Beschreibung description
Verfahren zum Erzeugen einer Rille Method for creating a groove
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille in einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere Innenlauffiäche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges, das mehrere Zähne mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken und Rillengrund aufweist. The invention relates to a method for producing a particular helical groove extending in a surface of a workpiece, in particular Innenlauffiäche a cylinder of an internal combustion engine, by means of a cutting tool having a plurality of teeth with divergent cross-sections, edited over the successive groove cross-sections to a desired final dimensions are, wherein the cross section of the groove in their final groove geometry has a symmetrical trapezoidal geometry with undercut limiting side edges and groove bottom.
Zur Erzielung eines Verschleißschutzes ist es häufig erforderlich, dass Oberflächen von Werkstücken beschichtet werden. Beispielhaft sind Beschichtungen der Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren zu nennen. Um sicher zu stellen, dass die Schicht auf dem Werkstück verbleibt, erfolgt eine Oberflächenstrukturierung, wodurch ein Verzahnen oder Verklammern des Schichtmaterials mit dem Grundwerkstoff erfolgt. Beispielhaft ist auf die DE 10 2011 055 516 AI zu verweisen. To achieve wear protection, it is often necessary to coat surfaces of workpieces. By way of example, coatings of the cylinder liners of internal combustion engines can be mentioned. To ensure that the layer remains on the workpiece, there is a surface structuring, whereby a gearing or stapling of the layer material takes place with the base material. For example, refer to DE 10 2011 055 516 AI.
Der DE 10 2009 028 040 AI ist ein Kombinationswerkzeug für die Strukturierung von Oberflächen zu entnehmen. Um in die Oberfläche Hinterschnitte einzubringen, ist vorgesehen, dass das Kombinationswerkzeug ein spanendes Strukturierungswerkzeug und ein Umformwerkzeug umfasst. DE 10 2009 028 040 A1 discloses a combination tool for the structuring of surfaces. In order to introduce undercuts in the surface, it is provided that the combination tool comprises a cutting structuring tool and a forming tool.
Durch Umformen erfolgt auch bei der DE 10 2009 027 200 B3 das Ausbilden von Hinterschnitten. Nach dem gleichen Prinzip wird eine Struktur mit einem Werkzeug nach der US 7 220 458 B2 hergestellt. By forming also takes place in the DE 10 2009 027 200 B3, the formation of undercuts. According to the same principle, a structure with a tool according to US Pat. No. 7,220,458 B2 is produced.
Um einen Gegenstand zu beschichten, werden nach der DE 10 2006 045 275 B3 mit zwei Schneidwerkzeugen nacheinander Hinterschnitte in die Oberfläche eingebracht.
Um in eine Zylinderinnenfläche, die mittels thermischen Spritzens beschichtet wird, eine Nut einzubringen, wird nach der DE 10 2012 021 089 AI ein Werkzeug benutzt, das neben einer Vorschneide eine einzige Schneide oder zwei Schneiden umfasst, die die Endkontur vorgeben. In order to coat an article, according to DE 10 2006 045 275 B3, undercuts are successively introduced into the surface with two cutting tools. In order to introduce into a cylinder inner surface, which is coated by means of thermal spraying, a groove, a tool is used according to DE 10 2012 021 089 AI, which in addition to a precut includes a single cutting edge or two cutting, which dictate the final contour.
Ein Verfahren und ein Werkzeug zur Erzeugung einer Oberfläche vorbestimmter Rauheit sind aus der WO 2010/015229 AI bekannt. Zur Erzeugung einer Rillenstruktur wird mittels eines Folgewerkzeugs spanabhebend eine Rillenstruktur in die Oberfläche des Werkstücks, wie Innenfläche eines Zylinderkurbelgehäuses, eingebracht. Hierzu weist das Werkzeug mehrere Zähne unterschiedlicher Geometrien auf, mittels derer sukzessiv die Endgeometrie der Rille herausgearbeitet wird. Dabei können die Zähne eine Geometrie derart aufweisen, dass zur Bildung von Hinterschnitten diese nacheinander erzeugt werden. Bevorzugterweise ist des Weiteren vorgesehen, dass durch Materialstauchung, die im gleichen Arbeitsgang wie das Erzeugen der Rille erfolgt, die Hinterschnitte gewünschter Geometrie hergestellt werden. Auch besteht die Möglichkeit, schneidende Zähne redundant auszuführen. A method and a tool for producing a surface of predetermined roughness are known from WO 2010/015229 AI. To produce a groove structure, a groove structure is machined by means of a follower tool into the surface of the workpiece, such as the inner surface of a cylinder crankcase. For this purpose, the tool has a plurality of teeth of different geometries, by means of which successively the final geometry of the groove is worked out. In this case, the teeth may have a geometry such that, in order to form undercuts, these are produced one after the other. Preferably, it is further provided that by material compression, which takes place in the same operation as the generation of the groove, the undercuts desired geometry are produced. It is also possible to perform cutting teeth redundantly.
