DE3344709A1 - Verfahren zum entgraten von metallischen werkstueckraendern - Google Patents

Description

• Verfahren zum Entgraten von metallischen
• Werkstückrändern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten von metallischen Werkstückrändern nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Energiereiche Strahlen, wie beispielsweise Ladungsträgerstrahlen oder Laserstrahlen können bei der Metellbearbeitung als berührungslose, abnutzungsfreie Werkzeuge für die unterschiedlichsten Bearbeitungsvorgänge, beispielsweise Bohren, Trennen, Härten, Umschmelzen, Schweißen usw. eingesetzt werden. Die hohe, in einem Punkt eines Werkstücks konzentrierbare Strahlungsdichte führt zu einer intensiven Erhitzung des bestrahlten Bereichs.
• Soll beispielsweise zum Trennen Material abgetragen werden, wird durch Hitzeeinwirkung entlang der Trennfuge Material verdampft.
• Aus der DE-OS 29 48 057 geht das Umschmelzen des Randes einer Brennraummulde eines Kolbens mittels Ladungsträgerstrahlen als bekannt hervor. Die Energiestrahlen werden so geführt, daß sie den entsprechenden Werkstückbereich oszillierend überdeckend überstreichen. In einem ähnli- chen in der Schrift zitierten Verfahren kann der Ladungsträgerstrahl auch kreisförmig oder elliptisch schwingend vorgesehen sein. Das Verfahren betrifft jedoch das Umschmelzen und nicht das Entgraten von Werkstücken.
• Bei der Bearbeitung von metallischen Werkstücken entstehen oftmals gratige Kanten, die vor einer Weiterbearbeitung oder vor dem Zusammenbau mit anderen Teilen entfernt werden müssen. Je nach Verlauf der Kante und auch nach ihrer Zugänglichkeit sind die unterschiedlichsten Spezialwerkzeuge erforderlich. Beispielsweise werden zum Entgraten von Bohrlochrändern vorzugsweise kegelförmige Werkzeuge eingesetzt mit einer spanabnehmenden Kegeloberfläche. Die Bearbeitungsflächen oder Schneidkanten der Werkzeuge sind dem Verschleiß ausgesetzt. Es entstehen dadurch laufend Kosten durch Werkzeuginstandhaltung. Bei mechanischem Entgraten fallen außerdem Späne an, von denen das Werkstück mühevoll wieder befreit werden muß, da beispielsweise Lagerflächen absolut frei von Spanablagerungen sein müssen. Bei mechanischer, spanender Bearbeitung treten ferner am Werkstück Sekundärgrate auf, die oft unerwünscht sind und deshalb in einem weiteren Arbeitsgang, beispielsweise durch Schleifen entfernt werden müssen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, nach welche Grate unterschiedlichster Ausbildung und in schwierig zugänglichen Lagen mit ein und demselben, und zwar verschle#ißfreien Werkzeug entfernt werden können und nach welchem Verfahren anschließende zeitaufwendige Arbeitsgänge entfallen.
• Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die gebündelten Energiestrahlen wird in einem mehr oder minder großen, durch den Fokusdurchmesser begrenzten Bereich des Werkstücks, in dem sich auch der Grat oder ein Teil des Grates befindet, Wärmeenergie zugeführt. Scharfkantig hervorstehende Erhebungen und Kanten von Werkstücken können die Wärme wegen der geringen Wärmedurchgangsfläche zum Trägermaterial nur schlecht ableiten, weshalb sie aufgeschmolzen und verdampft werden, bevor sonstige unvermeidbar mitbestrahlte Werkzeugteilflächen zu stark erhitzt werden. Da die Energiestrahlen als berührungsfreies Werkzeug, die mit einfachen Mitteln auf den jeweiligen Ort gelenkt werden können, keinem Verschleiß unterliegen und keine Späne erzeugen, entfallen entsprechende Arbeitsgänge, die auf Werkzeug und Werkstück gerichtet sind.
