DE102015013764A1

DE102015013764A1 - Verfahren zum Bearbeiten einer Fläche einer Zylinderbohrung in einem Werkstück mit einem Rollierwerkzeug

Info

Publication number: DE102015013764A1
Application number: DE102015013764.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Karlheinz Hahn
Current assignee: HOFFMANN GMBH QUALITAETSWERKZEUGE, DE
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: DE102015013764B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Serienfertigung von Werkstücken (20), wobei eine zu bearbeitende Fläche (22) in einer Zylinderbohrung (24) in einem Werkstück (20), welche im Bereich der zu bearbeitenden Fläche (22) in Umfangsrichtung umlaufende Nuten (3) mit dazwischen liegenden Vorsprüngen (2) aufweist, rollierend bearbeitet wird, wobei zum rollierenden Bearbeiten der zu bearbeitenden Fläche (22) ein Rollierrollen (13, 14) tragender Rollenträger (12) in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Drehzahl UDrehzahl (50) rotierend in einer Vorschubrichtung (V) parallel zu einer Längsachse der Zylinderbohrung an der zu bearbeitenden Fläche (22) mit einer vorbestimmten Vorschubgeschwindigkeit VVorschub entlang fährt, wobei die Rollierrollen (13, 14) die zu bearbeitende Fläche (22) an Scheitelflächen (6) der Vorsprünge (2) mechanisch kontaktieren, wobei die Rollierrollen (13, 14) mit einer senkrecht zu der zu bearbeitenden Fläche (22) gerichteten Kraft (Rollierkraft) beaufschlagt werden, so dass die zwischen den Nuten (3) ausgebildeten Vorsprünge (2) derart plastisch umgeformt werden, dass sie Hinterschnitte (5) ausbilden, wobei die Scheitelflächen (6) der Vorsprünge (2) durch Erhebungen (19) auf mindestens einer Rollierrolle (13) aufgeraut werden. Hierbei wird nach dem rollierenden Bearbeiten eines Werkstückes (20) ein Innendurchmesser der Zylinderbohrung (24) im Bereich der bearbeiteten Fläche (22) gemessen, wobei der gemessene Innendurchmesser mit einem vorbestimmten oberen Schwellwert (36) für den Innendurchmesser und einem vorbestimmten unteren Schwellwert (38) für den Innendurchmesser verglichen wird; wobei Drehzahl UDrehzahl (50) und Vorschubgeschwindigkeit VVorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) unverändert bleiben, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der obere vorbestimmte Schwellwert (36) und größer als der untere vorbestimmte Schwellwert (38) ist; wobei die Drehzahl UDrehzahl (50) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit VVorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um einen vorbestimmten Wert +ΔDrehzahl bzw. +ΔVorschub erhöht wird, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der untere vorbestimmte Schwellwert (38) ist; wobei die Drehzahl UDrehzahl (50) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit vVorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um einen vorbestimmten Wert –ΔDrehzahl bzw. –ΔVorschub verringert wird, wenn der gemessene Innendurchmesser größer als der obere vorbestimmte Schwellwert (36) ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Serienfertigung von Werkstücken, wobei eine zu bearbeitende Fläche in einer Zylinderbohrung in einem Werkstück, welche im Bereich der zu bearbeitenden Fläche in Umfangsrichtung umlaufende Nuten mit dazwischen liegenden Vorsprüngen aufweist, rollierend bearbeitet wird, wobei zum rollierenden Bearbeiten der zu bearbeitenden Fläche ein Rollierrollen tragender Rollenträger in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Drehzahl U_Drehzahl rotierend in einer Vorschubrichtung parallel zu einer Längsachse der Zylinderbohrung an der zu bearbeitenden Fläche mit einer vorbestimmten Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub entlang fährt, wobei die Rollierrollen die zu bearbeitende Fläche an Scheitelflächen der Vorsprünge mechanisch kontaktieren, wobei die Rollierrollen mit einer senkrecht zu der zu bearbeitenden Fläche gerichteten Kraft (Rollierkraft) beaufschlagt werden, so dass die zwischen den Nuten ausgebildeten Vorsprünge derart plastisch umgeformt werden, dass sie Hinterschnitte ausbilden, wobei die Scheitelflächen der Vorsprünge durch Erhebungen auf mindestens einer Rollierrolle aufgeraut werden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Rollierwerkzeug dient dem spanlosen Glätten von rauen Oberflächen durch Wälzkörper in Form von Rollierrollen. So weist eine metallische Oberfläche nach Grobbearbeitungsgängen wie etwa Drehen, Fräsen, Schleifen etc. regelmäßig eine Oberflächenstrukturierung