DE19902422B4

DE19902422B4 - Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE19902422B4
Application number: DE1999102422
Authority: DE
Inventors: Frank Dahlmanns; Wolfgang Hockauf; Uwe Rudolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: DE19902422A1

Abstract

Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, bei dem Oberflächen im Innenraum eines Hohlkörpers (1) bearbeitet werden und bei dem als Schleifmedium (3) eine elektrorheologische Flüssigkeit mit zugesetztem Material mit abrasiver Wirkung eingesetzt wird, wobei das Schleifmedium (3) die Werkstücksoberfläche umströmt und wobei an den zu bearbeitenden Oberflächenbereichen ein elektrisches Feld zur Erhöhung der Viskosität des Schleifmediums (3) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlkörper (1) wenigstens eine Elektrode (2) mit einem Spalt für das Schleifmedium (3) eingeführt wird und dass zwischen Hohlkörper (1) und Elektrode (2) eine elektrische Spannung angelegt wird, sodass im Bereich der Elektrode (2) das Schleifmedium (3) eine genügende Viskosität besitzt, um Material von der Oberfläche des zu bearbeitenden Hohlraums (1) abzutragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, bei dem Oberflächen im Innenraum eines Hohlkörpers bearbeitet werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen, insbesondere zum Entgraten und Verrunden von innenliegenden Kanten und Verschneidungen hochviskose Flüssigkeiten als Schleifmedium einzusetzen. Bei diesem Verfahren, das als Strömungsschleifen oder Druck-Fließ-Läppen bezeichnet wird, wird eine hochviskose Flüssigkeit durch das Werkstückinnere gepresst. Dabei ist die materialabtragende Wirkung des Schleifmediums dort am größten, wo die jeweilige Schleifmittelgeschwindigkeit maximal ist. Das Druck-Fließ-Läppen ist beispielsweise in der Fachzeitschrift Maschinenmarkt, Würzburg 100 (1994), 16, Seiten 52 bis 55, beschrieben. Mit dem Verfahren sind jedoch auch einige Nachteile verbunden. Zum einen ist die Handhabung des hochviskosen Schleifmediums schwierig und erfordert einen hohen technischen Aufwand an Druckkolben, Pumpen oder dergleichen. Aus dem gleichen Grund ist die Reinigung des Werkstücks schwierig. Das eine pastöse Konsistenz aufweisende Schleifmedium muss mittels Druckluft und durch einen Waschvorgang gereinigt werden. Durch den Schleifvorgang wird zudem das Schleifmedium durch den Materialabtrag verunreinigt, wodurch das Schleifergebnis beeinträchtigt wird. Da eine Entfernung des Materialabtrags aus der Schleifmittelpaste nicht möglich ist, ist der Materialverbrauch bei diesem Verfahren vergleichsweise hoch, was neben der aufwendigen Handhabung des Schleifmittels und dem Reinigungsaufwand hohe Kosten verursacht.

