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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Feinbearbeitung einer Bohrung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zum technischen Umfeld der Erfindung wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 101 61 569 A1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken aus hochfesten Gusseisenwerkstoffen, insbesondere zum Spindeln von Zylinderbohrungen in einem Kurbelgehäuse aus den gusseisernen Werkstoffen GGV und GGG bekannt. Dazu werden Schneidwerkzeuge mit wenigstens einer polykristalline Schneidstoffe aufweisenden und geometrisch bestimmten Schneide verwendet, wobei die Bearbeitung im kontinuierlichen Schnitt, d. h. bei einem kontinuierlichen Schneideneingriff im Werkstück durchgeführt wird in Verbindung mit einer Zuführung von Kühlmedium während der Bearbeitung.
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Die Anforderungen an aktuelle Komponenten von Brennkraftmaschinen nehmen in Bezug auf Funktionalität und effektive Wertschöpfung stetig zu. Beispielsweise Zylinderräume von Kurbelgehäusen müssen in Zukunft immer höheren Leistungsanforderungen entsprechen, um geforderter Brennstoffeffizienz und Abgasnormen entsprechen zu können. Der Stand der Technik in Form von separaten Zylinderlaufbuchsen für die Kolben im Kurbelgehäuse wird durch die Schaffung von direkt oder indirekt hergestellten Funktionsflächen auf dem Grundmaterial des Kurbelgehäuses abgelöst. Diese Technologie verlangt robuste, qualitativ hochwertigere Oberflächenmerkmale und Formstabilitäten als bei gegenwärtigen Herstellungsverfahren von Zylinderlaufflächen.
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Beim Spindeln oder Feinbohren der Zylinderlaufflächen mit herkömmlichen Werkzeugen entsteht beim Herausfahren aus der Bohrung nach dem Spindeln oder Feinbohren eine sichtbare Riefe, welche den qualitativen und funktionalen Vorgaben nicht mehr entspricht. Ursache ist die Entspannung der Schneidkanten, da diesen beim Herausfahren aus der Bohrung keine Materialabtragskräfte mehr entgegenwirken. Beim Herausfahren des Werkzeugs aus der Bohrung entsteht entsprechend der Prozesskräfte immer eine Durchmesserdifferenz zur Bearbeitungsfläche. Die Taktzeitvorgaben wirken dem Sachverhalt restriktiv entgegen. Man kann sich nicht erlauben – auch mit mehreren Bearbeitungsschritten – die notwendige Qualität der Zylinderlaufflächen in Form einer finalen Schlichtbearbeitung mit geringsten Kräften an den Schneidkanten zu erzeugen.
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Abhilfe könnte beispielsweise durch Klapp- oder Zustellschneiden erreicht werden. Die Werkzeuge werden nach dem Bearbeitungsvorgang eingefahren (der Durchmesser vom Gesamtwerkzeug wird um einen definierten Betrag reduziert) oder die Schneiden werden nach unten bzw. nach oben weggeschwenkt. In diesem Fall wird ein berührungsfreies Ausfahren garantiert, mit dem Nachteil hoher Werkzeugkosten und reduzierter Genauigkeit des Durchmessers der Bohrung.
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Die Rückzugsriefen sind für nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie z. B. einem Honvorgang von Nachteil und beeinflussen die Endqualität der Zylinderlaufflächen. Die alternative Mehrfachbearbeitung, um eine minimale Differenz der Oberflächenrauheit der regulären Bearbeitung zur Rückzugsbearbeitungsspur zu erreichen ist aus Prozessgründen (kurze Taktzeit und beispielsweise Rattermarken) nicht darstellbar.
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Bewegte Schneiden jeder Art sind für Einzelschritte und Versuchsaufbauten mit großem Kostenaufwand wahrscheinlich umsetzbar, jedoch für einen robusten Serienbetrieb technisch nicht möglich. Standzeit, Verfügbarkeit, Wartungsaufwand, Qualitätstreue werden bei dieser Variante den Anforderungen nicht gerecht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur spanenden Feinbearbeitung einer Bohrung aufzuzeigen, bei dem keine Rückzugsriefen entstehen.