oder eine Rauigkeit auf, die durch einen Rolliervorgang, der eine Feinstbearbeitung darstellt, vollständig geglättet werden kann. Dabei fährt der die Rollierrollen tragende Rollenträger in Umfangsrichtung rotierend in einer Vorschubrichtung an der zu glättenden Fläche des Werkstücks entlang, wobei die Rollierrollen die Werkstückoberfläche kontaktieren. Aufgrund eines Anpressdrucks der Rollierrollen wird die Oberflächenschicht des Werkstücks durch plastische Verformung geglättet. Dazu werden beim Rollieren die Rollierrollen mit einer senkrecht zur Lauffläche gerichteten Kraft (Rollierkraft) beaufschlagt. Neben der Glättungswirkung wird deshalb auch eine Verfestigungswirkung am Werkstück erzielt.
Das zu glättende Werkstück besteht dabei regelmäßig aus einem weichen Werkstoff wie etwa Aluminium und die Rollierrollen aus einem härteren Werkstoff wie etwa Stahl.
Während die Glättungswirkung bei herkömmlichen Rollierwerkzeugen im Vordergrund steht, kann zusätzlich auch der Verfestigungs- und Verformungseffekt des Rollierwerkzeugs ausgenutzt werden. So hat sich etwa herausgestellt, dass in eine zu bearbeitende Oberfläche eingebrachte Nuten mit dazwischen angeordneten Stegen bzw. Vorsprüngen mithilfe eines Rollierwerkzeugs derart verformbar sind, dass Hinterschnitte entstehen. Die einwirkende Rollierkraft drückt nämlich beim Rollieren von oben auf die Stege und plättet deren Scheitelabschnitte bzw. Scheitelflächen, während die Nutböden im Wesentlichen unverändert bleiben. Dieser Effekt kann besonders vorteilhaft sein, da die Herstellung von Nuten mit Hinterschnitten mithilfe herkömmlicher spanender Verfahren komplex und zeitaufwändig ist. Anschließend kann eine Beschichtungsmasse in die Nuten mit Hinterschnitt eingebracht werden, wobei diese Beschichtungsmasse in die Hinterschnittabschnitte der Nuten eingreifen kann, so dass sie besonders fest in den Nuten verankert ist. Ein solches Verfahren ist in der Patentanmeldung EP 2 871 022 A1 beschrieben.
Aufgrund der Abnutzung der zylindrischen Rollierrollen verändert sich von Werkstück zu Werkstück ein Durchmesser der zylindrischen, bearbeiteten Fläche und es ist nach einer gewissen Anzahl von Bearbeitungen bzw. bearbeiteten Werkstücken notwendig, die Rollierrollen auszutauschen, um nach dem Rollieren innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches für den Durchmesser der zylindrischen, bearbeiteten Fläche zu bleiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Standzeit des Rollierwerkzeuges bei einer Serienfertigung von Werkzeugen zu erhöhen und dadurch die Kosten für das Bearbeitungsverfahren zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach dem rollierenden Bearbeiten eines Werkstückes ein Innendurchmesser der Zylinderbohrung im Bereich der bearbeiteten Fläche gemessen wird, wobei der gemessene Innendurchmesser mit einem vorbestimmten oberen Schwellwert für den Innendurchmesser und einem vorbestimmten unteren Schwellwert für den Innendurchmesser verglichen wird; wobei Drehzahl U_Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes unverändert bleiben, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der obere vorbestimmte Schwellwert und größer als der untere vorbestimmte Schwellwert ist; wobei die Drehzahl U_Drehzahl und/oder die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes um einen vorbestimmten Wert +Δ_Drehzahl bzw. +Δ_Vorschub erhöht wird, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der untere vorbestimmte Schwellwert ist; wobei die Drehzahl U_Drehzahl und/oder die Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes um einen vorbestimmten Wert –Δ_Drehzahl bzw. –Δ_Vorschub verringert wird, wenn der gemessene Innendurchmesser größer als der obere vorbestimmte Schwellwert ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine im Laufe der aufeinanderfolgenden Bearbeitung von mehreren Werkstücken auftretende Abnutzung der Rollierrollen durch Verändern von der Drehzahl und/oder der Vorschubgeschwindigkeit derart ausgeglichen werden kann, dass ein Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes im Bereich der bearbeiteten Fläche innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches bleibt. Auf diese Weise wird eine Standzeit der Rollierrollen erhöht und damit Fertigungskosten reduziert. Eine Veränderung alleine der Drehzahl bei gleichzeitig konstanter Vorschubgeschwindigkeit hat den zusätzlichen Vorteil, dass eine Taktzeit des Bearbeitungsprozesses konstant bleibt.
