DE2521149A1

DE2521149A1 - Verfahren zur herstellung feingeschlichteter oberflaechen

Info

Publication number: DE2521149A1
Application number: DE19752521149
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ing Grad Klink
Original assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1976-11-25
Also published as: JPS51138997A

Description

Verfahren zur Herstellung feingesohlichteter Oberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feingeschlichteter Oberflächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten an Werkstücken, die aus Legierungen auf Aluminiumbasis mit hohem Siliziumgehalt und ungelösten Siliziumteilchen bestehen, bei welchem die Oberfläche mechanisch gehont und durch Ätzung mit einem Ätzmittel ungelöste Siliziumteilchen SO freigelegt werden, daß sie an der Oberfläche des Werkstückes aus der Legierung herausragen.
Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt (D-PS 1 521 939), bei welchem die Oberfläche zuerst mechanisch gehont und anschließend in einem Säurebad oder in einem alkalischen Bad oder durch Läppen mit einer Läppaste, die mit Silizium angereichert ist, geätzt wird. Das Ätzen mit Läppaste und Mineralöl erfordert sehr lange Bearbeitungszeiten und ist darum für eine Serienanfertigung von Werkstücken nicht geeignet. Das Ätzen in einem Bad hat den Nachteil, daß für den Ätzvorgang gesonderte Einrichtungen erforderl;+ sind, die gegen Korrosion durch das Ätzmittel geschützt sein müssen und daher sehr aufwendig sind. Ferner müssen die Werkstücke vor dem Ätzvorgang gewaschen werden, um ückstände des beim Honen verwendeten oöles zu entfernen, weil dieses Honöl den Ätzvorgang beeinträchtigen würde. ach dem Ätzvorgang müssen die Werkstücke gewaschen werden, um Rückstände des Ätzmittels von dem Werkstück zu entfernen, da diese Rückstände später zu einer Korrosion des Werkstückes führen würden. In der Praxis müssen dadurch nach der Vorbearbeitung, die meist durch Vor- und Peindrehen erfolgt, noch eine Mehrzahl von Bearbeitungsschritten durchgeführt werden. Zuerst wird mit Honöl vorgehont, danach ebenfalls mit Honöl fertiggehont, danach gewaschen und entfettet, danach geätzt und schließlich gewaschen und konserviert.
lemgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die Oberfläche des Werkstückes nach der Vorbearbeitung in kurzer Zeit sowohl gehont als auch geätzt werden kann, ohne daß zwischen dem Honen und dem Ätzen gesonderte Bearbeitungsschritte erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des eingespannten Werkstückes während des mechanischen Honens mit Ätzmittel beaufschlagt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die Werkstücke in der Honmaschine mechanisch gehont und bei gleichzeitigem Ätzmittelfluß geätzt. Dadurch entfallen die für das Ätzen in einem Bad benötigten Behandlungsanlagen sowie Anlagen für die Honöl-Aufbereitung und zum Waschen und entfetten. Auch die Bearbeitungszeit wird erheblich verkürzt, da das Waschen und Entfetten entfällt und ferner auch Nebenzeiten für Transport, Spannen,, Zwischenlagern der Werkstücke usw. eingespart werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Behandlung von Oberflächen, die einem h-hen Verschleiß ausgesetzt sind, zum Beispiel zur Behandlung der Lau:f£lächen on Motorzylindern, da die über den Aluminiumwer-kstoff vostehenden Siliziumteilchen eine erhöhte LTerschleiij.-, Anfreß- und Korrosionsbeständigkeit bewirken.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Ätzmittel ein mineralöl- und/oder nitritfreies, wasserlösliches Schneid-und Schleifkühlmittel auf synthetischer Basis verwendet, wie es z.B. beim herkömmlichen Schleifen auf konventionellen Schleifmaschinen gebräuchlich ist und das zweckmäßig so beschaffen ist, daß es sich in Wasser vollkommen blank löst.
Solche Mittel haben einen hohen Korrosionsschutzeffekt und sind gut hautverträglich, da sie keine aggressiven Säuren oder alkalische Lösungen enthalten und dadurch unbedenklich für das Bedienungspersonal sind. Außerdem hat sich überraschenderweise gezeigt, daß diese Mittel beim erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich der Ätzung besonders gute Ergebnisse mit sich bringen.Ein weiterer Vorteil dieser Mittel liegt darin, daß sie nicht aggressiv sind und darum die Eonwerkzeuge sowie mit dem Ätzmittel in Berührung kommende Vorrichtungs- und Maschinenteile aus herkömmlichen Werkstoffen ohne besonderen Korrosionsschutz hergestellt werden können, ohne daß dieselben angegriffen werden und dadurch ihre Standzeit verringert wird.
Weiterhin brauchen die Werkstücke nach dem Ätzen nicht konserviert zu werden.
Das phenolfreie Schleifkühlmittel wird zweckmäßig im Verhältnis von 1:20 bis 1:50 mit Wasser verdünnt und ergibt klare, transparente Emulsionen. Diese Emulsionen bleiben aufgrund hochwirksamer Bakterizide überdurchschnittlich lange leistungsfähig und behalten ihre Transparenz während der ganzen Einsatzzeit. Unterschiedliche Wasserhärten haben keinen Einfluß auf die Stabilität und den besonders hohen Korrosionsschutzeffekt der Emulsionen.