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Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden ungewollte Bearbeitungsspuren auf der Zylinderlauffläche beim Herausfahren des Werkzeugs aus der Bohrung vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem aktuellen Stand der Technik der Werkzeuge. Es ist in vorteilhafter Weise keine Weiterentwicklung der Werkzeuge notwendig und somit auch keine zeitliche Verzögerung für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens absehbar. Alle Vorteile einer Bearbeitungsoptimierung können somit eingebracht werden, wie beispielsweise der Kantengeometrie, unterschiedliche Vorschubsgeschwindigkeiten und unterschiedliche Drehzahlen des Werkzeuges sowie unterschiedlicher Materialabtrag. Desweiteren sind auch keine Restriktionen gegenüber Wartungsaufwand, Standzeit und Qualitätsanforderung zu erwarten.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
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1 ist eine Schemazeichnung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 ist eine Schemadarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur spanenden Feinbearbeitung einer Bohrung 1. In der Bohrung 1 eines nicht näher dargestellten Werkstückes, beispielsweise eine Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, ist ein konisches Bohrwerkzeug 2 eingebracht. Das Bohrwerkzeug 2 weist eine Längsachse 3 auf, um die das Bohrwerkzeug 2 bei einer Bearbeitung der Bohrung 1 rotiert. Das Bohrwerkzeug 2 ist für eine spanende Feinbearbeitung der Bohrung 1 vorgesehen. Unter spanender Feinbearbeitung wird beispielsweise Spindeln oder Feindrehen oder Feinbohren verstanden. Auch eine Honbearbeitung kann hierunter fallen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur spanenden Feinbearbeitung einer Bohrung 1 eignet sich insbesondere, aber nicht nur zur Bearbeitung einer Zylinderlauffläche einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Hierfür weist das konische Bohrwerkzeug 2 an seinem Ende mit dem großen Durchmesser zumindest zwei diametral zueinander angeordnete, nicht dargestellte Schneiden auf, deren absoluter Abstand (D) einen Bohrungsdurchmesser (D) definiert. In dieser Konfiguration lässt sich nun die Bohrung 1 in dem Werkstück mit folgenden Verfahrensschritten gemäß dem Stand der Technik bearbeiten (die Bohrung 1 ist stets koaxial zur Längsachse 3):
- – Drehen des Bohrwerkzeuges 2 um seine Längsachse 3,
- – Zustellen des Bohrwerkzeuges 2 in die Bohrung 1, bis die Bohrung 1 spanend bearbeitet ist,
- – Anhalten des Bohrwerkzeuges 2, wenn die Schneiden aus der Bohrung 1 ausgetreten sind,
- – Zurückziehen des Bohrwerkzeuges 2 aus der Bohrung 1.
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Bei diesem Verfahren gemäß dem Stand der Technik bilden sich nun Rückziehriefen, da keine Materialabtragkräfte mehr auf die Schneiden einwirken, die für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise eine Honbearbeitung, nicht vorteilhaft sind und die die Endqualität beispielsweise der Zylinderlaufflächen beeinflussen.
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Um dies zu vermeiden werden folgende erfindungsgemäßen Verfahrensschritte vorgeschlagen:
- – Nachdem die Schneiden des Bohrwerkzeuges 2 aus der Bohrung 1 ausgetreten sind,
- – Anhalten des Bohrwerkzeuges 2 in einer definierten Winkellage bezüglich des Werkstücks,
- – Verkippen des Bohrwerkzeuges 2 und/oder des Werkstücks derart, dass ein projizierter Abstand (d) der Schneiden kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser (D),
- – Zurückziehen des Bohrwerkzeuges 2 aus der Bohrung 1.
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Durch das erfindungsgemäße Verkippen des Bohrwerkzeugs 2 wird der beschriebene Bearbeitungs- oder Bohrungsdurchmesser (D) mit idealer Kreisform derart verändert, dass er sich in der Projektion zu einer Ellipse ausbildet. Ein Verkippwinkel ist hierbei abhängig vom Bohrungsdurchmesser (D) und einer Bohrungstiefe. Jetzt stehen die Schneiden von der Zylinderlauffläche frei und das Bohrwerkzeug 2 kann ausgefahren werden ohne die Zylinderwand zu berühren.
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Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sind nun ungewollte Bearbeitungsspuren auf der Zylinderlauffläche vermieden. Die oben genannten Verfahrensschritte basieren auf dem aktuellen. Stand der Technik der Werkzeuge. In vorteilhafter Weise ist keine Weiterentwicklung der Werkzeuge notwendig und somit auch keine zeitliche Verzögerung für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens absehbar. Alle Vorteile einer Bearbeitungsoptimierung können somit eingebracht werden, wie beispielsweise der Kantengeometrie, unterschiedliche Vorschubsgeschwindigkeiten und unterschiedliche Drehzahlen des Werkzeuges sowie unterschiedlicher Materialabtrag. Desweiteren sind auch keine Restriktionen gegenüber Wartungsaufwand, Standzeit und Qualitätsanforderung zu erwarten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohrung
- 2
- Bohrwerkzeug
- 3
- Längsachse
- D
- absoluter Bohrungsdurchmesser
- d
- projizierter Bohrungsdurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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