Einen besonders kleinen Toleranzbereich mit hoher Genauigkeit des Innendurchmessers über eine Serie von nacheinander bearbeiteten Werkstücken erzielt man dadurch, dass der obere vorbestimmte Schwellwert um 1 μm bis 10 μm, insbesondere um 5 μm, größer ist als der untere vorbestimmte Schwellwert.
Um eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes zu erzielen, wird zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes um Δx μm der vorbestimmte Wert ± Δ_Drehzahl zum Erhöhen (U_Drehzahl + Δ_Drehzahl) bzw. Verringern (U_Drehzahl – Δ_Drehzahl) der Drehzahl gemäß folgender Formel bestimmt, ± Δ_Drehzahl = |Δx|·100 U/min, wobei ”+” für eine Vergrößerung (Δx positiv) und ”–” für eine Verringerung (Δx negativ) des Innendurchmessers gilt.
Um eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes zu erzielen, wird zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes um Δx μm der vorbestimmte Wert ±Δ_Vorschub zum Erhöhen (V_Vorschub + Δ_Vorschub) bzw. Verringern (V_Vorschub – Δ_Vorschub) der Vorschubgeschwindigkeit gemäß folgender Formel bestimmt, ±Δ_Vorschub = |Δx|·100 mm/min wobei ”+” für eine Verringerung (Δx negativ) und ”–” für eine Vergrößerung (Δx positiv) des Innendurchmessers gilt.
Um eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes durch gleichzeitige Veränderung der Drehzahl U_Drehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub zu erzielen, werden bei gleichzeitiger Vergrößerung oder Verringerung von Drehzahl (U_Drehzahl ± Δ_Drehzahl) und Vorschubgeschwindigkeit (V_Vorschub ± Δ_Vorschub) zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um Δx μm der Wert Δ_Drehzahl und der Wert Δ_Vorschub derart gewählt, dass die folgende Relation erfüllt wird, Δx = (ΔDrehzahl/100 U/(min·μm)) – (Δ_Vorschub/100 mm/(min·μm)).
Einen typischen Toleranzbereich für den Innendurchmesser der Zylinderbohrung erzielt man dadurch, dass |x| = 5 ist.
Einen besonders vorteilhaften Ausgangspunkt für nachträgliche Anpassungen an die Abnutzung der Rollierrollen erzielt man dadurch, dass als Anfangswert für die Drehzahl U_Drehzahl = 2.000 U/min bzw. für die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub = 500 mm/min gewählt wird.
Eine besonders effektive Aufrauung der Scheitelflächen der Vorsprünge erzielt man dadurch, dass die Rollierrollen zuerst die Vorsprünge plastisch umformen und danach deren Scheitelflächen aufrauen.
