DE3149120A1

DE3149120A1 - Werkzeug zum bearbeiten der oberflaechen eines kohlenstoffhaltigen gusseisens, welches vorausgehend einem elektrochemischen oberflaechenabtrag unterzogen wurde

Info

Publication number: DE3149120A1
Application number: DE19813149120
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Heck; Walter Kipfelsberger; Horst Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt Lindner; Wendelin 8071 Lenting Seitz
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE3149120C2

Description

Werkzeug zum Bearbeiten der Oberflächen eines kohlenstoffhaltigen
#Gußeisens, welches vorausgehend einem elektrochemischen Oberflächenabtrag unterzogen wurde Die Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Beim spanenden Bearbeiten (z.B. Bohren, Schleifen, Honen) von kohlenstoffhaltigem Gußeisen, insbesondere beim Bearbeiten. entsprechender Zylinderlaufflächen von Brennkraftmaschinen, kann das Problem der ~Blechmantelbildung" auftreten. Unter Blechmantelbildung versteht man die durch den- heftigen Angriff des Werkzeuges verursachte Kaltverfestigung der Oberfläche in Verbindung mit dem Zuschmieren oder Ausquetschen der an der Oberfläche liegenden Graphiteinschlüsse. Es versteht sich, daß eine derartige Oberfläche hinsichtlich ihrer tribologischen Eigenschaften für Gleitpaarungen nicht sehr günstig ist.
Eine Blechmantelbildung in einem geringeren Maße kann auch noch beim elektrochemischen Honen auftreten, bei dem ja zur Erzielung der Endgeometrie des Werkstückes ebenfalls eine mechanische Bearbeitung durch ein herkömmliches Honwerkzeug durchgeführt wird.
Aufgabe. der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Werkzeug hoher Standfestigkeit zu schaffen, mit dem tribologisch günstige Oberflächen an elektrochemisch bearbeiteten, kohlenstoffhaltigen Gußeisen-Werkstücken herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch die Nuten- und/oder Porenkanten der Reibplattierleiste wird der durch den elektrochemischen Prozess freigelegte Graphit abgerieben, in den Nuten und/oder Poren über die zu bearbeitende Oberfläche geführt und von den erhabenen Reibflächen der Reibplattierleiste auf die Werkstückoberfläche aufplattiert. Ohne Verschließen der durch den elektrochemischen Abtrag freigelegten Graphitlamellen werden somit die vorhandenen Oberflächengrübchen an der Werkstückoberfläche durch den abgetragenen Graphit und die Abraumprodukte gefüllt. Die restliche Oberfläche des Werkstückes bildet sich metallisch blank in Plateauform aus, wodurch eine tribologisch sehr günstig gestaltete Werkstückoberfläche mit sehr geringem Rauhheitsgrad geschaffen ist.
Die Reibplattierleiste kann gemäß Patentanspruch 2 in kostengünstiger Weise aus Sintermetall hergestellt sein. Die Porösität von Sintermetallen läßt sich bekanntlich gut einstellen; zudem kann ohne spanende Bearbeitung eine hohe Maßhaltigkeit sowie eine beliebige Nutenanordnung verwirklicht werden. Als besonders wirkungsvoll und standfest haben sich Reibplattierleisten aus HSS-Stahl oder aus Hartmetall erwiesen.
Die Reibplattierleiste kann besonders zweckmäßig entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 3 und/oder 4 ausgebildet sein, wodurch neben der angestrebten OberflächenquaTität eine hohe Standfestigkeit des Werkzeuges ohne einem Zuschmieren oder Zusetzen der Nuten und/oder Poren durch von der Oberfläche abgeriebene Substanzen erzielt wird.
Ein Werkzeug zum Bearbeiten von zylindrischen Bohrungen kann zweckmäßig entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 5 ausgebildet sein. Gemäß Patentanspruch 6 können auch Reibplattierleisten mit unterschiedlich ausgebildeten Reibflächen eingesetzt werden. Dabei kann eine Reibplattierleiste (beispielsweise mit Poren) schwerpunktsmäßig dem Aufplattieren von Graphitanteilen und eine weitere Reibplattierleiste (zum Beispiel nur mit Nuten) zum Abführen der abgeriebenen aus Graphitpartikeln und Rückständen aus dem elektrochemischen Prozess bestehenden Substanzen dienen.
Durch die unmittelbare,hydraulische Betätigung der Reibplattierleisten gemäß Patentanspruch 7 kann eine gleichmäßige Belastung des Werkzeuges ohne erforderliche Einstellarbeiten verwirklicht werden. Durch die Merkmale des Patentanspruches 8 wird zudem eine gezielte Nachgiebigkeit der Reibplattierleisten geschaffen, um bei Geometrieunebenheiten der zu bearbeitenden Werkstückfläche örtliche Oberbelastungen zu vermeiden.
Gemäß Patentanspruch 9 kann das Hydraulik-Fluid zugleich als Spülflüssigkeit beim Reibplattieren dienen, wodurch der werkzeugseitige Aufwand verringert ist. Durch eine geeignete Querschnittsbemessung des Spülkanales kann in einfacher Weise eine gezielte Spülflüssigkeitszufuhr erfolgen.
