtet. Die spanende Bearbeitung der Vorbearbeitung erfolgt dabei mit einem vorbestimmten ersten Aufmaß derart, dass nach dieser spanenden Bearbeitung noch nicht die Endkontur für die Kurbelwelle erreicht ist.
Die Fertigendbearbeitung mittels Schleifen bis auf die gewünschte Endkontur erfolgt nach dem Härten und erfordert dementsprechend einen hohen Aufwand. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, diese Fertigendbearbeitung nach dem Härten in eine Feinvorbearbeitung und eine Fertigbearbeitung aufzuteilen. Die Feinvorbearbeitung erfolgt spanabhebend mit einem zweiten vorbestimmten Aufmaß und bevorzugt mit einem anderen Werkzeug und/oder einem anderen Bearbeitungsverfahren als die Fertigbearbeitung. Beispielsweise umfasst die Feinvorbearbeitung Hartdrehen, Hartfräsen, Schleifen mit galvanisch oder keramisch gebundenem, kubischem Bornitrid (CBN) oder mit einem anderen geeigneten Bearbeitungsverfahren. Auch nach der Feinvorbearbeitung weist die Kurbelwelle wenigstens an einem Abschnitt, bevorzugt an mehreren Abschnitten oder insgesamt noch nicht die Endkontur auf. Die Fertigbearbeitung erfolgt dann mittels einer Nassbearbeitung, insbesondere Schleifen, bis die Kurbelwelle insgesamt an allen Stellen die Endkontur aufweist. Dabei kann eine Feinvorbearbeitung mit anschließender Fertigbearbeitung alternativ auch an einem ungehärteten Bauteil (Welle) erfolgen.
Ein Beispiel ist die Bearbeitung einer Kurbelwelle mit einer Bearbeitung der Planflächen. Zunächst erfolgt eine Fräsvorbearbeitung auf ein erstes Maß. Anschließend erfolgt die Steigerung der Bauteilfestigkeit durch beispielsweise Radialhärten. Danach erfolgt die zweistufige Bearbeitung insbesondere der Anlaufbunde und Durchmesser bis auf die Endkontur mit der oben beschriebenen Feinvorbearbeitung mit nachfolgender Fertigbearbeitung (vgl. 1 und 2).
Die Kombination aus Feinvorbearbeitung mit nachfolgender Fertigbearbeitung ist weniger kostenintensiv, als wenn die Fertigbearbeitung in einem einzigen Schritt mittels eines Schleifprozesses durchgeführt wird.
Bei der Feinvorbearbeitung wird an vorbestimmten Stellen der Kurbelwelle bis zur gewünschten Endkontur gearbeitet, so dass an diesen Stellen in der anschließenden Fertigbearbeitung mit Schleifen bzw. Nassschleifen kein Materialabtrag mehr erforderlich ist. Diese vorbestimmten Stellen umfassen beispielsweise bestimmte Bereiche der Lager der Kurbelwelle, wie Anlaufbunde der Lager. Die Feinvorbearbeitung ersetzt in diesem Fall im Bereich von Planschultern die Fertigbearbeitung. Auf diese Weise fällt weniger Zerspanungsarbeit bei der Fertigbearbeitung an.
Die Feinvorbearbeitung erfolgt beispielsweise mittels einer Frässcheibe mit einem Durchmesser von größer oder gleich 700 mm. Mittels der Frässcheibe wird ein Lagerdurchmesser vorbearbeitet und Planflächen der Kurbelwelle, wie die Anlaufbunde, werden bis auf die Endkontur fertigbearbeitet.
Ein Großteil der nassen Schleifbearbeitung der Fertigendbearbeitung wird durch die trockene Bearbeitung der Feinvorbearbeitung ersetzt, ohne die Nachteile der unsicheren Bearbeitung mit einem Fräswerkzeug.