Sehr gute Ergebnisse werden erreicht, wenn als Ätzmittel ein wasserlösliches, synthetisches Schneid- und Schleifkühlmittel verwendet wird, das 5 - 10 % organische Stickstoffverbindungen vom Amintyp mit aliphatisch und/oder zyklisch gebundenem Stickstoff und 10 - 30 % organische Säuren (Fettsäuren) in Form wasserlöslicher Alkalisalze enthält bzw. das 2 - 3 # Triäthanolamin, 2 - 3 ffi Benzotriazyn und 1 - 3 % Monoäthanolamin sowie 9 - 10 % Carboxylsäure enthält und in einem Mischungsverhältnis von 1:20 bis 1:50 mit Wasser verdünnt ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Atzung wenigstens teilweise durch Elektrolyse durchgeführt, wobei das Werkstück als Anode und ein metallischer, zustellbare Honsteine tragender Werkzeugkörper eines Honwerkzeuges als Kathode an eine elektrische Stromquelle angeschlossen werden.
Dadurch läßt sich die Ätzung noch wesentlich beschleunigen.
Der Atzvorgang erfolgt zweckmäßig bei einer Stromdichte von 2 bis 50 A/dm², vorzugsweise 30 A/dm² 2 10 bis 50 A/dm , vorzugsweise 30 A/dm über eine Zeit von 10 bis 60 sec. Durch den Atzvorgang wird vornehmlich das Aluminium abgetragen, so daß die Siliziumkristalle etwa 1 bis 3 ym freigelegt werden.
Imlblgenden wird die erfindungsgemäße Herstellung einer feingeschlichteten Oberfläche beschrieben: In einem ersten Verfahrensschritt wird in bekannter Weise mit einem herko#mmlichen Honwerkzeug, das mit Honsteinen gröberer Körnung bestückt ist, mechanisch vorgehont, wobei durch den Spalt zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug eine Atzflüssigkeit fließt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird in gleicher Weise mit einem Honstin feiner Körnung mechanisch fetiggehont. Der nach Ende des zweiten Verfahrensschrittes beginnende dritte Verfahrensschritt wird durch das Einschalten eines elektrischen Atzstromes eingeleitet, der ein chemisclles Ablösen des Aluminiums an der Oberfläche des Werkstückes bewirkt. Das Werkstück bildet dabei die Anode und das Werkzeug, bzw. dessen metallischer Werkzeugkarper die Kathode. Durch das Ablösen wird die Werkstückoberfläche gegenüber den ungelösten Siiziumkristallen zurückversetzt.
Das Maß, um welches das Aluminium abgetragen wird, hängt ab von der Atzzeit, von der Zusammensetzung und Konzentration des Ätzmittels, von der Stromdichte und vom Anpreßdruck der Hons#teine. Der Anpreßdruck zwischen den Honsteinen und der Werkstückoberfläche wird während dieses Verfahrensschrittes gegenüber den vorangehenden Verfahrensschritten verringert.
Der Anpreßdruck der Honkeine wird dabei möglichst so gering gehalten, daß die Honsteine im wesentlichen nur noch die Führung des Werkzeuges bewirken und gleichzeitig lediglich die vorstehenden Siliziumkristalle leicht glätten.
Es ist auch möglich, die Honsteine im letzten Verfahrensschritt von der Oberfläche des Werkstücks abzuheben und die sichere Führung des Werkzeuges,das während des Atzens im Bereich der Werkstückoberfläche eine axiale und/oder drehende Arbeitsbewegung ausführt, durch andere Mittel, beispielsweise eine starre maschinenseitige Lagerung oder an der Oberfläche des Werkstückes gleitende Abstandhalter zu bewirken. Ferner kann der Atzstrom zur weiteren Verkürzung der BearbeitungF zeit bereits zu Beginn des ersten und/oder des zweiten Verfahrensschrites eingeschaltet werden, so daß gleichzeitig mechanisch gehont und geätzt wird, wobei dann der letzte Verfahrensschritt, bei welchem der Anpreßdruck der HonSeine verringert oder aufgehoben wird, nur noch wenige Sekunden erfordert.
Des weiteren kann es auch bei entsprechender Vorbearbeitung ausreichend sein, in einem Arbeitsschritt mechanisch zu honen und dann zu ätzen.
Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Honmaschine bew§hrtç die gemäß der Zeichnung ein Honwerkzeug 1 mit einem metallischen Werkzeugkörper 2 aufweist# der mit radial gegen die Werkstück-Oberfläche zustellbaren Schleifkörpern bzw. Honste!nen3 versehen ist. Der Werkzeugkörper 2 ist mit einer Ätzstromquelle 4 in Form eines Gleichstromgenerators verbunden.
Ferner sind Mittel bzw. eine Zuführeinrichtung 5 vorgesehen-, um in den Spalt zwischen Werkzeugkörper 2 und Werkstück 6 Ätzflüssigkeit 7 einzuleiten. Dies kann sowohl durch Binleiten der Ätzflüssigkeit von außerhalb des Werkzeuges, z.B.
über die Werkstück-Aufnahmevorrichtung, als auch durch das Innere des Honwerkzeuges 1 erfolgen. Die Zuführeinrichtung 5 weist einen Behälter 8 für die Äteflüssigkeit 7 auf, der über eine Leitung 9 oberhalb der Honsteine 3 mit dem hohlen Werkzeugkörper 2 verbunden ist oder von dem eine Leitung 10 unmittelbar zum Werkstück geführt ist. In der Leitung ist eine Pumpe 11 angeordnet. Unterhalb des Honwerkzeuges 1 ist ein Auffangbehälter 12 für die Ätzflüssigkeit angeordnet, der über eine Leitung 13 mit dem Behälter 8 verbunden ist, so daß die Ätzflüssigkeit im Kreislauf verwendet werden kann.
Weiter ist die Honmaschine. zweckmäßig mit Steuer- und Meßeinrichtungen ausgestattet, die einen automatischen Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte ermöglichen und die Bearbeitung bei Erreichen einer gewünschten Abmessung der Werkstückoberfläche beenden. Die Honmaschine weist einen Dreh-und Hubantrieb 14 auf, an dessen vertikaler Arbeitsspindel 15 das Honwerkzeug 1 anzuordnen ist.
(Ansprüche)