Das Werkzeug kann schließlich entsprechend den Merkmalen des Patentans-pruches 10 mit einer an sich bekannten Messvorrichtung versehen sein. Zweckmäßig kann dabei das den Ausströmdüsen zugeführte Medium durch den Kanal für das Hydraulik-Fluid geleitet werden, so daß äußere Zufuhrleitungen oder gesonderte Kanäle im Werkzeug entfallen können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig, 1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in schematischer Darstellung Fig. 2 das Werkzeug in einem Längsschnitt entlang der Linie II -- H der Figur 3 Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie IiI-I.II der Figur 2 Fig. 4 eine Ansicht X des Werkzeuges gemäß Figur 2 und Fig. 5 eine Draufsicht auf die Reibfläche einer erfindungsgemäßen Reibplattierleiste Das in den Figuren gezeigte Reibplattierwerkzeug 2 weist einen Werkzeugkopf 4 und einen Schaft 6 auf. In dem im wesentlichen zylindrischen Werkzeugkopf 4 sind in drei voneinander entfernten Querebenen jeweils radial verlaufende Bohrungen 8, 9, 10 eingearbeitet. Die Bohrungen 8, 9, 10 liegen jeweils senkrecht über-#einander, weisen einen gleichmäßigen Winkelabstand von je 1200 zueinander auf und münden in einen zentrisch verlaufenden Längskanal 12 des Werkzeugkopfes 4. Der bei den Bohrungen 10 endende Längskanal 12 geht andererends in einen erweiterten Kanal 14 über, der sich zentrisch durch den Schaft 6 erstreckt und zur Zuführung eines unter Druck stehenden Hydraulik-Fluids dient.
In die jeweils senkrecht übereinanderliegenden Bohrungen 8, 9, 10 sind die Führungsbolzen 16, 17, 18 je eines Leistenträgers 20 radial verschiebbar eingesetzt, die je eine Reibplattierleiste 22 tragen. Die Führungsbolzen 16, 17, 18.sind mit den Leistenträgern 20 fest verbunden.
Der jeweils mittlere Führungsbolzen 17 weist ein normales Einbauspiel gegenüber der Bohrung 9 auf, während die Führungsbolzen 16, 18- - wie aus der Fig. 2 ersichtlich - mit einem größeren Einbauspiel versehen sind.
Die Leistenträger 20 bzw. die-Reibplattierleisten 22 können somit geringfügige Geometrieunebenheiten der zu:bearbeitenden Zylinderfläche ohne Oberbelastungen ausgleichen. Die Führungsbolzen 16, 17, 18 sind über elastische Ringdichtungen 24, 25, 26 nach außen abgedichtet.
In den Leistenträgern 20 sind an deren oberen und unteren Ende Vorsprünge 28, 30 eingeformt, an denen je eine Ringfeder 32, 34 angreift. Die Ringfedern 32, 34 spannen die Leistenträger 20 in deren eingefahrene Position vor, in der sie an dem Werkzeugkopf 4 anliegen.
Die drei Reibplattierleisten 22 (siehe Fig 5) sind aus HSS-Stahl im Sinterverfahren hergestellt, gehärtet und mit den Leistenträgern 20 verklebt.
Auf der Oberfläche der Reibplattierleisten 22 sind Poren 36 ausgebildet, deren Größe im mittel etwa 100 #m und deren Flächenbedeckung zwischen 20% bis 60% liegt. Zusätzlich sind auf der mit den zu bearbeitenden Werkstück-in Reibkontakt tretenden Oberfläche sich überkreuzende Nuten 38 eingeformt, die zur Bewegungsrichtung bzw. zu einer Rotationsebene des Werkzeuges 2 um + 450 geneigt sind. Während die Nuten 38 am Nutengrund gerundet sind, bilden deren Flanken mit der der Kontur des zu bearbeitenden Werkstückes angepaßten Reibfläche scharfe Kanten.
An der Obergangsstelle zwischen dem Längskanal 12 und dem Kanal 14 zweigt ein weiterer,radial nach -außen gerichteter Spülkanal 40 ab, durch den beim Reibplattieren gezielt Hydraulik-Fluid als Spülflüssigkeit zugeführt werden kann. Der Querschnitt des Spülkanales 40 ist entsprechend der gewünschten Spülmenge abgestimmt.
An dem Werkzeugkopf 4 sind zwei Ausströmdüsen 42, 44 angeordnet, die über zwei Kanäle 46, 48 (siehe Fig. 4) und zwei innerhalb des Kanal es 14 verlaufende Leitungen -50, 52 mit einem Medium zum Messen des Zylinderdurchmessers der zu bearbeitenden Werkstücke nach dem bekannten Staudruck-Messverfahren beaufschlagt werden können. Die Zufuhr des Hydraulik-Fluids und des Mediums zur Staudruck-Messung erfolgt mittels zweier auf dem Schaft S angeordneter Ringteile 54, 56, die mit der jeweiligen Druckquelle in Verbindung stehen. Die Ringteile 54, 56 sind auf dem Schaft 6 dicht und axial unverschiebbar gelagert und über je eine auf einer Führung 58 axial verschiebbaren Stange 60, 62 unverdrehbar# gehalten. Innerhalb der Ringteile 54, 56 sind zum-Schaft 6 offene Ringnuten 64, 66 ausgebildet, die mit je einer Radialbohrung 68, 70 im Schaft g korrespondieren. Die Radlalbohrung 68 mündet in den Kanal 14 und die Radialbohrung 70 ist mit den Leitungen 50, 52 verbunden.
Oberhalb der Ringteile 54, 56 ist der Schaft zuo ineiner nicht dargestellten Werkzeugmaschine, z.B. einer Honmaschine, aufgenommen und wird von dieser während des Reibplattierens rotierend sowie in Richtung seiner Längsachse oszillierend angetriebben. Dabei wird nach dem Einfahren des Reibplattierwerkzeuges 2 in den zu bearbeitenden Zylinder über den Kanal 14 und den Längskanal 12 Hydraulik-Fluid in die Bohrungen 8, 9, 10 gepreßt.
Nach dem Oberwinden der Rückstelikraft der Ringfedern 32, 34 werden die Führungsbolzen 16, 17, 18radial nach außen gedrückt und die Reibplattierleisten 22 mit einer definierten Anpreßkraft zwischen 10 bis 40 N/cm2 gegen die Zylinderfläche angelegt. Durch das größere Einbauspiel der Führungsbol-zen 16,-18 ergibt sich eine begrenzte Nachgiebigkeit der Reibplattierleisten 22, die deren gleichmäßiges Anlegen sicherstellt. Durch Rotieren-und gleichzeitiges Oszillieren des Werkzeuges 2 wird dann das Reibplattieren durchgeführt, wobei zugleich über den Spülkanal 40 Hydraulik-Fluid als Spülflüssigkeit-zugeführt wird.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Reibplattierleisten 22 können auch aus Hartmetall oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen. Es können auch Reibplattierleisten 22 nur mit Nuten 38 oder nur mit Poren 36 oder ein gemischter Einsatz derartiger Reibplattierleisten 22 in einem Werkzeug 2 zur Erzielung tribologisch günstiger Oberflächen vorteilhaft sein.
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Claims

