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Yertahren und Werkzeug zum Verdichten und Glätten von Werkstdckoberflächen
Die erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdichten und Glätten der Oberflächen
von mit spanabhebenden Werkzeugen bearbeiteten Yerkßttlcken, insbesondere Drehteilen,
bei dem ein Verdichtungswerkzeiig an das sich bewegende Werkstück angelegt wird,
sowie auf Werkzeuge zur Durchführung des Verfahrens.
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Das Verdichten und Glätten der Oberflächen von Drehteilen wird bisher
dadurch vorgenommen, daß zylindrische oder profilierte Rollen mit großer Kraft an
das sich drehende Werkstück angedrückt werden. Hierbei besteht zwischen Rolle und
Werkstück eine Linienberührung. Um die für eine Verdichtung und Glättung nötigen
spezifischen DrUcke zu erhalten, sind sehr robust gebaute und entsprechend teuere
Maschinen und Vorrichtungen erforderlich.
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Die Verdichtung kann wegen der großen aufzuwendenden Kräfte nicht
auf der gleichen Lrebmaschine vorgenommen werden, auf der die spanabhebende Bearbeitung
erfolgte, so daß ein Umspannen erforderlich ist, was die Herstellungskosten zusätzlich
erhöht.
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Die Werkzeugkosten sind hoch, da bei komplizierteren Werkstück
formen
speziell profilierte, an die Werkstückform angepaßte Rollen erforderlich sind.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, bei dem
ein relativ geringer Andruck eines Werkzeuges an das Werkstück genügt, um eine Verdichtung
und Glättung zu bewirken.
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Das erfindungsgeiäße Verfahren der eingangs genannten Art ist dadurch
gekennzeichnet, daß ein Werkzeug verwendet wird, das punktförmig am Werkstück Wck
anliegt und daß das Werkzeug so am Werkstück entlanggeführt wird wie das spanabhebende
Werkzeug bei der letzten Spanabnahme.
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Wegen der punktförmigen Anlage des Verdichtungs- und Glättungswerkzeuges
am Werkstück erhält man bereits bei einer relativ kleinen Bndriickkraft einen hohen
spezifischen Druck, der ausreicht, um die ftir die Verdichtung und Glättung erforderliche
Werkstoffverformung zu bewirken. Dadurch, daß das Werkstück Zeile um Zeile so über
das Werkstück hinweggeführt wird wie vorher das Bearbeitungswerkzeug, wird nach
und nach die gesamte zu verdichtende Fläche erfaßt. Da man bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit einer relativ kleinen Andruckkraft auskommt, sind keine besonderen
robusten Maschinen erforderlich. Vielmehr kann der Verdichtungsvorgang auf der gleichen
Maschine durchg«~hrt werden, auf der die letzte Spanabnahme erfolgte. Dadurch wird
auch ein Umspannen des Werkstückes erspart.
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Die Erfindung ist sowohl bei Drehteile als auch bei anderen spanabhebend
bewegten Werkstücken anwendbar, so z.B. bei mittels einer Hobelmaschine bearbeiteten
Werkstücken. Die Werkzeugkosten sind niedrig, da eine Anpassung an verschiedene
Werkstückformen nicht erforderlich ist. Wegen der nur punktförmigen anlage kann
ein- und dasselbe Werkzeug bei den verschiedensten Werkstückformen benutzt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn zwischen Werkzeug und Werkstück ein Schmiermittel
eingegeben wird. Hierbei hat sich gewöhnliches Maschinenöl als geeignetes Schmiermittel
erwiesen.
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Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgeiäße Verfahren, wenn das
Verdichtungswerkzeug dem spanabhebenden Werkzeug unmittelbar nachgeführt wird, wobei
das Verdichtungswerkzeug am gleichen Teil einer Werkseugmaschine eing spanat ist,
an dem auch das spanabhebend Werkzeug gehalten wird. In diesem Fall fällt überhaupt
keine zusätzliche BearbeitangBzeit an, da Ja der Verdichtungs und Glättungsvorgang
praktisch gleichzeitig mit der letzten Spanabnahme erfolgt.