Nachteilig entsprechend erzeugter Rillen ist es, dass die oberflächenseitig verlaufenden Kanten relativ dünn ausgebildet sind, so dass an diesen Stellen eine Rissbildung in der aufzubringenden Schicht auftreten kann. Auch ist aufgrund der durch die Kanten bedingten Werkzeuggeometrien das Risiko gegeben, dass zumindest Bereiche der Zähne ausbrechen. A disadvantage of correspondingly generated grooves is that the edges running on the surface side are made relatively thin, so that crack formation in the layer to be applied can occur at these points. Due to the geometry of the edges caused by the edges, there is also the risk that at least parts of the teeth break out.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine Rillenstruktur in der Oberfläche eines Werkstücks erzeugt werden kann, die überaus feine Hinterschnittstrukturen aufweisen, so dass ein sicheres Haften der Beschichtung ermöglicht wird. Ferner sollen im Bereich der Kanten der Rillen Rissbildungen in der aufzubringenden Beschichtung vermieden werden. Es soll eine filigrane Rillenstruktur zur Verfügung gestellt werden, ohne dass die verwendeten Werkzeuge aufgrund der durch die Geometrie der Rillen bedingten filigranen Struktur beim spanenden Bearbeiten des Werkstücks beschädigt werden.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, The present invention has for its object to form a method of the type mentioned so that a groove structure in the surface of a workpiece can be produced, which have very fine undercut structures, so that a secure adhesion of the coating is made possible. Furthermore, cracks in the coating to be applied should be avoided in the region of the edges of the grooves. A filigree groove structure is to be made available without the tools used being damaged due to the filigree structure caused by the geometry of the grooves during machining of the workpiece. To solve the problem, the invention essentially provides
dass mit zumindest einem ersten Zahn eine Basisrille mit zu von der Oberfläche ausgehender Normalen geneigt verlaufenden Begrenzungsflächen zur Bildung einer ersten symmetrischen vorläufigen Rillengeometrie einer Tiefe erzeugt wird, die geringer als Tiefe der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie ist, in that, with at least one first tooth, a base groove is created with boundary surfaces inclined to normal from the surface to form a first symmetric preliminary groove geometry of a depth less than the depth of the groove in its final groove geometry,
dass mit zumindest einem zweiten Zahn die Basisrille in Verlängerung der Begrenzungsflächen bis zum oder nahezu bis zum Rillengrund der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie zur Erzeugung einer zweiten vorläufigen Rillengeometrie bearbeitet wird, in that, with at least one second tooth, the base groove is processed in extension of the boundary surfaces up to or close to the groove bottom of the groove in its final groove geometry in order to produce a second preliminary groove geometry,
dass zur Bildung von Fasen der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie mit zumindest einem dritten Zahn gleichzeitig Bereiche zur Erzeugung einer dritten vorläufigen Rillengeometrie entfernt werden, die jeweils zwischen Rillengrund und von einer durch den Rillengrund aufgespannten Geraden ausgehenden und die Begrenzungsflächen jeweils in einem Punkt schneidenden Normalen verlaufen, durch den gewünschte Länge der Fase bestimmt wird, und in that, in order to form chamfers of the groove in their final groove geometry with at least one third tooth, regions for generating a third preliminary groove geometry are removed, each extending between groove bottom and from a straight line spanned by the groove bottom and the boundary surfaces each intersecting at a point , is determined by the desired length of the chamfer, and
dass mit zumindest einem vierten Zahn gleichzeitig der Rillengrund und die Flanken der Hinterschnitte der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie erzeugt werden. that with at least one fourth tooth at the same time the groove bottom and the flanks of the undercuts of the groove are produced in their final groove geometry.
Die Begrenzungsfläche, von der ein Abschnitt die Fase bildet, schließt mit der von der Oberfläche des Werkstücks ausgehenden Normalen einen Winkel α mit insbesondere 30° < α < 60°, vorzugsweise α = 45°, ein. The boundary surface, of which a section forms the chamfer, encloses an angle α with the normal starting from the surface of the workpiece, in particular 30 ° <α <60 °, preferably α = 45 °.
Erfindungsgemäß wird mittels eines Folgewerkzeugs sukzessiv die Endgeometrie der Rille erzeugt, wobei durch die Ausbildung der Fasen sichergestellt ist, dass die Ränder der Rille nicht spitz zulaufend ausgebildet sind mit der Folge, dass eine Rissbildung in der aufzubringenden Schicht vermieden wird. Gleichzeitig können jedoch die Hinterschnitte eine gewünschte Tiefe aufweisen, so dass das Verkrallen bzw. Verklammern von einem die Oberfläche beschichtenden Material in einem Umfang erfolgt, dass das Schichtmaterial haften bleibt. Somit können problemlos Beschichtungen durch thermisches Spritzen aufgebracht werden, wobei Flammspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen beispielhaft zu nennen sind.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten für Innenflächen von Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminiumguss bestimmt, so dass aufgrund der erfindungsgemäßen Rillenausbildung und dem anschließenden thermischen Spritzen eine überaus verschleißfeste stabile Lauffläche zur Verfügung gestellt wird, die hohen Belastungen standhält. According to the invention, the final geometry of the groove is produced successively by means of a follower tool, it being ensured by the formation of the chamfers that the edges of the groove are not pointed, with the result that crack formation in the layer to be applied is avoided. At the same time, however, the undercuts may have a desired depth, so that clawing or stapling of a surface-coating material occurs to the extent that the sheet material remains adhered. Thus, coatings can be easily applied by thermal spraying, with flame spraying, plasma spraying, arc spraying are exemplary. In particular, the inventive method for coating for inner surfaces of cylinder crankcases is determined from cast aluminum, so that due to the groove formation according to the invention and the subsequent thermal spraying an extremely wear-resistant stable tread is provided that withstands high loads.
Die erfindungsgemäße Lehre benötigt abweichend vom Stand der Technik keine ergänzende Materialstauchung, um eine gewünschte Rillengeometrie zu erzeugen, da erwähntermaßen die Ränder hinreichend massiv und damit formbeständig sind. Deviating from the prior art, the teaching of the invention requires no additional material compression in order to produce a desired groove geometry, since, as mentioned, the edges are sufficiently solid and thus dimensionally stable.