Die Fertigendbearbeitung wird nicht in ein Spanen und Finishen, sondern in eine Feinvorbearbeitung in Form von Spanen und ein abschließendes Schleifen in Endkontur aufgeteilt. Das Spanen umfasst vorzugsweise ein Fräsen und hier vorzugsweise ein Hartfeinfräsen (etwa 60% der Bearbeitung nach dem Härten). Das sich anschließende Schleifen der Fertigbearbeitung macht dann nur noch 40% der Bearbeitung nach dem Härten mit entsprechender Reduzierung des Schleifschlamms aus. Auf das Schleifen wird nicht vollständig verzichtet, weil hiermit die Endkontur eingestellt werden kann, was mit einem Finishen nicht möglich wäre. Bei einem Finishen werden nur Maßabweichungen behoben.
Erfindungsgemäß wird für bestimmte Bereiche der Lager der Kurbelwelle auf das Schleifen in Endkontur verzichtet. Mittels des Spanens nach dem Härten, insbesondere Fräsens, der Feinvorbearbeitung werden Planflächen, insbesondere die Anlaufbunde der Lager, bis auf die Endkontur bearbeitet. Hierbei wird insbesondere die gleiche Frässcheibe für die Feinvorbearbeitung der Lagerdurchmesser und der Planflächen bzw. Anlaufbunde verwendet.
Die Anlaufbunde werden mittels des Hartfeinfräsens der Feinvorbearbeitung bis auf Endkontur fertigbearbeitet. Die Lagerdurchmesser werden mittels des Hartfeinfräsens vorbearbeitet und dann mit der Fertigbearbeitung in Endkontur geschliffen.
In 1 ist beispielhaft ein Ausschnitt einer Kurbelwelle 10 dargestellt. Mit 12 ist eine Kontur der Kurbelwelle vor einer Feinvorbearbeitung bezeichnet. Nach einem Härten, wahlweise auch ungehärtet, erfolgt die Feinvorbearbeitung. Die Werkzeug- und Maschinenauswahl ist auf hohe Abtragsleistung ausgelegt. Die Bearbeitung erfolgt wahlweise mit oder ohne Planflächenbearbeitung. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform erfolgt zusätzlich eine Planflächenbearbeitung, so dass sich Planflächen 14 ergeben.
In 2 ist ein zweiter Bearbeitungsschritt nach der Feinvorbearbeitung mittels einer Fertigbearbeitung dargestellt. Diese Fertigbearbeitung bringt die Kurbelwelle mit hoher Genauigkeit lediglich an den erforderlichen Stellen auf das endgültige Maß. Eine Kontur der Kurbelwelle 10 vor der Fertigbearbeitung ist mit 16 bezeichnet. Die Werkzeug- und Maschinenauswahl ist auf hohe Qualität ausgelegt. Durch die Feinvorbearbeitung reduziert sich das Bearbeitungsaufmass gegenüber den bisher angewandten Bearbeitungsverfahren.
Bezugszeichenliste

10: Kurbelwelle
12: Kontur der Kurbelwelle 10 vor der Hartvorbearbeitung
14: Planflächen
16: Kontur der Kurbelwelle 10 vor der Fertigbearbeitung

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aus einer Urform zu einer Endkontur mit folgenden Schritten, (a) spanende Bearbeitung der Urform mit einem ersten vorbestimmen Aufmaß; (a') Härten von wenigstens einem Teil der Kurbelwelle; (b) spanende Bearbeitung der Kurbelwelle mit einem zweiten vorbestimmten Aufmaß, wobei wenigstens ein Abschnitt der Kurbelwelle, umfassend einen Anlaufbund eines Lagers, bis auf die Endkontur bearbeitet wird und (c) Schleifen der Kurbelwelle bis zur Endkontur, wobei im Schritt (c) 40% der insgesamt in den Schritten (b) und (c) erfolgenden Bearbeitung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Urform eine gegossene oder geschmiedete Kurbelwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) die spanende Bearbeitung ein Hartdrehen, ein Hartfräsen und/oder ein Schleifen mit galvanisch oder keramisch gebundenem kubischem Bornitrid (CBN) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a') lediglich Radienhärten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) wenigstens eines der Teile der Kurbelwelle bis auf die Endkontur bearbeitet wird, das in Schritt (a') gehärtet wurde.