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Das Werkzeug zur I?iirchfürung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
gekennzeichnet surch eine konvexe Form der mit dem Werkstück in Eingriff kommenden
Arbeitsfläche des Werkzeuge 5. Im einfachsten Fall ist die konvexe Fläche durch
eine feststehende Kuppe gebildet. Dieses einfache Werkzeug ist vor allem für die
Glättung von relativ weichen Werkstoffen geeignet. Für die Glättung härterer
Werkstoffe
ist ein Werkzeug von Vorteil, das eine Fassung mit einer Kugelpfanne aufweist, in
der eine Kugel drehbar gelagert ist. Hierbei kann die Kugel in einer Gleitlagerung
gelagert sein oder aber auch auf kleinen Rollen. Die Arbeitsfläche wird bei einem
solchen Werkzeug durch die Kugel gebildet, die auf dem Werkzeug abrollt und sich
dabei relativ zu ihrer Fassung dreht.
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Die Arbeits#äche des Werkzeuges kann auch an einem vibrierenden Teil
des Werkzeuges angeordnet sein, dessen Schwingbewegungen im wesentAichen normal
zur Werkstückfläche verlaufen. Bei der Verwendung eines solchen Werkzeuges wird
dieses vorteilhafterweise nur mit geringer Anlagekraft an das Werkstück angelegt,
beispielsweise mit einer Kraft von 0,5 bis 1 kp. Die Frequenz der Schwingbewegung
im Verhältnis zur Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück wird vorteilhafterweise
so gewählt, daß die Oberfläche ohne Unterbrechung verdichtet wird. Bei der Verwendung
eines vibrierenden Werkzeuges werden ja sozusagen schwache Hammerschläge auf das
Werkstück ausgeübt. Es ist für die Gesamt-Beschaffenheit der Fläche von Vorteil,
wenn sehr nahe beieinanderliegend solche Hammerschläge ausgeübt werden, weshalb
das Verhältnis zwischen Frequenz und Relativgeschwindigkeit geeignet gewählt werden
sollte.
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Vorteilhafterweise hat das Werkzeug einen Schaft mit gleichen Abmessungen
wie ein I#ehstahl. In diesem Fall kann das Werkzeug in einer gleichen Halterung
befestigt werden wie ein Drehstahl
oder eventuell auch ein Hobelmeißel.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Verdichtungs-
und Glättungswerkzeuges gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Ansicht eines weiteren
Verdichtungswerkzeuges und Fig. 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Drehmaschine,
in der ein Verdichtungs- und Glättungsvorgang an einem Werkstück vorgenommen wird.
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Das Werkzeug nach Fig. 1 besteht aus einer Fassung I, einem Schaft
2, einer großen Kugel 3 und mehreren kleinen Kugeln 4.
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Der Schaft 2 hat die gleichen Abmessungen wie der Schaft eines Drehstahles,
d.h. vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt.
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Im Schaft 2 ist die Fassung 1 eingespannt. Die Fassung 1 verjüngt
sich bei L> 5 zu einem kurzen zylindrischen Stück 6 mit relativ kleinem Durchmesser,
in dem sich eine Kugelpfanne 7 befindet. Die Kugelpfanne 7 ist mit den in einem
nicht dargestellten Käfig gehaltenen Kugeln 4 ausgelegt, auf denen die Kugel 3 aufruht.
Die Arbeitsfläche, die an Werkstück zur Anlage kommt, wird durch die Kugel 3 gebildet.