Die Erfindung geht auf die völlig überraschende Erkenntnis zurück, dass der Grad der plastischen Verformung bei der Bearbeitung der Scheitelflächen einerseits umformend und andererseits aufrauend von einer Drehzahl und einer Vorschubgeschwindigkeit des Rollierwerkzeuges abhängt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Rollierwerkzeugs bei der Bearbeitung der Innenfläche eines zylindrischen Werkstücks;
2 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Rollierrolle mit nach außen vorstehenden Erhebungen, wie sie an dem in 1 gezeigten Rollierwerkzeug angebracht ist;
3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rollierwerkzeugs, das an einer mit Nuten versehenen, im Wesentlichen zylindrischen Innenfläche einer Zylinderbohrung in einem Werkstück entlangfährt, wobei das Werkstück im Querschnitt dargestellt ist;
4 mehrere schematische Schnittdarstellungen, die eine mit Nuten versehene Werkstückfläche vor und nach der Bearbeitung durch das Rollierwerkzeug zeigen und
5 eine graphische Darstellung eines Innendurchmessers der Zylinderbohrung sowie der Drehzahl von über die Zeit nacheinander bearbeiteten Werkstücken.
1 zeigt ein Rollierwerkzeug 10 in einer schematischen Schnittansicht. Das Rollierwerkzeug 10 durchfährt gerade einen im Wesentlichen zylinderförmigen Abschnitt eines rohrförmigen Werkstücks 20 bzw. eine Zylinderbohrung 24 in dem Werkstück 20 in einer Vorschubrichtung V mit einer vorbestimmten und während der Bearbeitung konstanten Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub und dreht sich dabei um die eigene Achse mit einer vorbestimmten und während der Bearbeitung konstanten Drehzahl U_Drehzahl. Das Rollierwerkzeug 10 kann zu diesem Zweck mithilfe eines Dorns o. dgl. eingespannt sein. Selbstverständlich kann das Rollierwerkzeug 10 alternativ auch fest eingespannt sein, und das Werkstück 20 kann drehend in Richtung auf das Rollierwerkzeug 10 bewegt werden o. dgl.
Ein Außendurchmesser des Rollierwerkzeugs 10 ist etwas größer als ein Innendurchmesser des Werkstücks 20 vor der Bearbeitung, so dass eine zu bearbeitende Innenfläche 22 des Werkstücks 20 bei der Bearbeitung plastisch verformt und radial nach außen verfestigt wird. Anders als bei herkömmlichen Rollierwerkzeugen wird allerdings die Innenwand des Werkstücks 20 nicht vollständig geglättet, sondern durch Erhebungen 19 des Rollierwerkzeugs 10. aufgeraut.
Das Rollierwerkzeug 10 weist einen in der Vorschubrichtung V vorstehenden, rotierbar gelagerten Rollenträger 12 auf. An einer Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 sind mehrere Rollierrollen 13, 14 derart angeordnet, dass sie an der Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 abrollen können. Die Rollierrollen 13, 14 können dazu in Schlitzen eines Rollenkäfigs (nicht dargestellt) aufgenommen sein, der die Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 umläuft, und der die Rollierrollen 13, 14 fest an der Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 hält. Auf die Rollierrollen 13, 14 wirkende Kräfte können durch die enge Abstützung am Rollenträger 12 unmittelbar in diesen eingeleitet werden.
Die Rollierrollen 13, 14 weisen jeweils eine Anlagefläche 16 zur Anlage an dem Werkstück 20 beim Rollieren auf.
Ein Teil einer solchen Rollierrolle 13 ist in 2 vergrößert dargestellt. Weggelassen ist ein Kopfabschnitt der Rollierrolle 13, über den sie an einem Käfig befestigt sein kann. Zumindest eine der Rollierrollen 13 hat eine Anlagefläche 16 mit einem Aufrauungsabschnitt 18, der bzgl. der Rollenachse A nach außen vorstehende Erhebungen 19 aufweist. Wie in 2 schematisch dargestellt ist, umläuft der Aufrauungsabschnitt 18 die Rollierrolle 13, wobei die Erhebungen 19 körnig, punktförmig und/oder schlierenförmig in einer unregelmäßigen Anordnung von der Anlagefläche 16 vorstehen. Dieses Muster kommt daher, dass Hartmetall in flüssiger Form auf die Anlagefläche 16 aufgespritzt wurde, und das Hartmetall anschließend ausgehärtet wurde. Vorzugsweise trägt nur eine der zahlreichen Rollierrollen 13, 14 einen Aufrauungsabschnitt 18. Zu viele Rollierrollen 13 mit Aufrauungsabschnitt 18 können die Rauigkeit der bearbeiteten Innenfläche 22 nämlich wiederum verringern.