Aus der Druckschrift Patent-Abstracts of Japan JP 09 011 114 A ist bereits bekannt, die Oberfläche eines keramischen Werkstücks mit einem Schleifmedium einer elektrorheologischen Flüssigkeit zu bearbeiten, wobei das Werkstück mittels Elektroden kontaktiert wird, so dass ein elektrisches Feld zur Erhöhung der Viskosität des Schleifmediums am Werkstück vorliegt. Zur Erzeugung einer abrasiven Wirkung des Schleifmediums ist das Werkstück einer Vibration ausgesetzt. Ein gezieltes Fließen des Schleifmediums im Bereich des elektrischen Feldes entlang der Werkstückoberfläche wird dabei nicht angestrebt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken anzugeben, bei dem Oberflächen im Innenraum eines Hohlkörpers bearbeitet werden und bei dem ein Schleifmittel aus elektoreologischen Flüssigkeiten mit zugesetztem Material mit abrasiver Wirkung eingesetzt wird. Dabei soll sich an der zu bearbeitenden Oberfläche eine für den Oberflächenabtrag gezielte Viskosität des Schleifmediums einstellen lassen und außerhalb des zu bearbeitenden Bereiches eine größere Fließfähigkeit des Schleifmediums vorliegen.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Schleifmedium eine elektrorheologische Flüssigkeit mit zugesetztem abrasiv wirkenden Material eingesetzt, welche die Werkstücksoberfläche umströmt, wobei an den zu bearbeitenden Oberflächenbereichen ein elektrisches Feld zur Erhöhung der Viskosität des Schleifmedium angelegt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass das Schleifmedium nur im Bereich der Schleifstellen hochviskos beziehungsweise pastös ist. Außerhalb der zu bearbeitenden Bereiche wird kein elektrisches Feld an das Schleifmedium angelegt, so dass dieses hier dünnflüssig ist und leicht mittels Pumpen gefördert werden kann. Außerdem hängt die Schleifwirkung von der Viskosität des fließfähigen Schleifmediums ab, so dass andere Bereiche des Werkstücks sowie die Pumpen, Kolben und Zuleitungen durch das Schleifmedium nicht angegriffen werden. Die Schleifwirkung kann so gezielt auf die zu bearbeitenden Bereiche konzentriert werden. Die verwendete Anlage kann dadurch eine wesentlich höhere Lebensdauer erreichen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Werkstück einfach gereinigt werden kann, da nach. Ausschalten des elektrischen Feldes das Schleifmittel wieder dünnflüssig und damit leicht entfernbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gut zur Bearbeitung von Innenflächen eines Hohlkörpers aus Metall. Besteht der Holkörper aus Metall, so kann der Hohlkörper selbst als eine Elektrode verwendet werden. Eine zweite Elektrode wird in den Hohlraum eingeführt und zwischen beiden Elektroden eine elektrische Spannung zur Erhöhung der Viskosität angelegt.

Als zugesetztes abrasiv wirkendes Material können aus der Schleiftechnik bekannte Materialien wie zum Beispiel Siliciumcarbid oder Korund in geeigneten Korngrößen eingesetzt werden.

Durch Wahl der Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums und der verwendeten elektrischen Spannung können definierte Verrundungen von Werkstückkanten erzeugt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Werkstücken für Hochdruckanwendungen, um Druckspitzen an scharfen Kanten zu vermeiden.

Das Schleifmedium kann in dünnflüssigem Zustand mittels geeigneter Reinigungsmittel leicht durch Entfernung des Materialabtrages gereinigt werden, so daß der Materialverbrauch bei dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren im Vergleich mit dem oben erläuterten herkömmlichen Verfahren deutlich verringert ist.

Die Erfindung beschreibt auch die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit als Schleifmittel zur Bearbeitung von Oberflächen, wobei dieser vorzugsweise abrasiv wirkendes Material zugesetzt wird.

Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige 1 erläutert, die ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Werkstück 1 mit einer ersten Bohrung 5 und einer senkrecht dazu ausgebildeten Bohrung 6. Am Verzweigungspunkt bildet sich eine ovale Verschneidungskante 7 aus, die entgratet und verrundet werden soll. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Mischung davon mit hohem Druck durch die Bohrungen 5, 6 gefördert werden. soll. Scharfe Kanten führen zu lokalen Spannungsspitzen im Werkstück, die dessen Lebensdauer beeinträchtigen können. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung sind Einspritzdüsen für Otto- oder Dieselmotoren, die für sehr hohe Kraftstoffdrücke ausgelegt sein müssen.
Bei dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren wird als Schleifmedium 3 eine elektrorheologische Flüssigkeit verwendet. Diese Flüssigkeiten haben die Eigenschaft, daß sich deren Viskosität in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld ändert. Bei zunehmender Feldstärke nimmt die Viskosität zu und die sonst dünnflüssige Flüssigkeit nimmt einen zähen, pastenartigen Zustand ein. Das Funktionsprinzip dieser elektroreologischen Flüssigkeiten ist beispielsweise in der Zeitschrift Ölhydraulik und Pneumatik, 33, 1994, Nr. 5, Seite 291 beschrieben.
Die elektrorheologische Flüssigkeit 3 ist mit abrasiv wirkendem Material wie beispielsweise Siliciumcarbid- oder Korund-Körnern versetzt, wobei mittels der Korngröße die gewünschte Oberflächenrauhigkeit beeinflußt werden kann. Dieses fließförmige Schleifmedium bestehend aus elektrorheologischer Flüssigkeit mit abrasivem Materialzusatz wird mittels Pumpen oder einer Kolbenanordnung (nicht dargestellt) an der zu bearbeitenden Oberfläche vorbeigepumpt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Schleifmittel 3 durch die Bohrungen 5, 6 des Werkstücks 1 gepumpt. In diese Bohrungen sind Elektroden 2 eingeführt, die auf eine geeignete Spannung von beispielsweise 500 V oder 1000 V gegenüber dem Werkstück gelegt werden können, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gegenelektrode dient. Alternativ, wenn das Werkstück beispielsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, können auch Hilfselektroden verwendet werden, beispielsweise in die Bohrungen 5, 6 eingeschobene Ringelektroden. Dabei ist natürlich darauf zu achten, daß die zu verrundende Schnittkante 7 durch die Elektroden nicht abgedeckt wird.
Zwischen Elektroden 2 und Werkstück 1 beziehungsweise Hilfselektroden baut sich ein elektrisches Feld auf, das zu einer Viskositätserhöhung des Schleifmediums 3 führt. In dem Bereich der Elektroden 2 hat das Schleifmedium 3 daher eine genügende Viskosität, um Material vom Werkstück 1 abtragen zu können und so eine Entgratung und Verrundung beispielsweise der Verschnittkante 7 hervorzurufen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine definierte Verrundung der Kanten erzielt werden kann, so daß die erwähnten unerwünschten Spannungsspitzen bei Hochdruckanwendungen vermieden werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Schleifwirkung auf den zu bearbeitenden Bereich des Werkstückes beschränkt werden. Andere Werkstückbereiche und die Pumpeinrichtungen für das Schleifmittel selbst „spüren" dieses nur in seinem dünnflüssigen Zustand, so daß kein wesentlicher Materialabtrag stattfindet. Die Lebensdauer der Pumpen und Förderleitungen ist daher wesentlich erhöht. Außerdem ist es im dünnflüssigen Zustand möglich, das Schleifmedium durch geeignete, an sich bekannte Reinigungsmittel durch Entfernung des Materialabtrags zu reinigen. Auch eine Reinigung des Werkstückes ist nach Beendigung des Schleifvorgangs, wenn die Elektroden 2 und zugehörigen Träger 4 aus isolierendem Material aus dem Werkstück 1 entfernt sind, einfach durchzuführen. Das Werkstück braucht lediglich mit Wasser oder einer anderen geeigneten Reinigungsflüssigkeit durchgespült zu werden.

Claims

Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, bei dem Oberflächen im Innenraum eines Hohlkörpers (1) bearbeitet werden und bei dem als Schleifmedium (3) eine elektrorheologische Flüssigkeit mit zugesetztem Material mit abrasiver Wirkung eingesetzt wird, wobei das Schleifmedium (3) die Werkstücksoberfläche umströmt und wobei an den zu bearbeitenden Oberflächenbereichen ein elektrisches Feld zur Erhöhung der Viskosität des Schleifmediums (3) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlkörper (1) wenigstens eine Elektrode (2) mit einem Spalt für das Schleifmedium (3) eingeführt wird und dass zwischen Hohlkörper (1) und Elektrode (2) eine elektrische Spannung angelegt wird, sodass im Bereich der Elektrode (2) das Schleifmedium (3) eine genügende Viskosität besitzt, um Material von der Oberfläche des zu bearbeitenden Hohlraums (1) abzutragen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) aus Metall besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als abrasives Material Siliciumcarbid oder Korund verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung der Fließgeschwindigkeit des Schleifmediums (3) und des elektrischen Feldes eine definierte Verrundung von Werkstückkanten erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im dünnflüssigen Zustand der Materialabtrag aus dem Schleifmedium (3) entfernt wird.