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Dornhonwerkzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Dornhonwerkzeug nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Durch die DE-AS 24 60 997 ist ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bekanntgeworden. Das Dornhonen hat sich aufgrund des Vorschlages dieser
DE-AS einen festen Platz unter den Methoden zur Präzisionsbearbeitung von Bohrungen,
insbesondere von Großserienteilen, erworben.
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Es ermöglicht, mit einem Arbeitsdurchgang durch die Bohrung eine für
Präzisionsbearbeitungen erhebliche Spanabnahme in der Größenordnung mehrerer hundertstel
Millimeter und trotzdem eine Genauigkeit in Bezug auf Durchmesser und Rundheit in
der Größenordnung um eintausendstel Millimeter.
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Trotzdem werden Werkzeugstandzeiten von zahlreichen tausend Werkstücken
erreicht, und eine Nachstellung des Werkzeugdurchmessers ist ebenfalls erst nach
mehreren hundert. oder tausend Arbeitszyklen notwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches
Dornhonwerkzeug
in Bezug auf seine Standfestigkeit und Bearbeitungsprazision weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bisher waren die im wesentlichen zylindrischen FUhrungszonen oder
-abschnitte entweder, beispielsweise im Bereich der vorderen Führungszone, mit einem
Schneidbelag belegt oder bestanden einfach aus der Oberfläche des meist rohrförmigen
Werkzeugkörpers. Es konnte daher vorkommen, daß zwar der Schneidbelag eines Werkzeuges
noch intakt war, jedoch die Führungszonen Abnutzungen aufwiesen, die zu einer ungenauen
Führung des Werkzeuges in der Bohrung führen konnten. Auch ein Fressen durch sich
in die Führungsoberfläche eingrabende Späne oder Schleifkörperpartikel könnte eintreten.
Durch den Panzerungsbelag wird dies vermieden. So kann beispielsweise ein bei der
unbearbeiteten Bohrung vorliegender Grat bereits im Bereich des Panzerungsbelages
weggedrängt werden, ohne daß es zu einem Fressen zwischen Werkzeugkörper und Werkstückoberfläche
kommt. Von besonderer Wichtigkeit ist außer der vorderen Führungszone, die sich
in der unbearbeiteten Bohrung führt und das Werkzeug in die richtige Schneidposition
bringt, auch die sich auf der entgegengesetzten Seite des Schneidbereiches, also
zum Maschinenantrieb hin, anschließende Führungszone. Da das Dornhonwerkzeug ganz
durch die Bohrung hindurchgefahren wird, bleibt in diesem Bereich das Werkzeug zumindest
kurze Zeit axial stehen, dreht sich meist aber noch weiter. Hier tritt also auch
eine gewisse Abnutzung ein, die durch eventuell noch, vorliegende Schleifmittelrückstände
vergrößert werden könnte.
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Außer einer unerwünschten Einwirkung auf die WerkstUckoberfläche
würde
eine Abnutzung und Durchmesserverringerung in dieser Führungszone zu einer ungenauen
Ausrichtung des Werkstücks führen, so daß dann beim Rückhub des Werkzeuges, der
zu einer Nachbearbeitung ohne wesentlichen Werkstoffabtrag durchgeführt wird, ein
gegebenenfalls ungenauer Beginn des Schneidens im Bereich der äußeren Kanten der
Werkstückbohrung eintreten könnte, die zu sog.
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Vorweiten, d.h. einer Erweiterung der Werkstückbohrung an ihrem Ende,
führen könnte. Da das Dornhonen es ermöglicht, Werkstückbohrungen besonders frei
von solchen Vorweiten zu bearbeiten, ist es besonders wichtig, diese Freiheit von
Vorweiten auch nach längerer Benutzungsdauer der Werkzeuge zu gewährleisten.
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Der harte Werkstoff kann vorzugsweise aus Diamant bestehen.
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In Bezug auf Härte ist dies bekanntlich der optimale Werkstoff. Man
sollte allerdings bei Diamantpartikeln annehmen, daß sie zu einer reinen Panzerung
weniger geeignet sind, weil sie meist nicht ohne Schneidkanten herstellbar sind.
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Es hat sich aber gezeigt, daß die Diamantpartikel mit einer Korngröße
bei oder unter D 30 (Durchmesser unter 3/100 Millimeter) bei der vorgesehenen Verwendung
keine wesentliche Schneidwirkung haben, insbesondere bei hoher Konzentration.
