EP3631038A1 - Verfahren und werkzeug zum entfernen einer beschichtung von einem substrat - Google Patents

Verfahren und werkzeug zum entfernen einer beschichtung von einem substrat

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Publication number
EP3631038A1
EP3631038A1 EP17727155.8A EP17727155A EP3631038A1 EP 3631038 A1 EP3631038 A1 EP 3631038A1 EP 17727155 A EP17727155 A EP 17727155A EP 3631038 A1 EP3631038 A1 EP 3631038A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
tool
substrate
feed direction
partial region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17727155.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guehring KG
Original Assignee
Guehring KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Guehring KG filed Critical Guehring KG
Publication of EP3631038A1 publication Critical patent/EP3631038A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C23C4/185—Separation of the coating from the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/03—Boring heads
    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B23B29/03432—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable during manufacturing
    • B23B29/03489—Adjustment means not specified or not covered by the groups B23B29/03435 - B23B29/03478
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B41/12—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for forming working surfaces of cylinders, of bearings, e.g. in heads of driving rods, or of other engine parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/02—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding grooves, e.g. on shafts, in casings, in tubes, homokinetic joint elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2215/00—Details of workpieces
    • B23B2215/24—Components of internal combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/08—Cutting tools with blade- or disc-like main parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/033—Other grinding machines or devices for grinding a surface for cleaning purposes, e.g. for descaling or for grinding off flaws in the surface

Definitions

  • the present invention relates to a method and a tool for removing a partial region of a coating from a substrate, in particular in a partial region of a cylinder of an engine block of an internal combustion engine.
  • the starting point of the invention is a partially provided with a coating substrate.
  • the substrate may be z. B. an inner surface of a cylinder wall of a crankcase of an internal combustion engine. Accordingly, it may be a substrate made of aluminum, an aluminum alloy or another light metal alloy.
  • a coating is applied in a thermal spraying process.
  • the thermal spraying process may, for example, be arc wire spraying (LDS).
  • LDS arc wire spraying
  • an injection molding material is applied to the substrate by means of an arc and an atomizing gas, e.g. blown a cylinder wall.
  • a coating applied by thermal spraying measures only a few tenths of a millimeter and has a very high hardness.
  • a machining (subsequent) processing of such a coated substrate, in particular a crankcase area, is therefore associated with very high tool wear. Nevertheless, certain portions of a crankcase must be machined after coating the cylinder surfaces.
  • EP 1 820 874 A2 disclose methods for removing a hardened coating from a cylinder liner, in which the coating takes place starting from the front side of the coating into the substrate, around a chamfer into the coating and adjoining substrate areas.
  • DE 10 2010 035 641 A1 describes a honing method in which only part of the coating is removed in order to expose pores present in the coating for the purpose of oil retention. A complete removal of the coating is not mentioned there. It is the object of the invention to provide a method and a tool for removing a portion of a thermal spray applied coating from a substrate, wherein the tool wear is reduced.
  • the object is achieved by the features of claim 1 and in particular by a method in which the portion to be removed is removed by a machining process such that undercutting of the portion of the coating to be removed takes place, wherein for undercutting the portion to be removed Coating at least one relative to the substrate about a rotation axis rotating cutting tool relative to the substrate along a feed direction, which is parallel to a surface having the coating, is offset, wherein together with the coating and a directly adjacent to the coating substrate layer is removed the tool, viewed in the feed direction, penetrates deeper into the substrate than into the coating to be removed, ie, with increasing radial distance from the axis of rotation, the tool penetrates deeper or further into the workpiece viewed in the feed direction a and thus undercuts the coating with a radially outer portion of a cutting edge of the tool.
  • An undercut in this case means that not the removed, hardened coating per se is tool-machined, but by an exciting process the material area of the workpiece on which the coating is applied is removed. Since this material region has a lower hardness, the coating can be removed at least in regions with relatively little effort become.