Erfindungsgemäß ist hierzu auch insbesondere vorgesehen, dass der zumindest eine dritte Zahn und der zumindest eine vierte Zahn beim Bearbeiten des Werkstücks zu den Fasen beabstandet werden. According to the invention, provision is made in particular for this that the at least one third tooth and the at least one fourth tooth are spaced apart from one another when machining the workpiece.
Ganz allgemein und für sich schutzwürdig zeichnet sich die Erfindung durch ein Zähne aufweisendes Folgewerkzeug dadurch aus, dass durch Folgeschnitte nur eine Erweiterung des Querschnitts der Rille erzeugt wird, ohne dass ein von einem Zahn bearbeiteter Schnitt von einem nachfolgenden Zahn weiter bearbeitet wird. Quite generally and worthy of protection, the invention is characterized by a follower tool having teeth in that only an extension of the cross section of the groove is produced by subsequent cuts without further processing of a cut processed by a tooth by a subsequent tooth.
Durch die symmetrische Profilgeometrie der Rille, die durch jeden der aufeinanderfolgenden Schnitte erzeugt wird, wobei eine sukzessive Querschnittsvergrößerung erfolgt, kann ein Werkzeug genutzt werden, mit dem mit einer bestimmten Anzahl von Folgezähnen sukzessiv die gewünschte Endgeometrie erzeugt wird, so dass jeder Zahn gleich und symmetrisch belastet wird. Eine symmetrische Belastung ist Voraussetzung für einen stabilen Zahn und einen stabilen Prozess. Due to the symmetrical profile geometry of the groove produced by each of the successive cuts, whereby a successive increase in cross-section is achieved, a tool can be used with which a certain number of consecutive teeth successively generates the desired final geometry, so that each tooth is the same and symmetrical is charged. A symmetrical load is a prerequisite for a stable tooth and a stable process.
Da die Rillen filigran ausgebildet sind, werden nach einem weiteren hervorzuhebenden Vorschlag der Erfindung die Zähne derart angeordnet, dass deren Abstand gleich zweifachem Steigungsabstand der einen Wendelverlauf aufweisenden Rille ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Zähne im erforderlichen Umfang und mit hoher
Präzision hergestellt werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass diese mittels Laser aus einer aus Hartstoff bzw. PKD-Platte ausgeschnitten werden, die ihrerseits z. B. auf einem Träger z. B. aus Hartmetall befestigt ist. Dabei können die Zähne sich abschnittsweise auch innerhalb des Trägers erstrecken. Since the grooves are formed filigree, according to another suggestion to be emphasized, the teeth are arranged such that their distance is equal to twice the pitch of a helical course having groove. This ensures that the teeth to the required extent and with high Precision are made, in particular, it is provided that these are cut out by means of laser from a hard material or PCD plate, which in turn z. B. on a support z. B. is attached from carbide. In this case, the teeth may extend in sections within the carrier.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zähne mittels Drahterodierens herauszuschneiden, wobei ein Draht mit einem Durchmesser von z.B. 0,1 mm bevorzugterweise benutzt werden sollte. However, it is also possible to cut out the teeth by means of wire EDM using a wire with a diameter of e.g. 0.1 mm should preferably be used.
Auch besteht nach der erfindungsgemäßen Lehre die Möglichkeit, die Zähne redundant auszubilden, wobei vorzugsweise zumindest der vierte Zahn, insbesondere jedoch der dritte und vierte Zahn redundant vorhanden sein sollten, so dass sichergestellt ist, dass bei der Ausbildung der Rille diese auch dann die gewünschte Endgeometrie aufweist, wenn einer der Zähne während des spanabhebenden Bearbeitens beschädigt werden sollte. Also, according to the teaching of the invention, the possibility of forming the teeth redundant, wherein preferably at least the fourth tooth, but in particular the third and fourth tooth should be redundant, so that it is ensured that in the formation of the groove this even then the desired final geometry when one of the teeth should be damaged during machining.
Um nach fertiggestellter Rille diese von Ablagerungen zu säubern, kann mit zumindest einem im Vergleich zu dem zumindest einen vierten Zahn ein Untermaß aufweisenden fünften Zahn die Rille ausgeräumt wird. In order to clean these of deposits after completion of the groove, with at least one compared to the at least one fourth tooth undersize having fifth tooth, the groove is cleared.
Die Erfindung wird selbstverständlich dann nicht verlassen, wenn zur Erzeugung der Begrenzungsflächen bis hin zum tatsächlichen Verlauf des Rillengrunds der auszubildenden Rille nicht ein erster und ein zweiter Zahn, sondern ein einziger Zahn benutzt wird, der ggf. redundant ausgebildet ist. The invention will of course not be abandoned if not a first and a second tooth, but a single tooth is used to generate the boundary surfaces to the actual course of the groove bottom of the groove to be formed, which is possibly redundant.
Durch das erfindungsgemäße sukzessive Ausbilden der Rille zu ihrer Endgeometrie erfolgt ein Materialabtrag in einem Umfang, dass Beschädigungen unterbleiben und somit eine definierte und reproduzierbare Rillengeometrie erzielbar ist mit der Folge, dass nach erfolgter Beschichtung eine Kontaktfläche zur Verfügung steht, die höchsten Ansprüchen genügt.
Die Länge der Fase in der Querschnittsebene der Rille sollte im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,02 mm liegen. The inventive successive formation of the groove to its final geometry material removal takes place to the extent that damage is avoided and thus a defined and reproducible groove geometry can be achieved with the result that after the coating, a contact surface is available that meets the highest standards. The length of the chamfer in the cross-sectional plane of the groove should be in the range between 0.01 mm and 0.02 mm.
