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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken, insbesondere zum Bearbeiten von Umformwerkzeugen, mit den Schritten Bereitstellen eines metallischen Werkstücks, das eine zu bearbeitende Oberfläche aufweist, Bereitstellen eines Bearbeitungswerkzeugs und Führen des Bearbeitungswerkzeugs über die zu bearbeitende Oberfläche entlang einer Bearbeitungsbahn, um die zu bearbeitende Oberfläche zu glätten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken insbesondere zum Bearbeiten von Umformwerkzeugen, mit einem Bearbeitungswerkzeug, das einen Bearbeitungsabschnitt aufweist, um eine zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks zu glätten, und einer Führungseinheit, die mit dem Bearbeitungswerkzeug verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Bearbeitungsabschnitt entlang einer Bearbeitungsbahn über die zu bearbeitende Oberfläche zu führen.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen dazu, Oberflächen von metallischen Werkstücken und insbesondere von metallischen Fräsbauteilen für Umformwerkzeuge zu glätten.
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In der Umformtechnik ist es allgemein bekannt, Bleche z.B. für Automobilaußenhautbauteile mittels Umformwerkzeugen zu formen. Die Umformwerkzeuge weisen dazu Unterwerkzeuge, Oberwerkzeuge und Stempelwerkzeuge auf, die während des Umformprozesses unterschiedliche Funktionen ausführen, so dass an unterschiedliche Oberflächenbereiche dieser Werkzeuge unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. Die Umformwerkzeuge werden üblicherweise als Fräsbauteile hergestellt und weisen nach der Fräsbearbeitung eine hohe Oberflächenrauigkeit auf. Um die Oberflächenrauigkeit zu reduzieren und die Oberflächen der Werkzeuge entsprechend zu glätten, werden die Oberflächen unter Beibehaltung der gefrästen Oberflächenform manuell nachbearbeitet, um die notwendige Oberflächengüte zu erzielen. In einem nachfolgenden Schritt werden die Oberflächen der Werkzeuge erneut in ihrer Form bearbeitet, um die Umformprozesse mit hoher Qualität zu gewährleisten und die entsprechende Bauteilform zu realisieren.
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Nachteilig dabei ist es, dass der manuelle Nachbearbeitungsprozess zeitaufwendig ist und mit hohen Kosten verbunden ist, wobei die Qualität des Arbeitsergebnisses durch die manuelle Bearbeitung Schwankungen unterliegt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken insbesondere zum Bearbeiten von Fräsbauteilen bereitzustellen, das mit reduziertem Aufwand reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse liefert. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken, insbesondere metallischen Fräsbauteilen, bereitzustellen, die mit reduziertem Aufwand reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse liefert.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
- – Bereitstellen eines Bearbeitungswerkzeugs, das eine drehbar gelagerte Bearbeitungsrolle mit einem umfänglichen Bearbeitungsabschnitt aufweist, und
- – Führen der Bearbeitungsrolle über die zu bearbeitende Oberfläche entlang einer Bearbeitungsbahn mit einer vordefinierten Anpresskraft, so dass die Bearbeitungsrolle an der zu bearbeitenden Oberfläche abrollt, um die zu bearbeitende Oberfläche zu glätten.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bearbeitungsvorrichtung dadurch gelöst, dass das Bearbeitungswerkzeug eine Bearbeitungsrolle aufweist, die drehbar gelagert ist und einen umfänglichen Bearbeitungsabschnitt aufweist, um zur Glättung der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks an der zu bearbeitenden Oberfläche abzurollen.
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Dadurch, dass die zu bearbeitende Oberfläche durch die Bearbeitungsrolle bearbeitet wird, die mit einer vordefinierten Anpresskraft an der zu bearbeitenden Oberfläche abrollt, kann die Oberfläche in einem automatisierten Prozess geglättet werden, so dass eine manuelle Bearbeitung der Oberfläche entfällt. Ferner kann die Reproduzierbarkeit der Glättung verbessert werden, da die Rolle mit einer vordefinierten Anpresskraft und mit einer vordefinierten Anzahl von Bearbeitungsschritten geglättet wird. Folglich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung die Produktivität durch Verkürzung der Durchlaufzeit erhöht werden und die Kosten durch entsprechende Automatisierung des Prozesses reduziert werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Bearbeitungsrolle entlang einer Mehrzahl von parallelen Bearbeitungsbahnen über die zu bearbeitende Oberfläche geführt.
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Dadurch kann das Bearbeitungswerkzeug flexibel eingesetzt werden und für unterschiedliche Größen von zu bearbeitenden Oberflächen eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bearbeitungsabschnitt schmaler als die zu bearbeitende Oberfläche.