  • the tool carries the coating to be removed laterally.
  • lateral ablation it is to be understood that the ablation takes place in a transverse direction to a surface orthogonal of the coated surface, namely in the feed direction.
  • a cutting edge of the tool is protected by a relatively soft substrate layer, eg, an aluminum layer, flowing over it during processing, so that contact with the hard coating material is reduced or avoided.
  • the thickness of the removed substrate layer can be only a few tenths of a millimeter. If the substrate is, for example, a cylinder wall of a cylinder of a crankcase, material removal takes place essentially in the axial direction of the cylinder.
  • the removal tool usually has a cutting direction of the cutting edge, which is angled from the radius of a rotating working movement in order to produce an undercut of the coating can.
  • undercutting the tool is at a working angle to the coating, in which the wear of the tool is reduced.
  • the cutting tool is an insert.
  • the feed direction is parallel to the axis of rotation.
  • the tool may for example be held on a rotating spindle. Alternatively, the tool can not be mounted in a rotating manner and the substrate is rotated.
  • the tool can be adjustable, for example, along the feed direction.
  • the substrate along the feed direction may be adjustable.
  • the tool is held on a rotating, adjustable along the feed direction spindle.
  • the tool is held such that a cutting edge of the tool provided for removing the coating runs obliquely to the feed direction, in particular at an angle of 30 ° to 60 °, preferably of 40 ° to 50 °.
  • An open space angle of the cutting edge may be, for example, 10 ° to 25 °, preferably 15 ° to 20 ° and in particular 16 ° to 17 °.
  • the method according to the invention comprises the production of an undercut-free groove, in particular an annular groove, in a partial section of the portion of the coating to be removed.
  • the subsection serves to introduce the tool into a starting position before the lateral removal of the coating is carried out by undercutting the coating.
  • the groove is produced in particular using a tool other than the tool intended for the lateral removal of the coating, in particular by means of a preferably rotating grinding tool.
  • the groove preferably extends through the layer to be removed and in particular into the substrate.
  • the portion into which the groove is inserted is typically substantially smaller than the entire portion of the coating to be removed, and preferably just so large that the tool is received in the groove to enter a suitable starting position for undercutting the coating reach.
  • the area of the groove is in particular less than 50%, advantageously less than 25%, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the area of the portion of the coating to be removed. This ensures that the tool wear of the undercutting tool is minimized.
  • the substrate is a cylinder wall of a cylinder of a crankcase
  • the partial region of the coating to be removed can be provided in an end section, in particular a crankshaft-side end section of the cylinder, in particular in the region of a honing release.
  • a so-called honing release ie a ring-like recess, can be processed or generated or at least the removal of the coating preceding a generation of the honing release can be carried out.
  • the loading applied to the first subrange can be Layering be honed. The honing clearance is needed for a honing tool to drain cleanly.
  • a Zerschreibswerkmaschine in particular a grinding tool for carrying out an aforementioned method is suggested gene.
  • the tool comprises a spindle attached to a tool holder having at least one, in particular two radially opposite cutting edges, preferably on cutting plates arranged cutting edges, the radial are adjustable.
  • the cutting edges may be arranged in the direction of the spindle or on a side facing away from the spindle on the tool holder, in order to allow milling of the substrate layer by a tensile or compressive movement of the spindle.
  • a tool assembly suitable for carrying out the method according to the invention comprises a tool holder having a rotation axis and at least one cutting edge having a cutting edge fixed or releasably attached to the tool holder, wherein the cutting edge is spaced from the axis of rotation, and one along the cutting edge Just with the axis of rotation includes an acute angle, so that the distance of a point on the cutting edge of an imaginary, orthogonal to the axis of rotation extending end surface increases with increasing distance of this point from the axis of rotation.
  • the angle between the cutting edge and the axis of rotation is in particular between 30 ° and 60 °, preferably between 40 ° and 50 °.