Nach der Bearbeitung des Werkstücks 20 kann in der Innenfläche 22 ein Negativabdruck des Aufrauungsabschnitts 18 gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Aufrauungsabschnitt 18 einen Bereich des Werkstücks 20 mehrfach überfährt, oder dass die Aufrauungsabschnitte 18 mehrerer Rollierrollen 13 einen Bereich des Werkstücks 20 überfahren, so dass sich in der Innenfläche 22 die Negativbilder mehrerer Aufrauungsabschnitte 18 Wiederspiegeln. Die folgenden Parameter können einen Einfluss auf die zu erzeugende Rauheit der Werkstückfläche 22 haben: Vorschubgeschwindigkeit, Drehgeschwindigkeit des Rollierwerkzeugs 10, Anzahl der Rollierrollen 13 mit Aufrauungsabschnitt 18, Abmessung des Aufrauungsabschnitts 18, Körnungsdichte bzw. Gestaltung des Aufrauungsabschnitts 18, Höhe der Erhebungen 19 des Aufrauungsabschnitts 18 etc. Durch Anpassung dieser Parameter kann das Rollierwerkzeug 10 an die zu erzeugende Rauheit angepasst werden.
In der Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 ist jeweils eine Vertiefung 15 auf Höhe derjenigen Rollierrollen 13 gebildet, die die Erhebungen 19 tragen. Die Vertiefung 15 ist so eingerichtet, dass die Erhebungen bei einer Drehung der Rollierrolle 13 um die eigene Achse (die Rollenachse A) nicht in Kontakt mit der Außenfläche 11 des Rollenträgers 12 kommen und diesen somit nicht beschädigen können. Die Abmessung Y der Vertiefung in Vorschubrichtung V kann größer sein als die Abmessung des Aufrauungsabschnitts X in Vorschubrichtung V.
Die 3 und 4 zeigen ein Rollierverfahren zum Erzeugen von Nuten 3 mit Hinterschnitten 5, die in einer zylindrischen Innenfläche eines Werkstücks 20 bzw. in einer Zylinderbohrung des Werkstücks 20 in Umfangsrichtung verlaufen. Das Werkstück 20 kann ein Zylinder eines Verbrennungsmotors sein, wobei die Lauffläche des Zylinders bearbeitet wird.
Zunächst werden die Nuten 3 in die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks 20 eingebracht. In dieser Hinsicht wird auf die Patentanmeldung DE 10 2013 011 726.7 verwiesen, in der dieser Schritt im Detail erläutert ist. Zwischen den Nuten 3 sind jeweils umlaufende Stege bzw. Vorsprünge 2 mit Scheitelflächen 6 gebildet, wobei die Rollierkraft auf diese Scheitelflächen 6 einwirkt und radial auf die Vorsprünge 2 drückt, so dass beim Rollieren Nuten 3 mit Hinterschnitten 5 entstehen. Zusätzlich werden die Scheitelflächen 6 der Vorsprünge 2 durch die Erhebungen 19 aufgeraut.
Es entsteht damit eine Werkstückfläche 22, auf der die darauf aufzubringende Beschichtung besonders gut hält, da sie zum einen in den Hinterschnitten 5 der Nuten 3 verankert ist und zum anderen in die Vertiefungen der rauen Scheitelflächen 6 der Vorsprünge 2 eingreift.
5 veranschaulicht grafisch einen Verlauf eines Innendurchmessers der Zylinderbohrung 24 nach der rollierenden Bearbeitung über eine Anzahl von bearbeiteten Werkstücken. Der Innendurchmesser ist auf einer vertikalen Achse 30 und die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke ist auf einer horizontalen Achse 32 aufgetragen. Ein Graph 34 veranschaulicht den Verlauf des Innendurchmessers der Zylinderbohrung 24 nach der rollierenden Bearbeitung über die Anzahl von bearbeiteten Werkstücken. Ein erster Innendurchmesser-Wert 36 von beispielsweise 82,400 mm kennzeichnet einen oberen Schwellwert für den Innendurchmesser 30 und ein zweiter Innendurchmesser-Wert 38 von beispielsweise 82,395 mm kennzeichnet einen unteren Schwellwert für den Innendurchmesser 30. Der obere und untere Schwellwert 36, 38 kennzeichnen den Toleranzbereich für den Innendurchmesser 30, wobei in der Serienfertigung der obere Schwellwert 36 nicht überschritten und der untere Schwellwert 38 nicht bzw. nicht wesentlich unterschritten werden soll.