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Es ist jedoch auch möglich, die Oberfläche des Panzerungsbelages gegenüber
dem Schneidbelag etwas zurückzuversetzen, vorzugsweise nur in der Größenordnung
von tausendstel Millimetern. Dabei kann die Oberfläche des Panzerungsbelages an
den Schneidbelag stufenlos, jedoch mit einer geringfügigen Durchmesserverringerung,
anschließen.
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Es ist dabei häufig nicht notwendig, den Werkzeugkörper in seiner
Vorbearbeitung entsprechend zu präparieren. Durch die Wahl unterschiedlicher Korngröße
ergibt sich
automatisch ein Durchmessersprung, wenn für den Panzerungsbelag
eine geringere Korngröße gewählt wird als für den Schneidbelag.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn der Panzerungsbelag
im Vergleich zu einem normalen Schneidbelag ~eine hohe Partikelkonzentration aufweist
und vorzugsweise mit galvanischer Bindung aufgebracht ist. Obwohl man annehmen sollte,
daß die Schneidwirkung bei hoher Diamantkonzentration besonders hoch ist, hat es
sich erwiesen, daß die Panzerungseigenschaften im Vergleich zu den Schneideigenschaften
bei dieser hohen Konzentration überwiegen.
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Der Panzerungsbelag ist für jede der Führungszonen geeignet.
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Er kann, wie bereits beschrieben, in der an die zylindrische Zone
zum antriebsseitigen Ende hin anschließenden Führungszone aufgebracht sein und wirkt
sich dort ganz besonders vorteilhaft für die genaue Führung in der bereits fast
fertig bearbeiteten Bohrung aus, in der die Hauptzerspanung schon vorgenommen ist.
Er kann jedoch auch im Bereich des zylindrischen Führungsabschnittes aufgebracht
sein. In dieses Zusammçnhang sei bemerkt, daß in der DE-AS 24 60 997 bereits beschrieben
ist, daß sich in diesem Bereich ein Schneidbelag befinden kann. Statt oder zusätzlich
zu diesem Schneidbelag kann der Panzerungsbelag aufgebracht sein.
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Ferner ist es auch möglich, daß sich, vom freien Ende des Werkzeugs
aus gesehen, vor dem zylindrischen Führungsab schnitt noch eine Führungszone befindet,
auf die ein Panzerbelag vorteilhaft aufgebracht werden kann. Dieser dient einerseits
zur Führung des Werkzeugs in der vorbearbeiteten Bohrung und andererseits zum Schutz
dieser Führungszone vor Graten oder anderen schädlichen Einflüssen, beispielsweise
Schneidmittelbruchstücken,
die von der Vorbearbeitung her noch vorhanden sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung
und den Zeichnungen hervor, wobei die Merkmale der Erfindung jeweils für sich allein
oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung
verwirklicht sein können. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wir im folgenden näher erläutert.
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Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Seitenansicht eines Dornhonwerkzeuges
nach der Erfindung.
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In der Zeichnung sind die Durchmesserunterschiede zwischen den einzelnen
Zonen, die in Wirklichkeit nur wenige hundertstel Millimeter betragen, der Deutlichkeit
halber übertrieben dargestellt.
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Das Dornhonwerkzeug 11, das in der Zeichnung dargestellt ist, besitzt
einen rohrförmigen, metallischen Werkzeugkörper 14, in dessen Innerem ein nicht
dargestellter Aufweitkegel von einer Nachstellstange 25 verschiebbar ist. In dem
Werkzeugkörper befindet sich ein Schlitz 21, der den von dem Schlitz eingenommenen
Bereich des Werkzeugs unter Einwirkung des Aufweitkegels in seinem Durchmesser einstellbar
macht. Bezüglich des Aufweitmechanismus und der sonstigen Einzelheiten des Werkzeuges
wird auf die DE-AS 24 60 997 Bezug genommen.
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Die Aufweitstange 25 wird vorzugsweise von einer vom bei tätigungsseitigen,
in der Zeichnung oberem Ende vorgesehenen Einstelivorrichtung aus betätigt, die
vorzugsweise aus
einem Gewinde 62 und einem von der Antriebsmaschine
her drehbaren Einstellkörper 61 besteht, der sich in das Gewinde 62 einschraubt
und dabei auf die Aufweitstange 25 drückt.