Die Flanke des Hinterschnitts sollte zu einer vom Rillengrund ausgehenden Normalen einen Winkel ß mit 15° < ß < 25°, insbesondere ß = 20°, einschließen. The flank of the undercut should include an angle ß with 15 ° <ß <25 °, in particular ß = 20 ° to a normal from the bottom of the groove normal.
Der Rillengrund kann kontinuierlich, z. B. mit einem Radius von 0,01 mm, in die Seitenflanken übergehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Übergang durch eine Abschrägung zu bilden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass beim spanabhebenden Abtragen des Materials der entsprechende Span aufgeteilt wird, also im Vergleich zu einem stetigen Übergang eine Spantrennung erfolgt. The groove bottom can be continuous, z. B. with a radius of 0.01 mm, pass into the side edges. However, there is also the possibility of forming the transition through a chamfer, resulting in the advantage that the corresponding chip is divided in the chip removal of the material, so in comparison to a steady transition, a chip separation takes place.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille in einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere Innenlauffläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges, das mehrere Zähne mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken und Rillengrund aufweist, das sich dadurch auszeichnet, dass mit einem ersten Zahn symmetrisch zu von der Oberfläche ausgehender Normalen verlaufende Begrenzungsflächen einer Basisrille erzeugt werden, von denen äußere Abschnitte Fasen der endgültigen Rille sind, die während der spanabhebenden Bearbeitung mit weiteren Zähnen unverändert bleiben. In particular, the invention is characterized by a method for producing a particular helically extending groove in a surface of a workpiece, in particular inner raceway of a cylinder of an internal combustion engine, by means of a cutting tool having a plurality of teeth with divergent cross-sections, on the successive groove cross-sections to a desired Endmaß be edited, the cross-section of the groove in their final groove geometry has a symmetrical trapezoidal geometry with undercut limiting side edges and groove bottom, which is characterized in that are generated with a first tooth symmetrical to outgoing from the surface normals boundary surfaces of a base groove, of which outer sections are chamfers of the final groove, which remain unchanged during machining with further teeth.
Die Fase und deren Verlauf sowie die Rillengeometrie können sich dabei durch die zuvor erfolgten Erläuterungen auszeichnen. The chamfer and its course as well as the groove geometry can be characterized by the previous explanations.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines Werkzeuges mit Zähnen zuvor erläuterter Geometrien zur Durchführung eines Verfahrens, mit dem eine wendeiförmig verlaufende Rille in einer Innenfläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hergestellt wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels. The invention also relates to the use of a tool with teeth of previously explained geometries for carrying out a method with which a helical groove is produced in an inner surface of a cylinder of an internal combustion engine. Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of a drawing to be taken preferred embodiment.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine Wendeschneidplatte mit Schneideinsatz, 1 an indexable insert with cutting insert,
Fig. 2 der Schneideinsatz gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, 2 shows the cutting insert of FIG. 1 in an enlarged view,
Fig. 3 Ausschnitte III aus der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 sections III of FIG. 2 in an enlarged view,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung von Zahnfolgeschnitten hergestellt mit dem Fig. 4 is a schematic representation of Zahnfolgeschnitten made with the
Schneideinsatz gemäß Fig. 1 und 2 und Cutting insert according to FIGS. 1 and 2 and
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Prinzipdarstellung mit einer von der Fig. 4 abweichenden Endgeometrie einer Rille. FIG. 5 is a schematic diagram corresponding to FIG. 4 with a final geometry deviating from FIG. 4 of a groove.
Nachstehend wird ein Werkzeug beschrieben, mit dem eine zylindrische Innenoberfläche derart strukturiert wird, dass eine aufzubringende Beschichtung, insbesondere mittels thermischen Spritzens, auf der Oberfläche haften bleibt, indem mit dieser eine Art Verzahnung, Verkeilung, Verklammerung erfolgt, um das Haften grob zu umschreiben. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Folgewerkzeug benutzt, das in Längsrichtung des Werkzeugs betrachtet mehrere Zähne aufweist, mit denen eine spanabhebende Bearbeitung erfolgt. Ergänzend kann ein Ausräumen der hergestellten Struktur bzw. ein Abstützen des Werkzeugs auf der Oberfläche erfolgen, ohne dass ein Materialabtrag erfolgt. A tool is described below with which a cylindrical inner surface is structured in such a way that a coating to be applied adheres to the surface, in particular by means of thermal spraying, by a kind of toothing, wedging, clamping, in order to roughly describe the adhesion. For this purpose, a follower tool is used according to the invention, which viewed in the longitudinal direction of the tool has a plurality of teeth, with which a machining takes place. In addition, a clearing out of the fabricated structure or a supporting of the tool on the surface can take place without a material removal takes place.
Dabei kann aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre eine Rille erzeugt werden, die ungeachtet ihrer Filigranität im erforderlichen Umfang Hinterschnitte aufweist, damit
eine Beschichtung fixiert werden kann. Durch die Filigranität ergibt sich der Vorteil, dass das Volumen der Rille relativ klein gehalten und somit teures Beschichtungsmaterial eingespart werden kann. Ferner wird im Bereich deren Öffnungen eine Rissbildung vermieden. In this case, due to the teaching of the invention, a groove can be produced which, regardless of its filigree to the extent required undercuts, so a coating can be fixed. The filigree results in the advantage that the volume of the groove can be kept relatively small and thus expensive coating material can be saved. Furthermore, crack formation is avoided in the region of their openings.
Bevorzugtes Einsatzgebiet des Werkzeugs sind Bohrungen von Zylinderkurbelgehäusen, die aus Aluminiumguss bestehen, ohne dass hierdurch die Erfindung eingeschränkt wird. Preferred application of the tool are bores of cylinder crankcases, which consist of cast aluminum, without thereby limiting the invention.
Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Untergrunds für Beschichtungen, die keine Verbindungen zum Untergrund, d. h. zu dessen Material eingehen, so dass eine mechanische Verkeilung erforderlich ist. More generally, the invention relates to a process for the production of a substrate for coatings which does not have any connections to the substrate, i. H. go to the material, so that a mechanical wedging is required.
Mittels des in der zeichnerischen Darstellung wiedergegebenen Werkzeugs soll eine einen Wendelverlauf aufweisende Rille in der Innenfläche einer Bohrung ausgebildet werden, wobei die Rille in ihrer Endgeometrie Hinterschnitte aufweist, wie sich dies klar erkennbar und selbsterklärend aus der Fig. 3 ergibt. By means of the reproduced in the drawing representation tool is to be formed a helical course having groove in the inner surface of a bore, wherein the groove has undercuts in their final geometry, as can be clearly seen and self-explanatory from FIG.
Mit den nachstehend näher beschriebenen Zähnen erfolgt ein sukzessives spanabhebendes Bearbeiten des Werkstücks zur Ausbildung der Rille derart, dass diese eine gewünschte Endgeometrie mit Hinterschnitten aufweist, die das Haften der Beschichtung sicherstellt. Dabei ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre der Vorteil gegeben, dass die Rille ungeachtet deren filigraner Abmessungen in ihren Begrenzungen nicht scharfkantig ist, wodurch sich anderenfalls u. a. der Nachteil ergeben würde, dass Probleme bei der Herstellung des Werkzeuges erwachsen bzw. bei dessen Nutzung das Risiko besteht, dass ein Aus- bzw. Abbrechen der Zähne erfolgen kann. With the teeth described in more detail below, a successive machining of the workpiece to form the groove is performed so that it has a desired final geometry with undercuts, which ensures the adhesion of the coating. It is given due to the teaching of the invention, the advantage that the groove, regardless of their filigree dimensions in their boundaries is not sharp, otherwise u. a. The disadvantage would be that problems in the production of the tool accrue or in the use of which there is a risk that an off or cancel the teeth can be done.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Rille vom Beginn bis zu ihrer Endgeometrie stets symmetrisch ausgebildet wird, so dass sichergestellt ist, dass die zum spanabhebenden Bearbeiten benötigten Zähne gleichmäßig belastet werden.
Das Werkzeug wird spiralförmig durch die Bohrung geführt, um auf diese Weise einen wendeiförmigen Verlauf der Rille zu erzielen. Der Steigungsabstand kann dabei 0,20 mm bis 0,30 mm, insbesondere 0,25 mm, betragen. According to the invention, it is provided that the groove is always formed symmetrically from the beginning to its final geometry, so that it is ensured that the teeth required for the machining are uniformly loaded. The tool is spirally guided through the bore to achieve in this way a helical course of the groove. The pitch distance may be 0.20 mm to 0.30 mm, in particular 0.25 mm.
Zur Herausarbeitung der Rille wird im Ausführungsbeispiel eine Wendeschneidplatte 10 benutzt, die einen z. B. aus einem Hartstoff wie PKD bestehenden Schneideinsatz 12 aufweist, der mit einem Träger 14 verbunden ist. Insoweit wird auf bekannte Konstruktionen verwiesen. To work out the groove, an indexable insert 10 is used in the embodiment, the z. B. from a hard material such as PCD cutting insert 12 which is connected to a carrier 14. In that regard, reference is made to known constructions.
Der Schneideinsatz 12 weist nachstehend näher beschriebene Zähne auf, die bevorzugterweise entlang einer Geraden angeordnet sind, die vorzugweise parallel zu der Drehachse des Werkzeugs verläuft. The cutting insert 12 has teeth described in more detail below, which are preferably arranged along a straight line, which preferably runs parallel to the axis of rotation of the tool.
Das mit dem Schneideinsatz 12 bestückte Werkzeug kann als Folgewerkzeug bezeichnet werden, da sukzessiv aufeinanderfolgend Zähne in eine auszubildende Rille eingreifen, um diese auf ein gewünschtes Endmaß hin zu bearbeiten. Dabei ist ein die Erfindung mitprägendes Merkmal, dass die durch die aufeinanderfolgenden Zähne erzeugten Folgeschnitte die Rillengeometrie nur erweitern und nicht vorausgehende Schnitte mit einem nachfolgenden Schnitt bearbeitet bzw. verändert werden. The equipped with the cutting insert 12 tool can be referred to as a follow-up tool, as successively successive teeth engage in a trainee groove to edit them to a desired final dimension. In this case, a feature co-determining the invention is that the subsequent cuts produced by the successive teeth merely expand the groove geometry and that non-preceding cuts are processed or changed with a subsequent cut.
Erfindungsgemäß weist der Schneideinsatz 12 im Ausführungsbeispiel fünf verschiedene Zähne auf, von denen einige redundant, also zumindest zweifach vorhanden sind. According to the invention, the cutting insert 12 in the exemplary embodiment on five different teeth, some of which are redundant, so at least twice available.
