DE102011087074B4 - Honwerkzeug und Verfahren zum Honen mit dem Honwerkzeug - Google Patents

Abstract

Honwerkzeug (1) für eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser D und einer Tiefe B, mit einem weitgehend zylindrischen Grundkörper (2), auf dem auf der von einem Antrieb abgewandten Seite radial außen eine erste Gruppe aus sich in einer Grundkörperlängsachse erstreckenden Honleisten (HL1, HL3) angeordnet ist, wobei in Richtung des Antriebs axial beabstandet von den Honleisten (HL1, HL3) eine zweite Gruppe aus sich in der Grundkörperlängsachse erstreckenden Stabilisierungsleisten (HL2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsleisten (HL2) eine zweite Länge (l2) aufweisen, wobei die Stabilisierungsleisen (HL2) mindestens um die zweite Länge (l2) und höchsten fünfmal die zweite Länge (l2) von den Honleisten (HL1) beabstandet sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2) mindestens die halbe Tiefe B von den kurzen Honleisten (HL3) beabstandet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Honen mit dem Honwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
• In der DIN 8589 wird das Honen nach verschiedenen Kriterien eingeteilt. Als Ordnungskriterien werden die Form sowie die Lage der erzeugten Fläche herangezogen. Die Verfahren sind Innenrundhonen, Außenrundhonen, Flachhonen und Profilhonen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Innenrundhonen.
• Das Honen ist ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren für fast alle Werkstoffe und stellt in der Produktion üblicherweise den letzten Fertigungsprozess dar. Das Ziel dieses Fertigungsprozesses ist die Verbesserung der Maß- und Formgenauigkeit, insbesondere zur positiven Beeinflussung der tribologischen Eigenschaften. Einer der bekanntesten Anwendungsfälle ist das Honen der Kolbenlaufflächen an Zylindern von Hubkolben-Brennkraftmaschinen. Das beim Honen eingesetzte Werkzeug ist die Honahle. Das Abtragen des Werkstoffs erfolgt mit geometrisch unbestimmten Schneiden durch die in den Honleisten eingebundenen Schleifmittel. Diese Honleisten sind üblicherweise jeweils in einem federnden und radial einstellbaren Trägerelement eingesetzt, können jedoch auch, wie unten dargestellt, fest an den Grundkörper angebunden sein.
• Beim Honvorgang wird das Honwerkzeug sowohl in der Längsachse als auch drehend bewegt wodurch die gehonte Fläche einen Kreuzschliff, oder auch Kreuzstrich genannt, aufweist. Dieser Kreuzschliff ist charakteristisch für das Langhubhonen, er verbessert die Gleiteigenschaften der Reibpartner, da sich in den kleinen Kreuzfurchen Schmiermittel sammelt. Außerdem wird die Rundheit des zu bearbeitenden Werkstücks deutlich verbessert.
• Im Gegensatz zu den konventionellen, o. g. Honwerkzeugen sind Dornhonwerkzeuge bereits vor der Bearbeitung des Werkstückes im Außendurchmesser voreingestellt, d. h. sie werden nicht während der Bearbeitung radial aufgeweitet. Der Durchmesser der Schneidbelagsfläche der Honahle ist exakt auf das gewünschte Maß der zu bearbeitenden Bohrung ausgelegt. Der Honvorgang erfolgt daher nicht oszillierend sondern normalerweise in einem Doppelhub. Im Abwärtshub erfolgt nahezu der vollständige Materialabtrag. Der Aufwärtshub dient hauptsächlich zum Glätten der gehonten Oberfläche. Dornhonprozesse werden u. a. auch Diamantreiben, Precidorhonen oder Reibhonen genannt.
• Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2007 045 607 B4 , ist ein Verfahren zum Honen der Innenfläche einer Bohrung sowie ein Honwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Dieses Honwerkzeug weist jedoch im Gegensatz zur Erfindung im Durchmesser verstellbare Honleisten auf. Dieses Verfahren zum Honen von Bohrungen mit einem Honwerkzeug, das zumindest zwei axial versetzte Gruppen von in radialer Richtung auf die Innenfläche einer Bohrung zustellbare Honleisten aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass für eine erste Honoperation das Honwerkzeug in eine solche Stellung in die Bohrung des Werkstückes eingefahren wird, in der sich nur die eine Gruppe von Honleisten in der Bohrung, die anderen Gruppen von Honleisten sich jedoch außerhalb der Bohrung befinden und dass in dieser Stellung des Honwerkzeuges die erste Honoperation durch gleichzeitige Drehung und Hin- und Herbewegung des Honwerkzeuges, während die Honleisten auf die Innenfläche der Bohrung zugestellt werden und dass danach das Honwerkzeug derart in axialer Richtung verfahren wird, dass sich nur die zweite Gruppe von Honleisten, ohne axiale Überdeckung mit einer der anderen Gruppe von Honleisten in der Bohrung, die andere Gruppe von Honleisten sich jedoch außerhalb der Bohrung befinden und dass in dieser Stellung eine zweite Honoperation durch gleichzeitige Drehung und Hin- und Herbewegung des Honwerkzeuges erfolgt und die Honleisten dieser Gruppe auf die Innenfläche der Bohrung zugestellt werden.
• Aus der DE 103 47 256 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist ein Honwerkzeug für eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser und einer Tiefe bekannt, mit einem weitgehend zylindrischen Grundkörper, auf dem auf der von einem Antrieb abgewandten Seite radial außen eine erste Gruppe aus sich in einer Grundkörperlängsachse erstreckenden Honleisten angeordnet ist, wobei in Richtung des Antriebs axial beabstandet von den Honleisten eine zweite Gruppe aus sich in der Grundkörperlängsachse erstreckenden Stabilisierungsleisten angeordnet ist.