  • This tooling arrangement enables efficient undercutting of the hardened substrate with a low wear rate and high tool life.
  • a radial adjustment of the cutting edges after retraction of the spindle into the interior of a hollow cylinder, e.g. in a motor housing cylinder liner allows inside an extension of the cutting edges and undercutting the hard cylinder wall.
  • 1 to 7 show sectional views of a workpiece to be machined and the tools required and explain the timing of the method
  • Fig. 8 shows various views of a tool holder with two tools according to a first embodiment
  • Fig. 9 shows various views of the tool holder of Fig. 8;
  • FIG. 10 shows various views of a tool holder with two tools according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a sectional view of a tool during ablation of a coating of a substrate;
  • FIG. 12 shows an enlarged detail of the sectional view of FIG. 11.
  • step 1 a rotatable, in the exemplary embodiment, conical grinding tool 16 is introduced into the cylinder 10 in a central position.
  • step 2 the rotating grinding tool 16 is guided on a continuing circular path on the coated cylinder wall 12 in order to move radially Direction an annular groove 18 or bevel in the coating 20 to grind. Since the portion of the annular groove 18 to be abraded is small compared to a portion 22 of the coating 20 to be removed, tool wear is limited.
  • step 3 the rotatable grinding tool 16 is moved back into the middle position and withdrawn from the cylinder 10.
  • step 4 a tool holder 26 fastened to a spindle 24 is moved into the cylinder 10 counter to a feed direction V.
  • the spindle 24 is adjustable in and opposite to the feed direction V and about an axis of symmetry S of the cylinder 10 corresponding rotation axis rotatable.
  • two opposing, adjustable in the radial direction jaws 28 are provided, in which a respective cutting plate 30 is held as a cutting tool.
  • the tool holder 26 is shown again in FIG. 10 with retracted (top) and extended (below) clamping jaws 28.
  • step 5 the spindle 24 is rotated with the workpiece holder 26 and the clamping jaws 28 are radially extended or controlled so that the cutting plates 30 with their cutting edges 32 dip into the previously ground chamfer or annular groove 18.
  • step 6 the rotating workpiece holder 26 is displaced in the feed direction V along the axis of rotation or symmetry S.
  • the cutting edges 32 of the cutting plates 30 undercut the coating 20 and carry it from the side, which is shown in detail in Fig. 1 1 and 12.
  • the removal of the coating 20 by one of the cutting edges 32 is shown enlarged in Fig. 10 and 1 1.
  • step 7 the jaws 28 are radially retracted or driven to their home positions.
  • the workpiece holder 26 is extended in the feed direction V from the cylinder 10.
  • the cutting plates 30 are arranged on a side facing the spindle 24 of the tool holder 26
  • the cutting plates 130 are arranged in the tool holder 126 of FIG. 8 and 9, the cutting plates 130 on a spindle 124 side facing away, so that in Depending on the application, the removal of the coating 20 can take place in a feed direction which is opposite to the feed direction V of FIGS. 1 to 7.
  • the tool holder 26 or 126 can advantageously have an internal cooling, in which coolant is supplied to the cutting plates 30, 130 via coolant channels provided in the interior of the spindle 24, 124 and the tool holder 26, 126.
  • the tool arrangement and the geometry of the insert are shown in detail in Figs. 10 to 12 shown.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entfernen eines Teilbereichs einer Beschichtung von einem Substrat, bei welchem der zu entfernende Teilbereich durch ein spanabhebendes Verfahren derart entfernt wird, dass ein Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung erfolgt. Zum Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung wird wenigstens ein relativ zu dem Substrat um eine Rotationsachse rotierendes spanabhebendes Werkzeugrelativ zu dem Substrat entlang einer Vorschubrichtung, welche parallel zu einer die Beschichtung aufweisenden Fläche verläuft, versetzt, wobei zusammen mit der Beschichtung auch eine unmittelbar an die Beschichtung angrenzende Substratschicht abgetragen wird. Dabei dringt das Werkzeug, in Vorschubrichtung betrachtet, tiefer in das Substrat ein als in die zu entfernende Beschichtung.