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Auf der Werkzeugoberfläche sind, von dem freien unteren Ende 15 beginnend,
folgende Zonen vorgesehen: - eine vordere FUhrungszone 70, die zylindrisch ist und
einen später noch im einzelnen erläuterten Panzerungsbelag 71 aufweist, - ein Führungsabschnitt
18, der mit einem Schneidbelag 72 versehen ist, - eine konische Schneidzone, die
sich von dem Führungsabschnitt 18 aus erweitert und ebenfalls mit einem -Schneidbelag
72 versehen ist, - eine zylindrische Zone 20 mit etwas größerem Durchmesser als
die Zonen 70, 18, ebenfalls mit einem Schneidbelag 73 versehen, jedoch mit etwas
geringerer Körnung, und - eine zylindrische Führungszone 14, die wiederum mit einem
Panzerungsbelag 71 versehen ist. Diese Zone kann sich bis zum oberen Ende des Werkzeugs
erstrecken, braucht aber im wesentlichen nur so lang zu sein, daß sich das Werkzeug
in einer Werkstückbohrung ausreichend führen kann.
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Die Schneidbeläge können in an sich bekannter Weise aus Schleifmittelpartikeln
bestehen, die auf den rohrförwigen Werkzeugkörper aufgebracht sind, und bestehen
vorzugsweise aus Diamantkörnern, die galvanisch, beispielsweise mit Chrom-oder Nickel-Bindung,aufgebracht
sind. Ihre Körnung ist entsprechend
dem zu bearbeitenden Material
> der Bearbeitungszugabe und den erforderlichen Genauigkeitswerten, insbesondere
bezüglich der Oberflächenrauhigkeit, bemessen.
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Der Panzerungsbelag 71 besteht ebenfalls aus Diamantpartikeln, die
jedoch mit besonders hoher Diamantkonzentration versehen ist und eine sehr geringe
Körnung aufweist. Die Korngröße sollte unter D 30 (Korngröße 3/100 Millimeter) liegen.
Konzentration und Korngröße können unterschiedlich sein sollten aber so bemessen
sein, daß keine wesentliche Schneidwirkung mehr auftritt. Es können auch andere
Partikel aus extrem harten Materialien verwendet werden.
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Obwohl es sich herausgestellt hat, daß Diamant trotz der Tatsache,
daß er sowohl als natürlicher als auch als synthetischer Diamant zahlreiche Schneidkanten
hat, auch als Panzerungsmaterial mit den beschriebenen Eigenschaften wirken kann,
wäre natürlich ein Material, das eine weitgehend schneidenfreie Körnchenstruktur
bei entsprechender Härte hat, ebenfalls gut geeignet. Ideal wäre ein Werkstoff,
dessen Partikel eine kugelähnliche Struktur haben, sofern sich diese gut in die
Bindungsschicht einlagern lassen und nicht zum Ausbrechen neigen.
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Zusätzlich oder anstelle der nicht wesentlich schneidenden Struktur
des Panzerungsbelages kann seine Schneidwirkung auch dadurch im wesentlichen verhindert
werden, daß die Oberfläche des Panzerbelages im Durchmesser gegenüber einem benachbarten
Schneidbelag im Durchmesser zurückversetzt ist.
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Hier darf natürlich im Sinne einer guten Führung der Der satz lediglich
in der Größenordnung von tausendstel Millimetern liegen, weil anderenfalls keine
genaue Führung des Werkzeugs in der Bohrung mehr nötig ist. Die Durchmesserverringerung
sollte zumindest so groß sein, wie sie einer eventuellen Rückfederung des Werkzeuges
oder Werkstücks
entspricht, damit auch vor dem zweiten Durchgang
der zylindrischen Zone 20 durch das Werkstück die Führungszone 14 nicht schneidet.
Besonders vorteilhaft sind hier beide Maßnahmen (Durchmesserverringerung und nichtschneidende
Oberfläche), wenn sie gleichzeitig angewendet werden.