Um eine Rille 16 mit einer gewünschten Endgeometrie, wie diese der Fig. 3 zu entnehmen ist, zu erzeugen, wird zunächst mit einem ersten Zahn 18 (Zahn 1) einer Basisrille einer ersten vorläufigen symmetrischen Rillengeometrie durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt. Die Geometrie der Basisrille ist der Fig. 4 bzw. Fig. 5 zu entnehmen, wobei der Bereich 1 mit dem Zahn 1 aus dem im Ausführungsbeispiel als Zylinderkurbelgehäuse bezeichneten Werkstück 62 entfernt wird. Die Basisrille weist dabei Begrenzungsflächen 20, 22 sowie eine Grundfläche 24 auf, die beabstandet zu dem Rillenboden 26 in der Endgeometrie 28 der Rille 16 verläuft, wie gleichfalls durch
die Fig. 4 bzw. Fig. 5 verdeutlicht wird. Die Begrenzungsfläche 20, 22 mit der Grundfläche 24 bilden einen Abschnitt eines gleichschenkligen Trapezes. In order to produce a groove 16 with a desired final geometry, as can be seen from FIG. 3, first of all a first groove 18 (tooth 1) of a base groove of a first preliminary symmetrical groove geometry is produced by machining. The geometry of the base groove is shown in FIG. 4 or FIG. 5, wherein the region 1 with the tooth 1 is removed from the workpiece 62 designated in the exemplary embodiment as a cylinder crankcase. The base groove in this case has boundary surfaces 20, 22 and a base 24 which extends at a distance from the groove bottom 26 in the final geometry 28 of the groove 16, as also by FIGS. 4 and 5 illustrate. The boundary surface 20, 22 with the base 24 form a portion of an isosceles trapezium.
Die Begrenzungsflächen 20, 22 beschreiben zu einer von der Werkstückoberfläche 30 ausgehenden Normalen 32 einen Winkel , der zwischen 30° und 60° liegt und im Ausführungsbeispiel 45° beträgt, wie auch den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist. Der eingezeichnete Winkel α verläuft dabei zwischen der Begrenzungsfläche 20 und einer zu der Normalen parallel verschobenen Geraden 32, die das Ende einer Fase 34 schneidet, die einen Abschnitt der Begrenzungsfläche 20 ist. Entsprechend findet sich eine Fase 36 auf der gegenüberliegenden Seite der Rille, wobei die Begrenzungsflächen 20, 22 und somit auch die Fasen 34, 36 symmetrisch zu einer Ebene verlaufen, die Mittenbereich des Rillengrundes 26 schneidet. In der Symmetrieebene verläuft somit bei parallel zu der Werkstückoberfläche 30 verlaufendem Rillengrund 26 eine vom Mittenbereich des Rillengrunds 26 ausgehende Normale. The boundary surfaces 20, 22 describe to an outgoing from the workpiece surface 30 normal 32 an angle which is between 30 ° and 60 ° and in the exemplary embodiment is 45 °, as well as Figs. 4 and 5 can be seen. The drawn angle α in this case runs between the boundary surface 20 and a straight line 32 which is displaced parallel to the normal and intersects the end of a chamfer 34, which is a section of the boundary surface 20. Accordingly, there is a chamfer 36 on the opposite side of the groove, wherein the boundary surfaces 20, 22 and thus also the chamfers 34, 36 extend symmetrically to a plane that intersects the central region of the groove bottom 26. In the plane of symmetry, therefore, a groove extending from the central region of the groove bottom 26 extends in the case of groove bottom 26 extending parallel to the workpiece surface 30.
Das Werkzeug und somit der Schneideinsatz 12 wird spiralförmig durch die Bohrung hindurchgeführt, wobei der Steigungsabstand A zwischen 0,2 mm und 0,3 mm, insbesondere im Bereich von 0,25 mm, liegt. The tool and thus the cutting insert 12 is guided spirally through the bore, wherein the pitch distance A between 0.2 mm and 0.3 mm, in particular in the range of 0.25 mm, is located.
Im doppelten Steigungsabschnitt zu dem ersten Zahn 18, der im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweist, ist ein zweiter Zahn 38 (Zahn 2) vorhanden, dessen Seitenflanken 40, 42 den gleichen Verlauf wie die des Zahns 18 aufweisen, so dass beim Eindringen in die Basisrille ein spanabhebendes Abtragen der Begrenzungsflächen 20, 22 nicht erfolgt, die jedoch in ihrer Länge vergrößert werden, wie die Fig. 4 verdeutlicht, so dass der mit dem Bezugszeichen 2 versehene Bereich entfernt und somit die Basisrille in ihrer Tiefe vergrößert wird. Erwähntermaßen erfolgt dabei ein spanabhebendes Abtragen der zuvor ausgebildeten und die Fasen 34, 36 aufweisenden Begrenzungsflächen 20, 22 nicht. Dies schließt jedoch nicht aus, dass ein geringer Abtrag erfolgen könnte. Mittels des zweiten Zahns 38 erfolgt ein spanabhebendes Abtragen bis zum Bereich 41 des Rillengrunds 26.
Im doppelten Abstand A der Steigung der Rille geht von dem Schneideinsatz 12 ein dritter Zahn 44 aus, der in der Fig. 2 ergänzend mit Zahn 3.1 gekennzeichnet ist. Der dritte Zahn 44 ist - wie der erste Zahn 18 und der zweite Zahn 38 - symmetrisch ausgebildet, d. h. die Schneidkanten verlaufen symmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht von der Drehachse des Werkzeugs durchsetzt wird. In the double pitch section to the first tooth 18, which has a trapezoidal geometry in section, a second tooth 38 (tooth 2) is present, the side edges 40, 42 have the same course as that of the tooth 18, so that upon penetration into the base groove machining removal of the boundary surfaces 20, 22 is not carried out, but are increased in their length, as Fig. 4 illustrates, so that the area provided with the reference numeral 2 removed and thus the base groove is increased in depth. As mentioned, a cutting away of the previously formed and the bevels 34, 36 having boundary surfaces 20, 22 does not take place. However, this does not rule out that a small amount of material could be removed. By means of the second tooth 38, a removal takes place until the region 41 of the groove base 26. At twice the distance A of the pitch of the groove goes from the cutting insert 12, a third tooth 44, which is additionally marked in Fig. 2 with tooth 3.1. The third tooth 44 is - like the first tooth 18 and the second tooth 38 - formed symmetrically, ie, the cutting edges are symmetrical to a plane which is penetrated perpendicularly from the axis of rotation of the tool.