• Vorteilhaft ist, daß auf teuere, dem jeweiligen Bearbeitungsort und der Bearbeitungsart anzupassenden Spezialwerkzeuge verzichtet werden kann, da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur noch eine dem Gratverlauf entsprechende Energiestrahlsteuerung oder Werkstückausrichtung vorzunehmen ist. Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung gibt es keine Unterbrechung des Arbeitsablaufs durch Austausch von verschlissenem Werkzeug. Ferner entstehen keine Kosten durch zeitaufwendiges Wiederinstandsetzen und zeitaufwendiges Nacharbeiten des Werkstücks, da weder Sekundärgrate entstehen können noch sich Späne am Werkzeugstück festsetzen können.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigen: Figur 1 eine Schnittansicht des Pleuelauges einer Pleuelstange mit einer in der Lagerfläche mündenden Bohrung mit gratigen Rändern, sowie dem durch Spiegel umgelenkten Strahlenverlauf gebündelter Energiestrahlen, Figur 2 eine Ansicht des Pleuelauges entlang Schnittlinie II-II der Figur 1, mit der unterbrochen gezeichneten Bahn des Fokus entlang dem in dieser Ansicht elliptischen Bohrungsrandverlauf.
• In der Lauffläche 4 des Pleuelauges 1 einer Pleuelstange mündet, wie in Figur 1 dargestellt, eine Bohrung 2, deren Rand 3 nach dem Bohrvorgang gratig in die Lauffläche 4 hineinragt. Gebündelte Energiestrahlen 5, die vorzugsweise einer Laser-Lichtquelle 6 entstammen, die bereits enggebündeltes Licht aussendet, treffen zunächst auf einen Hohlspiegel 7 zur weiteren Bündelung. Im weiteren Verlauf des nunmehr konvergenten Lichtbündels befinden sich zwei bewegliche Umlenkspiegel 8, 9, durch deren geeignete Bewegungen der Brennfleck 10 auf jeden beliebigen Abschnitt des Bohrlochrandes ausrichtbar ist. In der dargestellten Anordnung fällt das energiereiche Lichtbündel 5 senkrecht von oben auf den Bohrlochrand 3 des Pleuelauges 1. Die Pleuelstange ist entsprechend gedreht gehaltert, so daß das Lichtbündel in das Pleuelauge hineinfallen kann. In Richtung der Energiestrahlen 5, d.h. in der Draufsicht auf die Lauffläche 4 des Pleuelauges 1 entlang der Schnittlinie II-II besitzt die Bohrung 2 einen elliptischen Randverlauf. Der Fokusdurchmesser des Lichtbündels überdeckt nur einen Teil des möglicherweise gratbehafteten Bereiches und wird deshalb innerhalb der unterbrochen gezeichneten elliptischen Ringbahn 11 entlang des elliptisch erscheinenden Bohrungsrandes geführt.
• Die entsprechende Bewegung für das Hinwegführen des Lichtbündels entlang einer elliptischen Bahn erfolgt durch in Phase und Amplitude entsprechend abgestimmte Spiegelbewegungen der beiden ebenen Umlenkspiegel 8, 9 um zueinander senkrechte Achsen bei gleichen Frequenzen. Eine entsprechende Vorrichtung ist durch relativ einfache Mittel zu bauen. Der besondere Vorteil, die gebündelten Energiestrahlen 5 entlang des Grates zu führen, liegt darin, daß nur dort Energie eingebracht wird, wo sie auch tatschlich gebraucht wird. Entsprechend niedrig ist die aufzubringende Leistung und die Erwärmung benachbarter Teile des Werkstücks zum Grat. Es werden dadurch Verzüge und Materialveränderungen in größerer Umgebung des Grates vermieden. Bei geringeren Strahl leistungen hält sich im übrigen die Wärmebelastung der Umlenkspiegel in Grenzen. Das Umfahren des Grates erfolgt am besten mehrfach, d.h. in oszillierender Weise auf immer derselben Bahn. Bei diesem Vorgehen wird der Grat gleichmäßig erwärmt und sicher entfernt. Zwar ist es auch denkbar, bei sehr kleinen Brennpunktsdurchmessern, die den Grat in der Breite nicht vollständig überdecken, spiralförmig sich verkleinernde Ringbahnen zu ziehen, jedoch steigt dann der Steueraufwand für die Spiegelbewegungen.