• Weiter wird zum technischen Umfeld auf die DE 38 35 185 C2 , die US 3 378 962 A , die EP 0 549 821 B1 ,die DE 196 34 415 A1 und die DE 683 250 A hingewiesen.
• Auch wenn der bekannte Stand der Technik keine gravierenden Nachteile aufweist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Honwerkzeug sowie ein Verfahren zum Honen mit dem Honwerkzeug darzustellen, bei dem die Standzeit des Honwerkzeuges verbessert und die Oberflächenqualität der gehonten Bohrung verbessert wird.
• Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und verfahrensmäßig durch die Merkmale im Patentanspruch 6 gelöst.
• • Durch das erfindungsgemäße Honwerkzeug in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Standzeit des Honwerkzeuges um das Fünffache bis Zehnfache im Vergleich zu einer StandardHonahle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, erhöht.
• • Es wird innerhalb der gesamten Standzeit eine stabile Oberflächenrauheit erzielt, die nach Wunsch über die Verfahrensparameter einstellbar ist.
• • Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise innerhalb der gesamten Standzeit eine stabile und gute Kreuzstruktur der Oberfläche.
• • Weiter ist das Entgraten von Hongraten in vorteilhafter Weise einfacher als im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Standard-Honahlen oder Honwerkzeugen.
• • Weiter ist die Anpassung des Honwerkzeuges an unterschiedliche Bohrungsdurchmesser möglich.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
• Gem. Patentanspruch 6 werden die Stabilisierungsleisten (HL2) mit der unteren Kante bevorzugt bis an die Fase, bzw. den Bohrungsausgang verfahren, um die Stabilisierung des Honwerkzeuges stets zu gewährleisten.
• Mit dem zumindest einen weiteren Hub des Honwerkzeuges gem. Patentanspruch 7 wird die Kreuzstruktur der Oberfläche noch besser aufgebaut, bzw. optimiert.
• Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Honwerkzeug in einer ersten Figur und anhand einer Graphik zur Bestimmung der optimalen Honwerkzeugparameter in einer zweiten Figur näher erläutert.
• 1 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes, erfindungsgemäßes Honwerkzeug.
• 2 zeigt eine Graphik zur Bestimmung der optimalen Honwerkzeugparameter für unterschiedliche Bohrungsdurchmesser und Bohrungstiefen.
• 1 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes, erfindungsgemäßes Honwerkzeug 1. Das Honwerkzeug 1 weist einen weitgehend zylindrischen Grundkörper 2 auf, auf dem auf der von einer Antriebsseite 3 abgewandten Seite radial außen eine erste Gruppe aus sich in einer Grundkörperlängsachse erstreckende Honleisten (HL1, HL3) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Honwerkzeug 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Antriebsseite 3 axial beabstandet von den Honleisten (HL1, HL3) eine zweite Gruppe aus sich in der Grundkörperlängsachse erstreckenden Stabilisierungsleisten (HL2) angeordnet ist.
• In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Honleisten (HL1, HL3) zwei unterschiedliche axiale Längen (l₁, l₃) auf. In anderen Ausführungsbeispielen können die Honleisten (HL1, HL3) der ersten Gruppe auch drei oder mehr unterschiedliche axiale Längen aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind weiter die Stabilisierungsleisten (HL2) ebenfalls Honleisten. Darüber hinaus sind die Honleisten (HL1, HL3) und die Stabilisierungsleisten (HL2) stoff- und/oder formschlüssig mit dem Grundkörper 2 verbunden.
• Um eine geometrische Anpassung des Honwerkzeuges an unterschiedliche Durchgangsbohrungsdurchmesser und Tiefen zu gewährleisten dient als Basis die Länge der Stabilisierungsleisten (HL2), die eine zweite Länge (l₂) aufweisen. Zur optimalen Auslegung des Honwerkzeuges sind die Stabilisierungsleisten (HL2) mindestens um die zweite Länge (l₂) und höchstens fünfmal um die zweite Länge (l₂) von den Honleisten (HL1) beabstandet. Weiter sind die Stabilisierungsleisten (HL2) mindestens die halbe Bohrungstiefe (B) von den kurzen Honleisten (HL3) beabstandet. Bevorzugt weisen die Stabilisierungsleisten (HL2) und die Honleisten (HL1, HL3) auf dem Grundkörper 2 eine axiale gesamte Länge (l₀) von mindestens dem Durchmesser (D) auf.
• Mit dem erfindungsgemäßen Honwerkzeug lässt sich nun das Verfahren zum Honen eines Werkstückes mit einer Bohrung mit folgenden Schritten durchführen:
• - Rotieren des Honwerkzeuges um die Grundkörperlängsachse,
• - Verfahren des Honwerkzeuges in axialer Richtung in die Bohrung bis die Honleisten (HL1, HL3) aus der Bohrung ausgetreten sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2), noch in der Bohrung sind,
• - Zurückverfahren des Honwerkzeuges in axialer Richtung, bis die Honleisten (HL1, HL3) wieder aus der Bohrung ausgetreten sind,
• - Stoppen der Rotation des Honwerkzeuges und/oder Wechseln des Werkstückes.
• Es können auch noch die Verfahrensschritte des Patentanspruchs 7 durchgeführt werden, bevor die Rotation des Honwerkzeuges gestoppt, und/oder das Werkstück gewechselt wird.
• 2 zeigt schematisch wie die Parameter des Honwerkzeuges an unterschiedliche Bohrungsgrößen ideal angepasst werden können. Es bedeuten:

  HL1	lange Honleiste
  HL2	Stabilisierungsleiste
  HL3	kurze Honleiste

  l0	gesamte Länge
  l1	erste Länge (lange Honleiste)
  l2	zweite Länge (Stabilisierungsleiste)
  l3	dritte Länge (kurze Honleiste)

  A1	Abstand HL2 - HL1
  A2	Abstand HL2 - HL3
  B	Bohrungstiefe
  D	Bohrungsdurchmesser

• Die Hon- (HL1, HL3) und Stabilisierungsleisten (HL2) können in folgenden Kombinationen eingesetzt werden:
• HL1 + HL2 + HL3, oder HL1 + HL2 oder HL2 + HL3, dies hängt ab von:
  • - dem Bohrungsdurchmesser D und
  • - der Anforderung an die Rauheit der gehonten Oberfläche über die Werkzeugstandzeit.
• Die Aufgaben von HL1 und HL3 sind die Zerspanung sowie die Kreuzstrukturbildung.
• Die Aufgabe von HL2 ist die Führung des Werkzeuges. HL2 wird somit nur bis an die untere Kante der Bohrung, in den Bereich einer Fase 4 gefahren. Eine Fase 4 ist an jedem Ende der Bohrung eingearbeitet.
• Zur Anpassung des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges 1 an die zu bearbeitende Bohrung werden vorzugsweise folgende Parameter eingehalten: $$\text{A1}=1\times {\text{I}}_{\text{2}}\text{ bis 5}\times {\text{I}}_2$$

  

  $$\text{A2}\ge \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\times \text{B}$$

  

  $${\text{I}}_{\text{0}}\ge \text{D}$$

  

  $${\text{I}}_{\text{1}}={\text{I}}_{\text{0}}-{\text{I}}_{\text{2}}-\text{A1}$$

  

  $${\text{I}}_2=1/10\times {\text{I}}_0\text{ bis 1/3}\times {\text{I}}_0$$

  