Description

Verfahren und Werkzeug zum
Entfernen einer Beschichtung von einem Substrat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entfernen eines Teilbereichs einer Beschichtung von einem Substrat, insbesondere in einem Teilbereich eines Zylinders eines Motorblocks einer Verbrennungsmotors.
STAN D DE R TECH N I K
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein bereichsweise mit einer Beschichtung versehenes Substrat. Bei dem Substrat kann es sich z. B. um eine Innenfläche einer Zylin- derwand eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors handeln. Dementsprechend kann es sich um ein Substrat aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer anderen Leichtmetalllegierung handeln. Auf das Substrat wird eine Beschichtung in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht. Bei dem thermischen Spritzverfahren kann es sich beispielsweise um Lichtbogendrahtspritzen (LDS) handeln. Beim Lichtbogendrahtspritzen wird ein Spritzwerkwerkstoff mithilfe eines Lichtbogens und eines Zerstäubergases auf das Substrat, z.B. eine Zylinderwand geblasen.
Eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte Beschichtung, insbesondere eine Zylinderlaufflächenbeschichtung, misst nur wenige Zehntelmillimeter und weist eine sehr hohe Härte auf. Eine spanende (Nach-)Bearbeitung eines derart beschichteten Substrats, insbesondere eines Kurbelgehäusebereichs, ist daher mit sehr hohem Werkzeugverschleiß verbunden. Nichtsdestotrotz müssen bestimmte Teilbereiche eines Kurbelgehäuses nach dem Beschichten der Zylinderlaufflächen spanend bearbeitet werden. Aus der DE 10 2009 051 262 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei auf eine Innenseite eines Zylinders durch ein thermisches Spritzverfahren eine Beschichtung aufgebracht wird. Die Beschichtung wird durch ein spannendes Verfahren und danach durch einen Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck von bis zu 1 .000 bar be- arbeitet.
Ein gattungsähnliches Verfahren ist in der DE 10 201 1 078 591 A1 beschrieben. EP 1 820 874 A2, DE 10 2004 038 174 A1 und WO 00/37789 A1 zeigen Verfahren zum Entfernen einer gehärteten Beschichtung von einer Zylinderlaufbahn, bei denen die Beschichtung beginnend von der Vorderseite der Beschichtung her bis in das Substrat hinein erfolgt, um eine Fase in die Beschichtung und daran angrenzende Substratbereiche einzubringen.
DE 10 2010 035 641 A1 beschreibt ein Honverfahren, bei dem lediglich ein Teil der Beschichtung entfernt wird, um in der Beschichtung vorhandene Poren zum Zwecke der Ölrückhaltung freizulegen. Ein kompletter Abtrag der Beschichtung ist dort nicht erwähnt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entfernen eines Teilbereichs einer durch thermisches Spritzen aufgebrachten Beschichtung von einem Substrat anzugeben, bei welchem der Werkzeugverschleiß reduziert ist.