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Dadurch kann der Bearbeitungsabschnitt zur Glättung unterschiedlich geformter Oberflächen verwendet werden und flexibel eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bearbeitungsrolle in einer Mehrzahl von Bearbeitungsschritten mehrfach über die Bearbeitungsbahn geführt.
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Dadurch kann eine individuelle Glättung unterschiedlicher Bereiche erzielt werden, wodurch die Bearbeitung der Oberfläche an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der umfängliche Bearbeitungsabschnitt parallel zu einer Drehachse der Bearbeitungsrolle ausgebildet, wobei die Bearbeitungsrolle wenigstens einen zweiten umfänglichen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der kegelförmig ausgebildet ist und sich an den ersten umfänglichen Bearbeitungsabschnitt anschließt.
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Dadurch kann die zu bearbeitende Oberfläche in parallelen Bahnen abgefahren werden, ohne dass an den Grenzen der parallelen Bearbeitungsbahnen Stufen oder dergleichen entstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden während der Bearbeitung der zu bearbeitenden Oberfläche Ultraschallwellen von dem Bearbeitungswerkzeug auf die zu bearbeitende Oberfläche übertragen.
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Dadurch kann der Glättungsprozess durch die Bearbeitungsrolle unterstützt werden.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Ultraschallwellen in einer Richtung quer zu einer Vorschubrichtung des Bearbeitungswerkzeugs auf die zu bearbeitende Oberfläche übertragen werden.
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Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine Unterstützung des Glättungseffekts erzielt werden.
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Alternativ ist es bevorzugt, die Ultraschallwellen in einer umfänglichen Richtung der Bearbeitungsrolle auf die zu bearbeitende Oberfläche zu übertragen.
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Dadurch kann der Glättungseffekt durch die Bearbeitungsrolle weiter unterstützt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Bearbeitungsvorrichtung ist der Bearbeitungsabschnitt der Bearbeitungsrolle schmaler als die zu bearbeitende Oberfläche.
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Dadurch können Werkstücke mit unterschiedlichen Oberflächenformen bearbeitet werden, wodurch eine individuelle Bearbeitung möglich ist.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Bearbeitungsrolle mittels einer Kraftübertragungseinheit mit der Führungseinheit verbunden ist, wobei die Kraftübertragungseinheit dazu ausgebildet ist, eine definierte Kraft auf die zu bearbeitende Oberfläche auszuüben.
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Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine reproduzierbare Glättung der zu bearbeitenden Oberfläche erzielt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bearbeitungsvorrichtung einen Ultraschallsender auf, um Ultraschallwellen auf die zu bearbeitende Oberfläche zu übertragen.
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Dadurch kann der Glättungseffekt des Bearbeitungswerkzeugs unterstützt werden, wodurch eine verbesserte Oberflächengüte erzielt werden kann oder die Glättung mit einer geringen Anpresskraft ausgeführt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der umfängliche Bearbeitungsabschnitt parallel zu einer Drehachse der Rolle ausgebildet, wobei die Bearbeitungsrolle einen zweiten umfänglichen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der kegelförmig ausgebildet ist und sich an den ersten umfänglichen Bearbeitungsabschnitt anschließt.
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Insgesamt kann durch das Verfahren und die Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken mit technisch geringem Aufwand und mit geringem Zeitaufwand eine Glättung von Oberflächen von metallischen Fräsbauteilen erzielt werden, da die Glättung mit der Bearbeitungsrolle automatisiert erfolgen kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken; und
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2 eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsvorrichtung aus 1.
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In 1 ist eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken, insbesondere zum Bearbeiten von metallischen Fräsbauteilen wie Umformwerkzeugen, in einer schematischen Ansicht gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Bearbeitungsvorrichtung weist eine Bearbeitungsrolle 12 auf, die drehbar gelagert ist und einen umfänglichen Bearbeitungsabschnitt 14 aufweist. Die Bearbeitungsrolle 12 ist an einem Führungsabschnitt 16 drehbar gelagert, wobei der Führungsabschnitt 16 eine Anbindung 18 aufweist, um den Führungsabschnitt 16 mit einem Roboter (nicht gezeigt) zu verbinden. Der Roboter ist dazu ausgebildet, die Bearbeitungsrolle 12 in unterschiedlichen Richtungen zu bewegen, wie es in 1 schematisch durch Pfeile 18 angedeutet ist.