Claims

ANSPRUCHE : 1. Verfahren zur Herstellung feingeschlichteter Oberflächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten an Werkstücken, die aus Legierungen auf Aluminiumbasis mit hohem Siliziumgehalt und ungelösten Siliziumteilchen bestehen, bei welchem die Oberfläche mechanisch gehont und durch Ätzung mit einem Ätzmittel ungelöste Siliziumteilchen so freigelegt werden, daß sie an der Oberfläche des Werkstückes aus der Legierung herausragen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Oberfläche des eingespannten Werkstückes während des mechanischen Honens mit Ätzmittel beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmittel ein mineralöl- und/oder nitritfreies, synthetisches Schneid- und Schleifkühlmittel, das in Wasser vollkommen blank lösbar ist, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzung wenigstens teilweise durch Elektrolyse durchgeführt wird, wobei das Werkstück als Anode und ein metallischer, zustellbare Honsteine tragender Werk#eugkörper des Honwerkzeuges als Kathode an eine elektrische Stromquelle angeschlossen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsschritt bei gleichzeitigem Ätzmitte-lfluß mechanisch gehont und in einem zweiten, vorzugweise ohne Unterbrechung anschließenden Arbeitsschritt durch Einschalten des Atzstromes geätzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsschritt bei gleichzeitigem Atzmittelfluß mechanisch vorgehont, in einem zweiten Arbeitsschritt mechanisch fertiggehont und vorzugsweise in einem dritten Arbeitsschritt durch Einschalten des Ätzstromes geätzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzstrom bereits zu Beginn des ersten und/oder des zweiten Arbeitsschrittes eingeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Hondruck spätestens während des Atzens durch Reduzierung des Anpreßdruckes der Honsteine, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Einschalten des Ätzstromes verringert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Honen spätestens während des Ätzens, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Einsdalten des Atzstromes, durch Abheben der Honsteine von der Oberfläche des Werkstückes abgebrochen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmittel ein wasserlösliches, synthetisches Schneid- und Schleifkühlmittel verwendet wird, das 5 - 10 % organische Stickstoffverbindungen vom Amintyp mit ali zuthisch und/oder zyklisch gebundenem Stickstoff und 10 - 30 % organische Säuren (Fettsäuren) in Form wasserlöslicher Alkalisalze enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmittel ein synthetisches Schneid-und Schleifkühlmittel verwendet wird, das 2 - 3 % Triäthanolamin, 2 - 3 % Benzotriazyn und 1 - 3 % Monoäthanolamin sowie 9 - 10 % Carboxylsäure enthält und in einem Mischungsverhältnis von 1:20 bis 1:50 mit Wasser verdünnt ist.
11. Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem koaxial zur Werkstückoberfläche angeordneten Honwerkzeug, das einen metallischen Werkzeugkörper mit radial gegen die Oberfläche des Werkstückes zustellbaren Honsteinen aufweist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß für den Werkzeugkörper eine elektrische Ätzstrom-Versorgungseinrichtung vorgesehen ist und daß die Maschine eine Zuführeinrichtung zum-Einleiten von Ätzflüssigkeit in den Spalt zwischen das Werkzeug und das werkstück aufweist.
12. Honmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und Meßeinrichtung für den vollautomatischen Arbeitsablauf und die Beendigung der Bearbeitung bei Erreichen einer gewünschten Abmessung der Oberfläche des Werkstückes vorgesehen ist.

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