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Es ist noch zu bemerken, daß der Schlitz 21 über die konische Schneidzone
19 und die zylindrische Zone'20 hinwegreicht. Während im Bereich der zylindrischen
Zone 20 der Werkzeugkörper von innen versteift ist, so daß er dort absolut unnachgiebig
auf der entsprechenden Einstellung verharrt, kann er im Bereich der konischen Zone
19 etwas elastisch nachgiebig ausgebildet sein, indem dort die Abstützung nicht
vorgenommen ist, so daß eine gewisse automatische Anpassung an unterschiedliche
Gegebenenheiten, beispielsweise unterschiedliche Bearbeitungszugaben etc., erfolgen
kann. Im Bereich der konischen Zone 30 hat der Schneidbelag 72 in Umfangsrichtung
verlaufende Nuten, um diese Zone besonders gut für eine Schneid- und Kühlflüssigkeit
zugänglich zu machen und eine Späneabfuhr zu gewährleisten.
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Obwohl der Schlitz 21 auch bis in den Bereich der Führungszonen 14,
70 reichen könnte, brauchen diese Zonen normal er weise nicht aufgeweitet zu werden,
weil sie durch den Panzerungsbelag in ihrem Durchmesser nicht veränderlich' sind,
also keiner wesentlichen Abnutzung unterliegen.
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Die Ausführung des Werkzeugs als rohrförmiger geschlitzter Körper
ist besonders vorteilhaft, wobei die Beläge g?lvanisch direkt auf den Werkzeugkörper
aufgebracht werden können. Bei anderen Forderungen ist es jedoch auch möglich, die
Beläge auf einzelne Leisten aufzubringen, die
unmittelbar oder
mittelbar am Werkzeugkörper angebracht sind.
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Die Wirkungsweise des Werkzeugs ist wie folgt: Das Werkzeug wird in
eine auf den Durchmesser der Führungszonen bzw. -abschnitte 70, 18 vorbearbeitete
Werkstückbohrung eingeführt, wobei die vordere Führungszone 70 sich in der Bohrung
führt, störende Grate von der Vorbearbeitung abschert und aufgrund seiner gepanzerten
Oberfläche dafür sorgt, daß diese nicht störend in Erscheinung treten. Die Führungszone
mit dem Panzerungsbelag könnte sich auch zusätzlich über den Abschnitt 18 hinweg
erstrecken, denn eine wesentliche Schneidwirkung tritt erst im konischen Schneidbereich
19 ein, der sich von dem Vorbearbeitungsdurchmesser bis zum Fertigdurchmesser erstreckt.
Der Fertigdurchmesser wird durch die zylindrische Zone 20 repräsentiert, die, wie
die übrigen Zonen auch, vorteilhaft erheblich länger ist als der Werkstückdurchmesser,
so daß das Werkstück von dieser zylindrischen Zone bis auf seinen Fertigdurchmesser
bearbeitet wird. Das Werkzeug wird soweit durch die Werkstückbohrung hindurchgefahren,
daß die Zonen 17, 18, 19, 20 herausragen und das Werkzeug nur noch von der Führungszone
14 geführt wird, die ebenfalls mit dem Panzerungsbelag 71 versehen ist. Dieser sorgt
dafür, daß das Werkzeug bei dem nachfolgenden Rückwärtshub sauber und ohne Verkantungen
oder ungleichmäßigen Werkstoffabtrag wieder mit seiner zylindrischen Zone 20 in
die Bohrung einfährt. Während des Axialhubes wird das Werkzeug selbstverständlich
auch gedreht, und zwar mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die vorteilhaft im 10-
bis 50-fachen der Hubgeschwindigkeit entspricht. Dies kann in Abhängigkeit von dem
Werkstoffabtrag und dem erwünschten Kreuzungswinkel der Schleifspuren gewählt werden.
Auf jeden Fall ist, wie überhaupt beim Dornhonen,die Axialkomponente klein gegenüber
der Umfangskomponente. Die Bearbeitung
erfolgt in einem einzigen
Hin- und Rückhub des Werkzeuges bis auf das endgültige Maß und die endgültige Oberflächenbeschaffenheit.
Bei Werkstoffabträgen in der Größenordnung von bis zu mehreren hundertstel Millimetern
können Rundheiten, Oberflächenrauhigkeiten und Maßgenauigkeiten in der Größenordnung
von unter einem Tausendstel Millimeter erzeugt werden, wobei das Werkzeug mit einer
einzigen, festen Durchmessereinstellung mehrere hundert Werkstücke bearbeiten kann,
bevor es nachgestellt wird. Die Gesamtstandzeit ist dementsprechend hoch.
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