DE4440713C2 - Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen an Gußeisenteilen, insbesondere von Zylinderlaufbahnen von Brennkraftmaschinen, sowie Honwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Honwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 0 065 645 B1, C25F 3/06, in der Weise bekannt, daß die betreffende Fläche mecha­ nisch durch Honen bearbeitet sowie einem elektrochemischen Abtragen unterzogen wird; anschließend erfolgt ein mechanisches Reibplattieren. Dabei ist auch der Einsatz eines Honwerkzeugs erwähnt, das sowohl als Elektrode und damit zum elektroche­ mischen Abt ragen als auch zur mechanischen Bearbeitung durch Abtragen ausgebildet ist. Wie dort ausgeführt, dient das elek­ trochemische Ätzen der herzustellenden Gleitfläche dem Entfernen des beim Honen aufgeschmierten Grundgefüges. Wie dort weiter dargelegt, entstehen bzw. verbleiben auch bei der Kombination der elektrochemischen Bearbeitung mit dem Honen durch die Wir­ kung der mechanisch arbeitenden Honsteine Verquetschungen der Graugußoberfläche. Eine derartige Oberflächenstruktur ist aber für die tribologischen Verhältnisse bei Gleitpaarungen ungün­ stig. Zur Beseitigung dieser Nachteile wird dem elektroche­ mischen Honen ein mechanisches Reibplattieren nachgeschaltet, das als ein Reiben mit gleichzeitigem Plattieren beschrieben wird, das in einem Abtragen des vorstehenden Graphits ohne Zuschmieren von Taschen, in einem Abreiben von Oberflächen­ bestandteilen des Grundmaterials, vor allem Mischkristallen, und in einem anschließenden Aufplattieren dieser Oberflächen­ bestandteile gesehen wird.

Wie sich gezeigt hat, können dabei Fälle auftreten, in denen durch die elektrochemische Flüssigkeitsbehandlung gebildete Korrosionsrückstände im Mikrobereich unter oder an der Ober­ fläche nicht herausgelöst werden; sie werden dann im Betrieb der betreffenden Gleitfläche, also beispielsweise im Betrieb einer Brennkraftmaschine, herausgelöst und führen zu einer Vergröße­ rung des Schmiermittelverbrauchs und einem erhöhten Verschleiß des Gleitpartners, beispielsweise eines Kolbenrings.

Aus der DE 34 27 770 C1, ist ein Verfahren zum Her­ stellen von Laufflächen aus Grauguß bekannt, bei dem unter Ver­ zicht auf ein mechanisches Honen zwischen ein elektrolytisches Abt ragen und ein Reibplattieren ein Flüssigkeitsstrahlen einge­ schoben wird. Dieses soll der Entfernung von Rückständen aus der elektrochemischen Bearbeitung und dem Abtragen gelockerten Ge­ füges dienen. Demgegenüber geht die Erfindung von einem Verfah­ ren aus, dessen erster Schritt in einem mechanischen Honen besteht. Dabei entstehen oberflächlich Metallflitter, die im späteren Betrieb äußerst schädlich sind.

Aus der EP 0 169 984 A2 ist ein Verfahren zur Laufflächenbehandlung in einem Zylinderblock bekannt, bei dem nach einem Honen eine Flüssigkeitsstrahlbehandlung mit ca. 600-800 bar erfolgt. Hieran schließt sich als mechanische Nachbehandlung ein Reibplattieren an. Durch das Hochdruckstrahlen wird der Blechmantelanteil, der sich beim Honen bildet, auf etwa 75-65% verringert. Das anschließende Reibplattieren ist ein Honen mit einer sehr feinen Körnung, so daß die beim Hochdruckstrahlen erhaltenen Poren in der Laufflächenoberfläche nicht mehr verschlossen werden. Das Reibplattieren ist optional, seine Auswirkung auf die Zylinderlauffläche ist nur sehr minimal. Durch eine Vergröberung der Körnung könnte zwar die Auswirkung größer sein, hierdurch bekäme man jedoch wieder einen erhöhten Blechmantelanteil. Mit dieser Bearbeitung wird zwar eine Verbesserung gegenüber dem reinen Honvorgang erreicht, die erhaltene Zylinderlaufbandoberfläche ist jedoch weiterhin verhältnismäßig rauh.