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Das Werkzeug nach Fig. 2 hat einen Schaft 2', in dem ein insgesamt
mit 8 bezeichnetes Vibrationsgerät gehalten ist. Angetrieben wird das Vibrationsgerät
durch Druckluft, das über eine Leitung 9 zugeführt wird. Zur Durchführung der Leitung
9 ist im Schaft 2' eine Bohrung 10 vorgesehen. Vibrationsgeräte sind bekamt, z.B.
als sogenannte Graviermeißel und haben dann ein spitzes Werkzeug. Bei dem erfindungsgemäßen
Werkzeug jedoch ist ein vibrierender Stift 11, der sonst eine Gravierspitze trägt,
mit einer Kugelfläche 12 versehen.
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In Fig. 3 ist ein Werkstück 13 gezeigt, das auf der Planscheibe 14
einer Drehbank mittels Spannbacken 15 festgespannt ist. Das Werkstück 13 hat einen
Zapfen 16, der über eine Hohlkehle 17 in eine Nabe 18 übergeht. Die bruchgefährdete
Stelle dieses Werkstückes ist die Hohlkehle 17. Zur Herabsetzung der Bruchgefahr
soll diese Hohlkehle geglättet werden.
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Die Drehmaschine hat einen Support, der aus einem Längsschlitten t20
und einem Querschlitten 21 besteht. Der Längsschlitten 20 ist entsprechend dem Doppelpfeil
22 längs einer Bahn 23 verschiebbar. Der Querschlitten 21 ist entsprechend dem Doppelpfeil
24 relativ zum Längsschlitten 20 hin- und herverschiebbar.
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duf dem Querschlitten 21 ist mittels einer Klemmvorrichtung 25 ein
Verdichtungswerkzeug eingespannt, das z.B. entsprechend den Fig. 1 und 2 ausgeführt
sein kann.
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Bei der Glättung der Hohlkehle 17 wird das Werkzeug 26 gegen die zu
glättende Fläche angedrückt, z.B. mit einem Druck von 50 t!s wenn es eine abrollende
Kugel aufweist. Der Längsschlitten 20 und der Querschlitten 21 werden nun in gleicher
Weise bewegt wie vorher bei der letzten Spanabnahme im Bereich der Hohlkehle 17.
Hierdurch wird die Fläche Zeile für Zeile verdichtet. Man erhält also trotz der
punktförmigen Anlage der Kugel nach und nach eine vollständige Verdichtung und Glättung
im Bereich der Hohlkehle. Zur Bewegung des Verdichtungs- und Glättungswerkzeilges
könnte auch eine Kopiereinrichtung verwendet werden.
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Wenn anstelle eines Werkzeuges mit sich drehender Kugel ein Werkzeug
entsprechend Fig. 2 verwendet wird, ist der Andruck wesentlich geringer, wie dies
schon eingangs erwähnt wurde.
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Während des Glättens wird eine Schmierung vorgenommen, wobei im einfachsten
Fall z.B. mittels eines Pinsels Maschinenöl aufgetragen wird. Es kann jedoch eine
besondere Zuführungsvorrichtung für das Schmiermittel vorgesehen werden.
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Versuche haben ergeben, daß bei dem Werkstoff 16 Mn Cr 5 mit Hilfe
eines vibrierenden Werkzeuges eine Rauhtiefe von 14 v auf 2,5 herabgesetzt werden
konnte. Dabei war der Äufsetzdruck des Verdichtungswerkzeuges nur etwa gleich dessen
Eigengewicht von 500 g.
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Bei einer Glättung mittels einer drehbar gelagerten Kugel von
10
mm Durchmesser wurden bei einem Andruck von 50 kp eine Reduzierung der Rauhtiefe
von 14,@@ auf 6, errecht, und zwar unabhängig davon, ob die Drehzahl des Werkstückes
14 oder 90 Umdrehungen pro Minute und der Vorschub 0,09 oder 0.12 mm pro Minute
ist.
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Die härte an der Oberfläche des Werkstückes wird durch die Verdichtung
um etwa 30 bis 35 ffi erhöht.