• Da die Lage der Bohrung 2 und damit der Mündungsbereich in der Lauffläche 4 herstellungsseitig Toleranzen unterworfen ist, ist es bei geringem Steueraufwand zweckmäßig den Fokusdurchmesser entsprechend groß zu wählen. Da der Abstand in Strahlrichtung zu einzelnen Punkten des Randes 3 der Bohrung 2 unterschiedlich groß ist, ist für eine entsprechende Tiefenschärfe zu sorgen,die beispielsweise durch Anordnung von Linsen mit langer Brennweite in Strahlverlauf erreicht werden kann. Unter diesen Voraussetzungen lassen sich teuere,präzise Steuerungen vermeiden. Das Entfernen des Materials wird gegebenenfalls durch den mechanischen Druck eines Gasstroms unterstützt.
• Anstatt exakt dem Grat zu folgen, bönnte die Bohrung auch innerhalb eines Bereiches liegen, der vom Energiestrahlbündel zeilenweise überstrichen wird. Dieser Bereich wird vorzugsweise eine rechteckige Fläche sein.
• Bei ebenso großer Leistung des Energiestrahlbündels wie beim Umfahren des Grates werden die optischen Einrichtungen bezüglich der Wärmebelastung geschont. Jedoch ist die aufgewandte Gesamtenergie wesentlich größer, da der Bereich während einer größeren Zeitdauer überstrichen wird. In diesem überstrichenen Bereich liegen auch Zonen, die unnötigerweise mit aufgeheizt werden.
• Als weitere, jedoch vom Energiehaushalt und vom Entgratergebnis ungünstigste Lösung ist es, den Fokusdurchmesser so groß zu wählen, daß bei stillstehendem Energiestrahlbündel der gesamte Gratbereich überdeckt ist. Der größte Teil der Strahlenergie fällt dann jedoch zur Gratentfernung ungenutzt in das Loch der Bohrung 2, bzw.
• erwärmt das Werkstück unerwünschterweise in der Umgebung des Grates.
• Selbstverständlich können auf ähnliche Weise auch andere Gratausbildungen als elliptische oder kreisrunde, beispielsweise längliche Grate entfernt werden. Es sind jeweils nur entsprechende Bewegungen der gebündelten Energiestrahlen 5 auszuführen. Vorteilhaft ist auch, daß geeignete Spiegel-oder Werkstückstellungen es auf einfache Weise ermöglichen schwer zugängliche Bereiche erreichbar zu machen.
• Mit dem Abdampfen des<'.Grates ist der Entgratvorgang völlig abgeschlossen , d.h. es sind keine weiteren Arbeitsgänge wie das Säubern des Werkstücks oder Nachschleifen von Sekundärgraten erforderlich. Das entgratete Werkstück ist lediglich zu entfernen und das folgende am entsprechenden Ort zu positionieren.

Claims (6)

1. Patentansprüche f-n W Verfahren zum Entgraten von metallischen Werkstückrändern durch Abtragen von Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Grate durch Einwirkung gebündelter energiereicher Strahlung ve#rdampft oder abgeschmolzen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleck (10) der gebündelten Energiestrahlen (5) den gratbehafteten Bereich des Werkstücks völlig überdeckt und stillsteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gratbehaftete Bereich innerhalb einer definierten, vorzugsweise rechteckigen Fläche zeilenweise überstrichen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiestrahlen (5) entlang des Grates geführt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiestrahlen (5) oszillierend geführt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über den Ort der Strahlungseinwirkung ein Gasstrom geführt wird.