Aus der DE 37 19 796 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen von Zylinderlaufflächen bekannt, bei dem wieder zuerst die Zylinderlauffläche gehont wird. Anschließend wird die gehonte Fläche hochdruckgestrahlt und gebürstet. Das Hochdruckstrahlen erfolgt hier mit einem Druck von 100-700 bar. Auch hier sind die Ergebnisse so, daß ein entsprechendes Verfahren keine bedeutende kommerzielle Verbreitung finden konnte, da das Bürstwerkzeug bei dem üblicherweise eingesetzten Strahldruck von 400 bar aufwärts eine noch geringere Wirkung zeigt als das oben beschriebene Reibplattieren. Dies gilt auch für den Fall, daß das Bürsten gleichzeitig mit dem Hochdruckstrahlen erfolgt. Auch bei einem niedrigeren Druck ist die Bürste nicht geeignet, Grate einzuebnen, sondern sie schmiert vielmehr Löcher zu, so daß nur scheinbar eine niedrige Rauhigkeit erreicht wird, die sich jedoch beim Einlaufen der Kolben in den Zylindern durch Freiwaschen der zugeschmierten Rillen und Vertiefungen wieder verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Wahrung der Vor­ teile des diskutierten Standes der Technik ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, das hinsichtlich der Beseitigung von Metallflittern sowie hinsichtlich des Fertigungsaufwands opti­ miert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen des Verfahrens beschreiben die Ansprüche 2 bis 4, während Gegenstand des Anspruchs 5 ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also bewußt eine che­ misch und elektrochemisch inaktive Flüssigkeit verwendet, bevor­ zugt eine Flüssigkeit, die als Schmier- und/oder Kühlflüssigkeit bereits bei der mechanischen Bearbeitung, insbesondere durch Honen, Einsatz fand. Wie sich gezeigt hat, erfolgt durch dieses Druckstrahlen eine erwünschte Beseitigung von während des Honens entstandenen Metallflittern von der zu bearbeitenden Fläche, wobei außerdem das Entstehen der Metallflitter beim Honen durch die laufende Reinigung der Honleisten bzw. Honsteine durch eben diese Flüssigkeitsbehandlung verringert ist. Ein Vorteil der Erfindung ist also in einer Erhöhung der Standzeiten der Hon­ werkzeuge zu sehen. Auch treten infolge der Verwendung elektro­ chemisch unwirksamer Flüssigkeiten keine Entsorgungsprobleme auf.

Der wesentliche metallurgische Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Kombination der Verfahrensschritte Flüssigkeitsstrah­ len und Reibplattieren Schmiertaschen in der zu bearbeitenden Oberfläche offengelegt werden, die in ihrer Gesamtheit ein Mikrodruckkammersystem bilden, das die erforderliche hydrody­ namische Schmierung im Betrieb der Gleitfläche gewährleistet. Dadurch wird eine Verringerung der Oberflächenrauheit, insbe­ sondere des Rpk-Wertes, aber auch des Rvk-Wertes, möglich. Daraus resultieren im Betrieb der Gleitfläche ein geringer Anfangs- und Langzeitölverbrauch, geringere Ölverschmutzung und daraus geringerer Verschleiß sowie ein höherer Wirkungsgrad infolge verringerter Reibverluste. Hochwertige und kosteninten­ sive Kolbenringbeschichtungen erübrigen sich.