Auf einer weiteren vertikalen Achse 50 ist eine Drehzahl U_Drehzahl des Rollierwerkzeugs aufgetragen. Das Bearbeitungsverfahren beginnt mit einem ersten Drehzahl-Wert 52 von beispielsweise 2.000 U/min. Es ist auf der Achse 50 ein weiterer Drehzahl-Wert 54 von 2.500 U/min und ein weiterer Drehzahl-Wert 56 von 3.000 U/min gekennzeichnet. Ein Graph 58 veranschaulicht den Verlauf der Drehzahl 50 über die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke 32.
Es ist aus dem Graph 34 unmittelbar ersichtlich, dass der Innendurchmesser 30 mit der zunehmenden Anzahl bearbeiteter Werkstücke kontinuierlich abnimmt, bis der untere Schwellwert 38 erreicht ist. An dem Punkt 40 wird der untere Schwellwert 38 für den Innendurchmesser 30 unterschritten und es müssten nun die entsprechend abgenutzten Rollierrollen 13, 14 ausgetauscht werden, um in dem Toleranzbereich zwischen dem oberen und unteren Schwellwert 36, 38 zu bleiben. Erfindungsgemäß ist es jedoch vorgesehen, dass statt eines Austausches der Rollierrollen 13, 14 die Drehzahl 52 U_Drehzahl = 2.000 U/min des Rollierwerkzeuges 12 um +Δ_Drehzahl = 500 U/min erhöht wird, so dass ab dem Punkt 40 die neue Drehzahl 54 U_Drehzahl = 2.500 U/min zur Bearbeitung von weiteren Werkstücken verwendet wird. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich nun trotz abgenutzter Rollierrollen 13, 14 wieder der ursprünglich gewünschte Innendurchmesser 36 nach der Bearbeitung ergibt, wie aus dem Sprung von Graph 34 beim Punkt 40 ersichtlich. Mit anderen Worten hat die Erhöhung der Drehzahl des Rollierwerkzeuges 12 um 500 U/min von 2.000 U/min auf 2.500 U/min zu einer Erhöhung des Innendurchmessers um 5 μm von 82,395 mm auf 82,400 mm geführt.
Nun können weitere Werkstücke bearbeitet werden und der Innendurchmesser bleibt mit zunehmend weiterer Abnutzung der Rollierrollen 13, 14 in dem Toleranzbereich zwischen dem oberen und unteren Schwellwert 36, 38 bis zum Punkt 42. Am Punkt 42 wird erneut der untere Schwellwert 38 unterschritten. Erfindungsgemäß wird nun erneut die Drehzahl um +Δ_Drehzahl = 500 U/min von 2.500 U/min auf 3.000 U/min erhöht, was wiederrum zu einer Erhöhung des Innendurchmessers um 5 um führt, so dass der Graph 34 am Punkt 42 erneut einen Sprung vom unteren Schwellwert 38 zum oberen Schwellwert 36 macht. Ab dem Punkt 42 werden die weiteren Werkstücke mit einer Drehzahl von 3.000 U/min bearbeitet.
Die Änderung allein der Drehzahl U_Drehzahl ± Δ_Drehzahl wird bevorzugt nach folgender Formel berechnet, wobei eine Durchmesserveränderung (größer oder kleiner) von ±Δx μm erreicht werden soll: ±Δ_Drehzahl = |Δx|·100 U/min, wobei ”+” für eine Vergrößerung und ”–” für eine Verringerung des Innendurchmessers gilt und ”|Δx|” der dimensionslose Wert bzw. Betrag der gewünschten Durchmesseränderung ”|±Δx μm|” für das nächste Werkstück ist.