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Die Bearbeitungsrolle 12 wird mit einer vordefinierten Anpresskraft 20 über eine Oberfläche 22 eines Werkstücks 24 geführt, so dass die Bearbeitungsrolle 12 an der Oberfläche 22 abrollt. Die Bearbeitungsrolle 12 wird dabei in einer Mehrzahl von parallelen Bearbeitungsbahnen 26 über die Oberfläche 22 geführt, so dass der Bearbeitungsabschnitt 14 an der Oberfläche 22 abrollt und entsprechend die Oberfläche 22 glättet. Das Werkstück 24 ist ein metallisches Fräsbauteil, das vor der Bearbeitung durch die Bearbeitungsvorrichtung 10 eine entsprechende Rauigkeit aufweist. Die Bearbeitungsrolle 12 weist eine Breite auf, die kleiner ist als die Breite der zu bearbeitenden Oberfläche 22, so dass die Oberfläche 22 in den parallelen Bearbeitungsbahnen 26 in mehreren Bearbeitungsschritten geglättet werden muss.
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Während der Glättung der Oberfläche 22 kann die Bearbeitungsrolle 12 über die unterschiedlichen Bearbeitungsbahnen 26 jeweils mehrfach gerollt werden, um ein entsprechendes Glättungsergebnis zu erzielen, wobei unterschiedliche Abschnitte der zu bearbeitenden Oberfläche 22 unterschiedlich häufig abgerollt bzw. geglättet werden können.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 10 kann einen Ultraschallsender aufweisen, um Ultraschallwellen auf das Werkstück 24 und insbesondere auf die zu bearbeitende Oberfläche zu übertragen. Dadurch kann die Glättung der Oberfläche 22 durch die Bearbeitungsrolle 12 unterstützt werden, wodurch eine verbesserte Oberflächengüte erzielt werden kann und ggf. die Anpresskraft 20 reduziert werden kann. Dabei können die Ultraschallwellen quer zu einer Vorschubrichtung 28 auf das Werkstück 24 übertragen werden oder alternativ in einer Rotationsrichtung der Bearbeitungsrolle 12.
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Die Anpresskraft 20 beträgt in einer besonderen Ausführungsform ca. 5 kN, wodurch eine Hertzsche Flächenpressung von etwa 900 N/mm2 erzielt werden kann. Die Bearbeitungsrolle 12 weist vorzugsweise einen Radius von 30 mm bis 50 mm und insbesondere einen Radius von 40 mm auf. Die Breite der Bearbeitungsrolle 12 bzw. die Breite des Bearbeitungsabschnitts 14 ist vorzugsweise 4 mm bis 8 mm.
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In 2 ist die Bearbeitungsvorrichtung 10 in einer schematischen Ansicht in der Vorschubrichtung 28 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
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Die Bearbeitungsrolle 12 ist um eine Drehachse 30 an dem Führungsabschnitt 16 gelagert. Der Bearbeitungsabschnitt 14 der Bearbeitungsrolle 12 weist einen ersten Abschnitt 32 auf, der zylinderförmig ausgebildet ist und dessen Oberfläche entsprechend parallel zu der Drehachse 30 ausgebildet ist. Der Bearbeitungsabschnitt 14 weist ferner einen zweiten Abschnitt 34 auf, der sich an den ersten Abschnitt 32 anschließt und zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Oberfläche des zweiten Abschnitts 34 entsprechend schräg bzw. abgewinkelt zu der Drehachse 30 ausgebildet ist. Der Bearbeitungsabschnitt 14 kann in einer besonderen Ausführungsform einen dritten Abschnitt 36 aufweisen, der dem zweiten Abschnitt 34 entspricht und an einer dem zweiten Abschnitt gegenüberliegenden Seite der Bearbeitungsrolle 12 ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Bearbeitungsabschnitt 14 jedoch lediglich den ersten Abschnitt 32 und den zweiten Abschnitt 34 auf. Durch den so ausgebildeten Bearbeitungsabschnitt 14 können kontinuierliche Übergänge zwischen den einzelnen Bearbeitungsbahnen 26 erzielt werden und entsprechend Stufen zwischen den Bearbeitungsbahnen 26 vermieden werden.
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Der Führungsabschnitt 16 ist über einen Flansch 38 mit dem Roboter 40 verbunden, der die Bearbeitungsrolle 12 entsprechend über die Oberfläche 22 des Werkstücks 24 führt. Zwischen dem Flansch 38 und dem Roboter 40 bzw. der Anbindung an den Roboter 40 kann ein geregelter Kraft-Momenten-Sensor 42 bzw. eine Ausgleichsmechanik 42 angeordnet sein, die die Anpresskraft 20 auf das Werkstück 24 ausübt und entsprechend hält bzw. regelt.
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Durch die Bearbeitungsvorrichtung 10 bzw. das Verfahren zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken kann eine Rautiefe der Oberfläche 22 des Werkstücks 24 nach einer Fräsbearbeitung von ca. 10 µm bis 6,3 µm auf eine Rautiefe von unter 6,3 µm verbessert werden.
