DE60106661T2

DE60106661T2 - Verfahren zum Hartdrehen eines Werkstückes

Info

Publication number: DE60106661T2
Application number: DE60106661T
Authority: DE
Inventors: Jacek Kaminski
Original assignee: SKF Sverige AB
Current assignee: SKF Sverige AB
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-04-04
Also published as: CN1273265C; EP1142669A2; US20010037706A1; CN1316314A; SE0001293D0; SE0001293L; US6769335B2; SE520088C2; EP1142669A3; DE60106661D1; EP1142669B1; JP2001347402A

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Hartdrehen der Oberfläche eines Werkstücks, bei welchem ein Kühlfluid dem Schneidbereich zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Hartdrehen von Werkstücken mit einer Rockwell-Härte von 50 HRC oder mehr mit keramischen oder CBN- (kubisches Bornitrid) Werkzeugen mit einer Schneidkante, die eine Vickers-Härte von 1700 HV oder mehr aufweist. In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Hartdrehen" Drehen von Kohlenstoffstahl, der auf eine Rockwell-Härte von > 50 HRC durch- oder oberflächengehärtet ist und/oder eine martensitische oder bainitische Mikrostruktur aufweist. Beispielsweise kann die Erfindung beim Schneiden einer Lauffläche eines Lagers eingesetzt werden, die sich in Wälzkontakt mit Wälzelementen befindet.
Heutzutage wird sämtliches Hartdrehen mit keramischen oder CBN-Werkzeugen trocken oder mit Niederdruck-Spülkühlung durchgeführt. In allen bekannten Empfehlungen wird es für sehr wichtig erachtet, in der Schneidzone eine hohe Temperatur zu halten, um eine gute Werkzeuglebensdauer und Fertigungsökonomie zu erreichen. Ein solches Werkzeug ist aus der US-A 5,882,777 bekannt.
Die im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Forschungen zeigen, daß dies nicht der Fall ist. Deshalb besteht die Hauptaufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Hartdrehen zu schaffen, durch das die Werkzeuglebensdauer verlän gert wird und eine höhere Schneidgeschwindigkeit sowie eine verbesserte Kontrolle der Spanform erreicht werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß, wenn ein Hochdruckstrahl eines Kühlfluids gerade in der Lücke zwischen der Freifläche eines Werkzeugs und dem Werkstückmaterial eingebracht wird, sich eine Anzahl von wichtigen Vorteilen ergeben, wie nachfolgend beschrieben werden wird.
Die US-A-5,148,728 beschreibt ein Verfahren zum Hochdruckschmieren und -kühlen eines metallischen Werkstücks während seiner Bearbeitung. Diese Veröffentlichung hat weder Hartmetallbearbeitung noch eine Schneidkante aus kubischem Bornitrid zum Gegenstand.
Im allgemeinen ist das Verfahren mit dem Einsatz hoher Drücke verbunden, wobei das Kühlfluid unmittelbar vor dem Verlassen der Strahldüse einen Druck von 60, vorzugsweise 120 bis etwa 400 bar aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Hartdrehen von Werkstücken mit einer Rockwell-Härte von 50 HRC oder mehr, wobei ein Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante eingesetzt wird, die aus CBN (kubischem Bornitrid) mit einer Vickers-Härte von mehr als 1700 HV, vorzugsweise von mehr als 2800 HV besteht. Als Kühlfluid können Wasser oder z. B. Kohlendioxid verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Kühlfluid gleichzeitig in die Lücke zwischen dem Span und einer Span fläche des Werkzeugs sowie zwischen der Freifläche des Werkzeugs und dem Werkmaterial eingebracht.
Die vorstehenden und weitere Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Abbildungen deutlich. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils von Werkstück und Werkzeug beim Hartdrehen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
2 eine schematische Schnittdarstellung ähnlich 1 einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es wird ein Verfahren zum Hartdrehen eines Werkstücks geschaffen, bei welchem es sich um ein vergleichsweise neues und sehr leistungsstarkes Verfahren handelt, welches bei richtigem Einsatz zu einem signifikanten Anstieg der Produktivität und Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung führen kann.
Wie vorstehend ausgeführt, handelt es sich beim Hartdrehen um einen Bearbeitungsvorgang mittels einer geometrisch definierten Schneidkante an Materialien, die eine Härtebehandlung durchlaufen haben. Hartgedreht werden können alle (Eisen- und Nichteisen – ) Materialien, die ausreichend Legierungselemente (Kohlenstoff etc.) enthalten, und die mittels eines zu einer Mikrostruktur aus Martensit und/oder Bainit mit einer Härte > 50 HRC führenden Wärmebehandlungsvorgangs gehär tet werden können, wobei dies Durchhärten, Lufthärtung und Oberflächenhärten, bspw. durch Induktions- oder Aufkohlungsbehandlungen, umfaßt. Für Eisenmaterialien werden zumeist CBN- oder PCBN-Werkzeuge eingesetzt, während für Nichteisenmaterialien Diamant verwendet wird.
1 stellt das erfindungsgemäße Verfahren dar und zeigt ein Werkstück 10, wie z. B. eine Lager-Lauffläche, die hartgedreht wird. Das Werkstück 10 bewegt sich, wie durch den Pfeil angedeutet, mit der Geschwindigkeit v₀ relativ zu einem Werkzeug 12, das ein Stück des Werkstückmaterials, wie etwa einen Span 14 mit der Werkzeugspitze schneidet. Gemäß dieser Erfindung wird ein Hochdruckstrahl mittels einer Düse 16 in die Lücke zwischen der Freifläche des Werkzeugeinsatzes und dem Werkstückmaterial eingebracht. Ein Fluidkeil 18 bildet sich zwischen der Freifläche des Werkzeugs und dem Werkstück.
Beispielsweise hat sich gezeigt, daß sich die Werkzeuglebensdauer um mehr als 100% erhöht, wenn ein Hochdruckstrahl gerade in die Lücke zwischen der Freifläche eines CBN 10-Einsatzes und dem Werkstückmaterial eingebracht wird. Der Strahl muß so rechtwinklig wie möglich in Bezug auf die Schneidkante eingebracht werden. Es wurde außerdem beobachtet, daß die Restspannungen an dem Werkstück ein wenig umfangreicher als bei der herkömmlichen Niederdruck-Kühlung sind.
Die verwendeten Drücke sollten im Bereich zwischen 6 und 40 MPa (d. h. zwischen 60 und 400 bar) liegen. Der größte Anstieg der Werkzeugslebensdauer (ungefähr 110%) wurde für den höheren Druck beobachtet. Der Strahl wurde mittels einer Düse mit einem Durchmesser von 0,7 mm erzeugt. Es wurde ein kon ventionelles synthetisches Schneidfluid verwendet. Die Lösung betrug ungefähr 7%.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hochdruckstrahl ebenfalls in die Lücke zwischen dem Span und der Spanfläche des Werkzeugs eingebracht, wie in 2 dargestellt, in der Teile, die mit Teilen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen aufweisen. So leitet seine Düse 16 einen Hochdruckstrahl zwischen den Span 14 und die Spanfläche des Werkzeugs 12 ein, wobei sich ein Fluidteil 18 zwischen dem Span und dem Werkzeug bildet.
Es hat sich gezeigt, daß die Spankontrolle verbessert war, wenn ein zweiter Strahl auf die Spanfläche des Werkzeugs geleitet wurde. Statt langer und zusammenhängender Späne wurden kurze, "bequemere" Späne produziert. Dies ist beim Drehen großer Ringe von besonderer Bedeutung.
Wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, führt das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ein Hochdruckstrahl beim Hartdrehen mit CBN-Einsätzen eingeleitet wird, zu einer Anzahl von wichtigen Vorteilen, wie z. B.:

– Abnahme der Kantentemperatur (30 – 50%)
– signifikante Abnahme des Werkzeugverschleißes durch Abrieb
– Möglichkeit, höhere Schneidgeschwindigkeiten einzusetzen
– gesteigerte Möglichkeiten beim Spanformen
– höhere Produktqualität infolge geringeren Werkzeugverschleißes und geringerer Temperatur
– Möglichkeit, die Restspannung auf und unter der Werkstückoberfläche zu kontrollieren

Claims

Verfahren zum Hartdrehen der Oberfläche eines Werkstücks (10) aus gehärtetem Stahl, bei dem ein Schneidwerkzeug (12) mit einer eingearbeiteten Schneidkante aus kubischem Bornitrid verwendet und ein Kühlfluid einem Schneidbereich zugeführt wird, wobei das Kühlfluid als ein Strahl (18) mit hohem Druck zugeführt wird und das Kühlfluid die Strahldüse (16) mit einem Druck von mehr als 60 bar verläßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidstrahl (18) einen Druck von mehr als 120 bar aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (10) eine Rockwell-Härte von 50 HRC oder mehr haben und die Schneidkante eine Vickers-Härte von 1700 HV oder mehr hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kubische Bornitrid eine Vickers-Härte von mehr als 1700 HV, vorzugsweise von mehr als 2800 HV hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser als Kühlfluid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid als Kühlfluid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid (18) zwischen einer Freifläche des Werkzeugs (12) und dem Werkstück (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid (18) in der Lücke zwischen dem Span (14) und einer Spanfläche des Werkzeugs (12) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid (18) in der Lücke zwischen dem Span und einer Spanfläche des Werkzeugs (12) und gleichzeitig zwischen einer Freifläche des Werkzeugs (12) und dem Werkstück (10) eingebracht wird.