Mittels des dritten Zahns 44 werden Bereiche 46, 48 entfernt, die im Schnitt eine Dreieckgeometrie aufweisen. Diese Bereiche 46, 48 erstrecken sich zwischen von dem Rillengrund 26 ausgehenden und die Begrenzungsflächen 20, 22 in einem Punkt 46, 48 schneidenden Normalen 50, 52 und den bodenseitigen Enden der Begrenzungsflächen 20, 22. Durch den Schnittpunkt 46, 48 wird die Länge der Fase 34, 36 vorgegeben. Eine Bearbeitung der Fase 34, 36 beim Abtragen der Bereiche 46, 48 erfolgt nicht. By means of the third tooth 44, areas 46, 48 are removed which have a triangular geometry in section. These regions 46, 48 extend between normals 50, 52 intersecting the boundary surfaces 20, 22 at a point 46, 48 and the bottom ends of the boundary surfaces 20, 22. The intersection 46, 48 defines the length of the boundary surfaces Bevel 34, 36 predetermined. A machining of the chamfer 34, 36 when removing the areas 46, 48 does not take place.
Sollte mit dem zweiten Zahn 38 die Basisrille nicht bis zum Rillengrund 26 der endgültigen Rille erzeugt sein, sondern beabstandet zu diesem, so würde mit dem dritten Zahn 44 der verbleibende Bereich der Basisrille mit entfernt werden. If, with the second tooth 38, the base groove was not produced up to the groove bottom 26 of the final groove, but spaced therefrom, then with the third tooth 44 the remaining area of the base groove would be removed.
Beim Abtragen der Bereiche 46, 48 findet zwischen dem dritten Zahn 44 und den Fasen 34, 36 ein Kontakt nicht statt. When removing the areas 46, 48, a contact does not take place between the third tooth 44 and the chamfers 34, 36.
Im Ausführungsbeispiel ist der dritte Zahn 44 redundant ausgebildet, d. h. im doppelten Steigungsabstand ist ein weiterer dritter Zahn vorhanden, der in der Fig. 2 mit„Zahn 3.2" gekennzeichnet ist. Entsprechend ist in der Fig. 4 bzw. Fig. 5 der Bereich 46, 48 mit„3.1 / 3.2" bezeichnet. Die Geometrie des Zahns 3.2 entspricht der des Zahns 44, also des„Zahn 3.1". In the embodiment, the third tooth 44 is redundant, d. H. At twice the pitch, another third tooth is present, which is marked "tooth 3.2" in Fig. 2. Correspondingly, in Fig. 4 or Fig. 5, the region 46, 48 is designated "3.1 / 3.2". The geometry of the tooth 3.2 corresponds to that of the tooth 44, that is the "tooth 3.1".
Im gleichfalls doppelten Steigungsabstand ist sodann ein vierter Zahn 54 vorhanden, mittels dem die Endgeometrie der Rille 16 erzeugt wird. Somit werden die Seitenflanken 56, 58 erzeugt, durch die die Hinterschnitte der Rille 16 gebildet werden. Beim Bearbeiten, also Ausbilden der Endgeometrie der Rille 16 berührt der Zahn 54 die Fasen 34, 36 nicht, wie auch durch die Fig. 3 verdeutlicht wird. Der Fig. 3 ist auch zu entnehmen, dass der vierte Zahn 54 im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweist, wobei
die Schneidkanten symmetrisch zueinander verlaufen, wie dies bei den Zähnen 18, 38, 44, 45 gleichfalls zutrifft. Entsprechend dem dritten Zahn 44, 45 wird auch der vierte Zahn 54 redundant ausgebildet (Bezugszeichen 55 bzw. Zahn 4.2). In likewise double pitch distance then a fourth tooth 54 is present, by means of which the final geometry of the groove 16 is generated. Thus, the side edges 56, 58 are generated, through which the undercuts of the groove 16 are formed. When machining, ie forming the final geometry of the groove 16, the tooth 54 does not touch the chamfers 34, 36, as is also illustrated by FIG. 3. It can also be seen from FIG. 3 that the fourth tooth 54 has a trapezoidal geometry in section, wherein the cutting edges are symmetrical to each other, as in the teeth 18, 38, 44, 45 also applies. According to the third tooth 44, 45 and the fourth tooth 54 is redundant (reference numeral 55 and tooth 4.2).
Um gegebenenfalls in der Rille 16 vorhandene Materialreste zu entfernen, schließt sich im doppelten Steigungsabstand zu dem vierten Zahn 55 ein fünfter Zahn 60 (Zahn 5) an, der als Räumzahn zu bezeichnen ist und gegenüber dem vierten Zahn 55 ein Untermaß in der Größenordnung von 1/100 mm aufweisen sollte. Dies wird prinzipiell in Fig. 4 durch die mit Pfeilen versehene Zahl„5" verdeutlicht. In order to remove material residues possibly present in the groove 16, a fifth tooth 60 (tooth 5) adjoins the fourth tooth 55 twice, which is to be referred to as a broaching tooth and an undersize in the order of magnitude of 1 to the fourth tooth 55 / 100 mm should have. This is illustrated in principle in FIG. 4 by the number "5" provided with arrows.