  $${\text{I}}_{\text{3}}={\text{I}}_{\text{0}}-{\text{I}}_{\text{2}}-\text{A2}$$

  
• Mit dieser Parameterkombination lässt sich das Honwerkzeug 1 an beliebige Bohrungsdurchmesser (D) anpassen, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit folgenden Schritten und gegebenenfalls zusätzlich mit den Schritten gemäß Patentanspruch 7:
• - Rotieren des Honwerkzeuges um die Grundkörperlängsachse,
• - Verfahren des Honwerkzeuges in axialer Richtung in die Bohrung bis die Honleisten (HL1, HL3) aus der Bohrung ausgetreten sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2) noch in der Bohrung sind,
• - Zurückverfahren des Honwerkzeuges in axialer Richtung, bis die Honleisten (HL1, HL3) wieder aus der Bohrung ausgetreten sind,
• - Stoppen der Rotation des Honwerkzeuges und/oder Wechseln des Werkstückes.
• Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Standzeiterhöhung des Werkzeuges um den Faktor 5 bis 10 im Vergleich mit einem Standardwerkzeug vergrößert werden.
  Es wird eine stabile Oberflächenrauheit innerhalb der gesamten Standzeit erzielt, wobei die Oberflächenrauheit, wie aus dem Stand der Technik bekannt, nach Wunsch einstellbar ist.
  Es ist eine stabile und sehr gute Kreuzstruktur der Oberfläche innerhalb der gesamten Standzeit des Honwerkzeuges erzielbar.
  Das Entgraten von Hongraten ist mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist einfacher als im Vergleich mit einer Standardhonahle.
• Das erfindungsgemäße Honwerkzeug 1 lässt sich mit allen bekannten Honleisten herstellen und dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten einer Innenoberfläche einer Bohrung verwenden.
• Bezugszeichenliste::

1

Honwerkzeug

2

Grundkörper

3

Antriebsseite

4

Fase

HL1

lange Honleiste

HL2

Stabilisierungsleiste

HL3

kurze Honleiste

l0

gesamte Länge

l1

erste Länge

l2

zweite Länge

l3

dritte Länge

A1

Abstand Stabilisierungsleiste (HL2) - kurze Honleiste (HL3)

A2

Abstand Stabilisierungsleiste (HL2) - lange Honleiste (HL1)

B

Bohrungstiefe

D

Bohrungsdurchmesser

Claims (7)

1. Honwerkzeug (1) für eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser D und einer Tiefe B, mit einem weitgehend zylindrischen Grundkörper (2), auf dem auf der von einem Antrieb abgewandten Seite radial außen eine erste Gruppe aus sich in einer Grundkörperlängsachse erstreckenden Honleisten (HL1, HL3) angeordnet ist, wobei in Richtung des Antriebs axial beabstandet von den Honleisten (HL1, HL3) eine zweite Gruppe aus sich in der Grundkörperlängsachse erstreckenden Stabilisierungsleisten (HL2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsleisten (HL2) eine zweite Länge (l₂) aufweisen, wobei die Stabilisierungsleisen (HL2) mindestens um die zweite Länge (l₂) und höchsten fünfmal die zweite Länge (l₂) von den Honleisten (HL1) beabstandet sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2) mindestens die halbe Tiefe B von den kurzen Honleisten (HL3) beabstandet sind.
2. Honwerkzeug (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (HL1,HL3) zumindest zwei unterschiedliche axiale Längen (l₁, l₃) aufweisen.
3. Honwerkzeug (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsleisten (HL2) Honleisten sind.
4. Honwerkzeug (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (HL1, HL3) und/oder die Stabilisierungsleisten (HL2) stoff- und/oder formschlüssig mit dem Grundkörper (2) verbunden sind.
5. Honwerkzeug (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsleisen (HL2) und die Honleisten (HL1, HL3) auf dem Grundkörper (2) eine gemeinsame axiale Gesamte Länge (l₀) von mindestens dem Durchmesser D aufweisen.
6. Verfahren zum Honen eines Werkstückes mit einer Bohrung mit einem Honwerkzeug (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Rotieren des Honwerkzeuges (1) um die Grundkörperlängsachse, - Verfahren des Honwerkzeuges (1) in axialer Richtung in die Bohrung bis die Honleisten (HL1, HL3) aus der Bohrung ausgetreten sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2) noch in der Bohrung sind, - Zurückverfahren des Honwerkzeuges (1) in axialer Richtung, bis die Honleisten (HL1, HL3) wieder aus der Bohrung ausgetreten sind, - Stoppen der Rotation des Honwerkzeuges (1) und/oder Wechseln des Werkstückes.
7. Verfahren zum Honen eines Werkstückes mit einer Bohrung mit einem Honwerkzeug (1) nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch folgenden Schritt nach dem Zurückverfahren: - Verfahren des Honwerkzeuges (1) ein weiteres Mal in axialer Richtung in die Bohrung bis die Honleisten (HL1, HL3) aus der Bohrung ausgetreten sind, wobei die Stabilisierungsleisten (HL2) noch in der Bohrung sind und, - Zurückverfahren des Honwerkzeuges (1) in axialer Richtung, bis die Honleisten (HL1, HL3) wieder aus der Bohrung ausgetreten sind, - Stoppen der Rotation des Honwerkzeuges (1) und/oder Wechseln des Werkstückes.

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