Im einzelnen läßt sich das Entstehen des Mikrodruckkammersystems dadurch erklären, daß während der mechanischen Honbearbeitung kleine Materialausbrüche, gesteuert über Ti-Karbide und Ti-Nitride, ausgebildet werden, die je nach dem Maß der Blechman­ telbildung bereits während der Bearbeitung wieder zugeschmiert werden. Durch die Kombination von Flüssigkeitsstrahlen und Reibplattieren wird das Offenlegen dieser "Materialgrübchen" unter Plateaubildung erreicht. Dies tritt bei der bekannten elektrochemischen Behandlung nicht ein.

Abschließend kann man sagen, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren Gleitflächen herstellbar sind mit Eigenschaften, die früher Gleitflächen erst im eingelaufenen Zustand aufwiesen, und zwar bei Verwendung von Diamanthonleisten, die eine erheblich höhere Standzeit als keramische Honleisten haben.

Wie bereits dargelegt, ist im Hinblick auf eine fortlaufende Reinigung der Honwerkzeuge und damit auch eine Verringerung der Flitterbildung die Zusammenfassung der Honbearbeitung mit der Flüssigkeitsstrahlbearbeitung vorteilhaft. Ein entsprechendes Werkzeug wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 einen Längsschnitt und deren

Fig. 2 den in Fig. 1 bei II-II angedeuteten Querschnitt wiedergeben.

An der mit einem Dreh- und Schiebeantrieb versehenen Werkzeug­ aufnahme 1 ist die Honspindel 2 festgelegt, die mit beispiels­ weise vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Honleisten­ trägern 3 versehen ist; die Honleistenträger 3 sind mit Honleisten 4 bestückt. Zur Zuführung von Schmier- und/oder Kühl­ flüssigkeit sind Längskanäle 5 vorgesehen. Die Honleisten 4 können also mittels des erwähnten Antriebs in Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung bewegt werden, wobei sie auf der nicht gezeichneten zu bearbeitenden Oberfläche gleiten.

Zwischen den Honleistenträgern 3 erkennt man Düsenleisten 6, die auf die zu bearbeitende Oberfläche ausgerichtete Düsen 7 besit­ zen. Diese Düsenleisten 6 und damit die Düsen 7 werden über Kanäle 8 in Werkzeugaufnahme 1 und Honspindel 2 mit unter einem Druck von größenordnungsmäßig 100 bar stehender Flüssigkeit gespeist, der im Hinblick auf die Entfernung entstandener Metallflitter gewählt ist. Die Kanäle 8 setzen sich in den Düsenleisten 6 in Längskanäle 9 fort, die Abzweigungen zu den einzelnen Düsen 7 besitzen.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Verfahren so­ wie ein Werkzeug geschaffen, das mit einfachen, keine Entsorgung erfordernden Mitteln Gleitflächen mit Eigenschaften zu erzeugen gestattet, die von Anfang an den Eigenschaften eingelaufener Gleitflächen entsprechen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen an Bauteilen aus Gußeisen, insbesondere von Zylinderlaufbahnen von Brennkraftmaschinen, bei dem die betreffenden Flächen einer mechanischen, einer mit einer chemisch und elektrochemisch inaktiven Flüssigkeit erfolgenden Bearbeitung und danach einer Oberflächenbehandlung durch Reibplattieren unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung mit Flüssigkeit als Strahlen mit einem im wesentlichen nur zur Flitterentfernung geeigneten Druck von größenordnungsmäßig 100 bar erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlen mit einer Flüssigkeit erfolgt, die bei der mechanischen Bearbeitung als Schmier- und/oder Kühlmittel dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlen gleichzeitig mit der mechanischen Bearbeitung erfolgt.

4. Honwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3 mit auf einer Honspindel (2) angeordneten Honleisten (3) und dazwischen angeordneten von der Honspindel (2) her flüssigkeitsgespeisten Düsenleisten (6), die auf die zu bearbeitende Oberfläche ausgerichtete Düsen (7) besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß während des Honvorganges die Düsenleisten (6) mit einem Flüssigkeitsdruck von größenordnungsmäßig 100 bar gespeist werden.