Diese Drehzahlerhöhung zum Ausgleich der Abnutzung der Rollierrollen 13, 14 kann nun solange und sooft bei Unterschreiten des unteren Schwellwertes 38 durchgeführt werden, bis eine Drehzahl U_Drehzahl des Rollierwerkzeuges 12 überschritten würde, die die strukturelle Integrität des Rollierwerkzeuges 12 aufgrund der immer größer werdenden Zentripetalkräfte gefährden würde. Nun könnten entweder die Rollierrollen 13, 14 ausgetauscht und die Drehzahl des Rollierwerkzeugs 12 auf die Anfangs- bzw. Ausgangsdrehzahl von 2.000 U/min zurückgesetzt werden oder alternativ könnte die Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub erniedrigt werden. Es hat sich nämlich überraschenderweise herausgestellt, dass mit einer Erniedrigung der Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub um 500 mm/min der Innendurchmesser um 5 μm erhöht wird, so dass auch auf diese Weise die Abnutzung der Rollierrollen 13, 14 ausgeglichen werden kann. Erst wenn auch die Vorschubgeschwindigkeit maschinenbedingte Grenzen unterschreitet müssten dann schließlich doch die abgenutzten Rollierrollen 13, 14 getauscht werden und auch die Vorschubgeschwindigkeit auf einen Anfangs- bzw. Ausgangswert von beispielsweise 500 mm/min zurückgesetzt werden.
Die Änderung allein der Vorschubgeschwindigkeit wird bevorzugt nach folgender Formel berechnet, wobei eine Durchmesserveränderung (größer oder kleiner) von ±Δx μm erreicht werden soll: ±Δ_Vorschub = |Δx|·100 mm/min wobei ”+” für eine Verringerung und ”–” für eine Vergrößerung des Innendurchmessers gilt und ”|Δx|” der dimensionslose Wert bzw. Betrag der gewünschten Durchmesseränderung ”|±x μm|” für das nächste Werkstück ist.
Der Ausgleich der Abnutzung der Rollierrollen 13, 14 allein durch die Drehzahl hat den Vorteil, dass die Taktzeit bei der Bearbeitung eines Werkstückes konstant bleibt und so vorgelagerte und nachgeschaltete Prozesse bei der Bearbeitung des Werkstückes 20 nicht in deren Taktzeit angepasst werden müssen.
Es kann auch zum Ausgleich der Abnutzung der Rollierrollen 13, 14 eine Kombination von Erhöhung der Drehzahl und Erniedrigung der Vorschubgeschwindigkeit vorgenommen werden, wobei die Summe der Erhöhung und Erniedrigung gerade wieder zum oberen Schwellwert 36 des Innendurchmessers führen soll.
Wenn eine Änderung (Vergrößerung oder Verkleinerung) des Durchmessers um ±Δx μm erreicht werden soll, so sind die Änderungen von Drehzahl ±Δ_Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit ±Δ_Vorschub derart zu wählen, dass folgende Relation erfüllt ist: Δx μm = (±Δ_Drehzahl/100 U/(min·μm)) – (±Δ_Vorschub/100 mm/(min·μm)) Nach einem Wechsel der Rollierrollen 13, 14 kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch auf eine Übergröße der Rollierrollen 13, 14 reagiert werden. Falls beispielsweise der Innendurchmesser nach der Bearbeitung des ersten Werkstückes nach dem Wechsel der Rollierrollen 13, 14 zu groß ist, d. h. den oberen Schwellwert 36 überschreitet, kann die Drehzahl U_Drehzahl des Rollierwerkzeugs 12 herabgesetzt und/oder die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub des Rollierwerkzeugs 12 entsprechend heraufgesetzt werden, um dies auszugleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2871022 A1 [0004]
DE 102013011726 [0032]

Claims