Aus den Darstellungen der Fig. 3 ergibt sich des Weiteren, dass die den Hinterschnitt bildenden Flanken 56, 58 zu der Normalen 32 bzw. einer parallel hierzu verschobenen Geraden einen Winkel ß einschließen, der im Bereich von 20° liegen sollte, wie auch die Fig. 3 angibt. 3 shows that the flanks 56, 58 forming the undercut to the normal 32 or to a straight line parallel thereto, enclose an angle β which should be in the region of 20 °, as is the case with FIGS 3 indicates.
Zu der Fig. 3 ist anzumerken, dass in der linken Darstellung verdeutlicht wird, dass der Übergang zwischen Rillengrund 26 und den Seitenflanken 56, 58 durch einen Bogen mit beispielhaft einem Radius von 0,01 mm gebildet wird. It should be noted with reference to FIG. 3 that it is illustrated in the left-hand illustration that the transition between the groove bottom 26 and the side edges 56, 58 is formed by an arc with, for example, a radius of 0.01 mm.
In der rechten Darstellung erfolgt der Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 über eine Schräge, die durch eine in dem Zahn vorhandene Fase gebildet wird. Die Schrägen sind mit den Bezugszeichen 70, 72 gekennzeichnet, wobei die Schrägen 72, 74 über Kanten 76, 78 bzw. 80, 82 in die Seitenflanken 56, 58 bzw. den Rillengrund 26 übergehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Spantrennung bei der Bearbeitung erfolgt, wodurch ein Verschmieren in der Rille vermieden und ein problemloses Ausräumen ermöglicht wird. Durch die Schrägen 72, 74 erfolgt quasi ein unstetiger Übergang zu den Seitenflanken 56, 58 bzw. dem Rillengrund 26. Demgegenüber ist der Übergang gemäß der linken Darstellung in Fig. 3 kontinuierlich, wobei erwähntermaßen ein Radius von z. B. 0,01 mm gewählt werden kann.
Unterscheiden sich die beiden Darstellungen in der Fig. 3 einzig und allein in Bezug auf den Übergang zwischen Rillengrund 26 und den Seitenflanken 56, 58, so gilt Gleiches für die Fig. 4 und 5. Dabei entspricht die Fig. 4 der linken Darstellung der Fig. 3 hinsichtlich der Rillengeometrie und die Fig. 5 der rechten Darstellung in Fig. 3. Daher werden auch mit Ausnahme des Übergangs zwischen den Seitenflanken 56, 58 und Rillengrund 26 die gleichen Bezugszeichen verwendet. In Fig. 4 ist der stetige Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 durch den Bereich R gekennzeichnet, der einen Radius von 0,01 mm aufweisen kann. Der quasi unstetige Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 gemäß Fig. 5 wird durch die durch die Kanten 76, 78 bzw. 80, 82 begrenzten Schrägen 72, 74 verdeutlicht. In the right-hand illustration, the transition between the side flanks 56, 58 and the groove bottom 26 takes place via a bevel, which is formed by a bevel present in the tooth. The bevels are denoted by the reference numerals 70, 72, wherein the bevels 72, 74 via edges 76, 78 and 80, 82 in the side edges 56, 58 and the groove bottom 26 pass. This results in the advantage that a chip separation takes place during processing, whereby smearing in the groove is avoided and a trouble-free clearing is made possible. By the bevels 72, 74 quasi a discontinuous transition to the side edges 56, 58 and the groove bottom 26. In contrast, the transition according to the left representation in Fig. 3 is continuous, said a radius of z. B. 0.01 mm can be selected. If the two representations in FIG. 3 differ only in relation to the transition between the groove base 26 and the side flanks 56, 58, the same applies to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 corresponds to the left-hand illustration of FIG 3 with respect to the groove geometry and FIG. 5 of the right-hand illustration in FIG. 3. Therefore, the same reference numerals are used also with the exception of the transition between the side edges 56, 58 and groove bottom 26. In Fig. 4, the continuous transition between the side edges 56, 58 and the groove bottom 26 is characterized by the region R, which may have a radius of 0.01 mm. The quasi discontinuous transition between the side edges 56, 58 and the groove bottom 26 of FIG. 5 is illustrated by the limited by the edges 76, 78 and 80, 82 slopes 72, 74.
Aus der zeichnerischen Darstellung ergibt sich, dass dem ersten Zahn 18 eine plateauartige Erhebung 62 vorgelagert ist, über die das Werkzeug, d. h. der Schneideinsatz 12 auf der Werkstückoberfläche 30, also auf der Innenfläche der Zylinderlauffläche abgestützt ist. Entsprechend findet sich ein plateauartiger Bereich 64 hinter dem fünften Zahn 60. From the graphic representation it follows that the first tooth 18 is preceded by a plateau-like elevation 62, via which the tool, d. H. the cutting insert 12 is supported on the workpiece surface 30, that is to say on the inner surface of the cylinder running surface. Accordingly, there is a plateau-like region 64 behind the fifth tooth 60.
Zu den Abmessungen ist anzumerken, dass die Breite der Rille 16 zwischen den Punkten 46, 48, also den inneren Enden der Fasen 34, 36 im Bereich von 0,13 mm liegt. Die Tiefe der Rille 16 liegt bei 0,06 mm. As to the dimensions, it should be noted that the width of the groove 16 between the points 46, 48, that is, the inner ends of the chamfers 34, 36 is in the range of 0.13 mm. The depth of the groove 16 is 0.06 mm.
Zu den das spanabhebende Bearbeiten durchführenden Zähnen ist anzumerken, dass der Stirnfreiwinkel bei 5° und der seitliche Freiwinkel bei 3° liegen sollte.
It should be noted that the frontal clearance angle should be 5 ° and the lateral clearance angle 3 °.