Patentansprüche Werkzeug zum Bearbeiten der Oberflächen eines kohlenstoffhaltigen Gußeisens, welches vorausgehend einem elektrochemischen Oberflächenabtrag unterzogen wurde, insbesondere zum Bearbeiten der Zylinderlaufflachen von Brennkraftmaschinen, mit zumindest einer mit einer Reibfläche an die zu bearbeitende Oberfläche anpressbaren und relativ zu dieser bewegbaren Leiste, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste eine Reibplattierleiste (22) ist, deren Reibfläche mit zur Bewegungsrichtung geneigten, an der Reibfläche scharfkantigen Nuten (38) und/oder mit Poren (36) versehen ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibplattierleiste (22) aus Sintermetall, insbesondere aus HSS-Stahl oder aus Hartmetall besteht.
3. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren (36) etwa die Größe von 100 ;im aufweisen und die Porendichte zwischen 20% und 60% liegt.
4. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (38) sich überkreuzend angeordnet sind.
5. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, zum Bearbeiten von zylindrischen Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere umfangsmäßig verteilte Reibplattierleisten (22) auf Leistenträgern (20) befestigt sind, welche auf einem Werkzeugkopf (4) radial verstellbar geführt und gegen die zu bearbeitende Oberfläche spannbar sind.
6. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Reibplattierleisten (22) mit unterschiedlich ausgebildeten Reibflächen auf einem Werkzeugkopf (4) angeordnet sind.
7. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistenträger (20) ueber mehrere Führungsbolzen (16, 17, 18) in entsprechenden Bohrungen (8,9,10) eines Werkzeugkopfes (4) radial verstellbar geführt sind und daß die Führungsbolzen mit unter Druck stehendem Hydraulik-Fluid beaufschlagbar sind.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur je ein Führungsbolzen (17) der Leistenträger (20) mit einem normalen Einbauspiel und die übrigen Führungsbolzen (16, 18) mit einem größeren ~ Einbauspiel in der zugehörigen Bohrung (8,9,10) eingesetzt sind.
9. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulik-Fluid zugleich als Spülflüssigkeit verwendet ist, wobei in dem Werkzeugkopf (4) zumindest ein zur Bearbeitungsseite offener Spülkanal (40) geringen Querschnittes vorgesehen ist, der mit einem das Hydraulik-Fluid führenden Kanal (14) verbunden ist.
10. Werkzeug nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Werkzeugkopf (4) Ausströmdüsen (42, 44) zum Messen des Durchmessers der zu bearbeitenden zylindrischen Bohrungen nach dem Staudruck-Messverfahren angeordnet sind und daß die Zuleitung des Mediums durch innerhalb des Kanals (14) für das Hydraulik-Fluid verlaufende Leitungen (50, 52) erfolgt.