Verfahren zur Serienfertigung von Werkstücken (20), wobei eine zu bearbeitende Fläche (22) in einer Zylinderbohrung (24) in einem Werkstück (20), welche im Bereich der zu bearbeitenden Fläche (22) in Umfangsrichtung umlaufende Nuten (3) mit dazwischen liegenden Vorsprüngen (2) aufweist, rollierend bearbeitet wird, wobei zum rollierenden Bearbeiten der zu bearbeitenden Fläche (22) ein Rollierrollen (13, 14) tragender Rollenträger (12) in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Drehzahl U_Drehzahl (50) rotierend in einer Vorschubrichtung (V) parallel zu einer Längsachse der Zylinderbohrung an der zu bearbeitenden Fläche (22) mit einer vorbestimmten Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub entlang fährt, wobei die Rollierrollen (13, 14) die zu bearbeitende Fläche (22) an Scheitelflächen (6) der Vorsprünge (2) mechanisch kontaktieren, wobei die Rollierrollen (13, 14) mit einer senkrecht zu der zu bearbeitenden Fläche (22) gerichteten Kraft (Rollierkraft) beaufschlagt werden, so dass die zwischen den Nuten (3) ausgebildeten Vorsprünge (2) derart plastisch umgeformt werden, dass sie Hinterschnitte (5) ausbilden, wobei die Scheitelflächen (6) der Vorsprünge (2) durch Erhebungen (19) auf mindestens einer Rollierrolle (13) aufgeraut werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem rollierenden Bearbeiten eines Werkstückes (20) ein Innendurchmesser der Zylinderbohrung (24) im Bereich der bearbeiteten Fläche (22) gemessen wird, wobei der gemessene Innendurchmesser mit einem vorbestimmten oberen Schwellwert (36) für den Innendurchmesser und einem vorbestimmten unteren Schwellwert (38) für den Innendurchmesser verglichen wird; wobei Drehzahl U_Drehzahl (50) und Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) unverändert bleiben, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der obere vorbestimmte Schwellwert (36) und größer als der untere vorbestimmte Schwellwert (38) ist; wobei die Drehzahl U_Drehzahl (50) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um einen vorbestimmten Wert +Δ_Drehzahl bzw. +Δ_Vorschub erhöht wird, wenn der gemessene Innendurchmesser kleiner als der untere vorbestimmte Schwellwert (38) ist; wobei die Drehzahl U_Drehzahl (50) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um einen vorbestimmten Wert –Δ_Drehzahl bzw. –Δ_Vorschub verringert wird, wenn der gemessene Innendurchmesser größer als der obere vorbestimmte Schwellwert (36) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere vorbestimmte Schwellwert (36) um 1 μm bis 10 μm, insbesondere um 5 μm, größer ist als der untere vorbestimmte Schwellwert (38).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um Δx μm der vorbestimmte Wert ±Δ_Drehzahl zum Erhöhen (U_Drehzahl + Δ_Drehzahl) bzw. Verringern (U_Drehzahl – Δ_Drehzahl) der Drehzahl (50) gemäß folgender Formel bestimmt wird, ±_Drehzahl = |Δx|·100 U/min, wobei ”+” für eine Vergrößerung (Δx positiv) und ”–” für eine Verringerung (Δx negativ) des Innendurchmessers gilt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um Δx μm der vorbestimmte Wert ±Δ_Vorschub zum Erhöhen (V_Vorschub + Δ_Vorschub) bzw. Verringern (V_Vorschub – Δ_Vorschub) der Vorschubgeschwindigkeit gemäß folgender Formel bestimmt wird, ±Δ_Vorschub = |Δx|·100 mm/min wobei ”+” für eine Verringerung (Δx negativ) und ”–” für eine Vergrößerung (Δx positiv) des Innendurchmessers gilt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitiger Vergrößerung oder Verringerung von Drehzahl (U_Drehzahl ± Δ_Drehzahl) und Vorschubgeschwindigkeit (V_Vorschub ± Δ_Vorschub) zum Vergrößern bzw. zum Verringern des Innendurchmessers bei der rollierenden Bearbeitung des nächsten Werkstückes (20) um Δx μm der Wert Δ_Drehzahl und der Wert Δ_Vorschub derart gewählt werden, dass die folgende Relation erfüllt wird, Δx = (Δ_Drehzahl/100 U/(min·μm)) – (Δ_Vorschub/100 mm/(min·μm)).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass |Δx| = 5 ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfangswert für die Drehzahl (50) U_Drehzahl = 2.000 U/min gewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfangswert für die Vorschubgeschwindigkeit V_Vorschub = 500 mm/min gewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollierrollen (13, 14) zuerst die Vorsprünge (2) plastisch umformen und danach deren Scheitelflächen (6) aufrauen.