OF FE N BARU N G DER ERF I N DU N G
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere durch ein Verfahren, bei welchem der zu entfernende Teilbereich durch ein spanabhebendes Verfahren derart entfernt wird, dass ein Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung erfolgt, wobei zum Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung wenigstens ein relativ zu dem Substrat um eine Rotationsachse rotierendes spanabhebendes Werkzeug relativ zu dem Substrat entlang einer Vorschubrichtung, welche parallel zu einer die Beschichtung aufweisenden Fläche verläuft, versetzt wird, wobei zusammen mit der Beschichtung auch eine unmittelbar an die Beschichtung angrenzende Substratschicht abgetragen wird und das Werkzeug, in Vorschubrichtung betrachtet, tiefer in das Substrat eindringt als in die zu entfernende Beschichtung, d.h. mit zunehmendem radialen Abstand von der Rotationsachse dringt das Werkzeug in Vorschubrichtung betrachtet tiefer oder weiter in das Werkstück ein und hinterschneidet somit mit einem radial außen liegenden Teilabschnitt einer Schneidkante des Werkzeugs die Beschichtung. Ein Hinterschneiden bedeutet in diesem Fall, dass nicht die zu entfernende, gehärtete Beschichtung an sich werkzeugbearbeitet wird, sondern durch ein spannendes Verfahren der Materialbereich des Werkstücks entfernt wird, auf dem die Beschichtung angebracht ist. Da dieser Materialbereich eine geringere Härte aufweist, kann die Beschichtung mit relativ geringem Aufwand zumindest bereichsweise abgetragen werden. Somit trägt das Werkzeug die zu entfernende Beschichtung seitlich ab. Unter einem seitlichen Abtragen ist zu verstehen, dass der Abtrag in einer Querrichtung zu einer Flächenorthogonalen der beschichteten Fläche erfolgt, und zwar in Vorschubrichtung. Eine Schneidkante des Werkzeugs ist durch eine während der Bearbeitung über sie hinweg fließende relativ weiche Substratschicht, z.B. eine Aluminiumschicht, geschützt, so dass ein Kontakt mit dem harten Beschichtungsmatenal reduziert oder vermieden wird. Die Dicke der abgetragenen Substratschicht kann nur wenige Zehntelmillimeter betragen. Wenn es sich bei dem Substrat z.B. um eine Zylinderwand eines Zylinders eines Kurbelgehäuses handelt, erfolgt demnach ein Materialabtrag im Wesentlichen in Axialrichtung des Zylinders.
Es kann zu Beginn des Entfernungsverfahrens erforderlich sein, durch die Beschichtung hindurch einen Durchstich anzubringen, wonach im weicheren Trägermaterial der Beschichtung die weitere Bearbeitung erfolgt. Hierzu weist das Abtragwerkzeug in der Regel eine Schneidrichtung der Schneidkante auf, die vom Radius einer drehenden Arbeitsbewegung abgewinkelt ist, um eine Hinterschneidung der Beschichtung herstellen zu können.
Durch das Hinterschneiden befindet sich das Werkzeug in einem Arbeitswinkel zu der Beschichtung, bei dem der Verschleiß des Werkzeugs reduziert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Vorteilhafterweise ist das spanabhebende Werkzeug eine Schneidplatte.
Vorteilhafterweise verläuft die Vorschubrichtung parallel zu der Rotationsachse. Das Werkzeug kann beispielsweise an einer rotierenden Spindel gehalten sein. Alternativ kann auch das Werkzeug nicht rotierend gelagert sein und das Substrat wird rotiert.
Das Werkzeug kann beispielsweise entlang der Vorschubrichtung verstellbar sein. Alternativ kann auch das Substrat entlang der Vorschubrichtung verstellbar sein. Vorteilhafterweise ist das Werkzeug an einer rotierenden, entlang der Vorschubrichtung verstellbaren Spindel gehalten.
Vorteilhafterweise ist das Werkzeug derart gehalten, dass eine zum Abtragen der Beschichtung vorgesehene Schneidkante des Werkzeugs schräg zu der Vorschub- richtung verläuft, insbesondere in einem Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50°. Ein Freiflächenwinkel der Schneidkante kann beispielsweise 10° bis 25°, vorzugsweise 15° bis 20° und insbesondere 16° bis 17° betragen.
Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Erzeugen einer hinterschneidungsfreien Nut, insbesondere einer Ringnut, in einem Teilabschnitt des zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung. Der Teilabschnitt dient insbesondere dem Einführen des Werkzeugs in eine Startposition, bevor das seitliche Abtragen der Beschichtung durch Hinterschneiden der Beschichtung durchgeführt wird. Das Erzeugen der Nut erfolgt insbesondere mit einem anderen Werkzeug als dem für das seitliche Abtragen der Beschichtung vorgesehenen Werkzeug, insbesondere mittels eines bevorzugt rotierenden Schleifwerkzeugs. Die Nut erstreckt sich vorzugsweise durch die zu entfernende Schicht hindurch und insbesondere in das Substrat hinein. Der Teilabschnitt, in den die Nut eingebracht wird, ist in der Regel wesentlich kleiner als der gesamte zu entfernende Teilbereich der Beschichtung, und vorzugsweise gerade so groß, dass das Werkzeug in der Nut aufgenommen wird, um in eine zum Hinterschneiden der Beschichtung geeignete Startposition zu gelangen. Die Fläche der Nut beträgt insbesondere weniger als 50%, vorteilhafterweise weniger als 25%, bevorzugt weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% der Fläche der zu entfernenden Teilbereichs der Beschichtung. Dadurch wird gewährleistet, dass der Werkzeugverschleiß des hinterschneidenden Werkzeugs möglichst gering ist. Sofern es sich bei dem Substrat um eine Zylinderwand eines Zylinders eines Kurbelgehäuses handelt, kann der zu entfernende Teilbereich der Beschichtung in einem Endabschnitt, insbesondere einem kurbelwellenseitigen Endabschnitt des Zylinders, insbesondere im Bereich eines Honfreigangs, vorgesehen sein. Mit der erfindungsgemäßen Nachbearbeitung kann ein sogenannter Honfreigang, d.h. eine ringartige Aussparung, bearbeitet oder erzeugt oder zumindest das einer Erzeugung des Honfreigangs vorausgehende Entfernen der Beschichtung vorgenommen werden. Nach Erzeugen des Honfreigangs kann die auf den ersten Teilbereich aufgebrachte Be- Schichtung gehont werden. Der Honfreigang wird benötigt, damit ein Honwerkzeug sauber auslaufen kann.
In einem nebengeordneten Aspekt wird ein Zerspannungswerkzeug, insbesondere ein Schleifwerkzeug zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens vorgeschla- gen. Das Werkzeug umfasst einen an einer Spindel befestigten Werkzeughalter, der zumindest ein, insbesondere zwei radial gegenüberliegende Schneidkanten, bevorzugt auf Schneidplatten angeordnete Schneidkanten, aufweist, die radial verstellbar sind. Die Schneidkanten können in Richtung Spindel oder an einer der Spindel abgewandten Seite am Werkzeughalter angeordnet sein, um durch eine Zug- oder Druckbewegung der Spindel ein Abfräsen der Substratschicht zu ermöglichen.
Somit umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Werkzeuganordnung einen eine Rotationsachse aufweisenden Werkzeughalter und wenigstens ein eine Schneidkante aufweisendes spanabhebendes Werkzeug, welches an dem Werkzeughalter fest oder lösbar befestigt ist, wobei die Schneidkante von der Rotationachse beabstandet ist, und wobei eine entlang der Schneidkante verlaufende Gerade mit der Rotationsachse einen spitzen Winkel einschließt, so dass sich der Abstand eines Punktes auf der Schneidkante von einer gedachten, orthogonal zur Rotationsachse verlaufenden Stirnfläche mit zunehmendem Abstand dieses Punktes von der Rotationsachse vergrößert. Der Winkel zwischen der Schneidkante und der Rotationsachse beträgt insbesondere zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°. Diese Werkzeuganordnung ermöglicht ein effizientes Hinterschneiden des gehärteten Substrats mit einer niedrigen Verschleißrate und hoher Standzeit der Werkzeuganordnung. Eine radiale Verstellung der Schneidkanten nach Einfahren der Spindel in das Innere eines Hohlzylinders, z.B. in eine Motorgehäusen-Zylinderbuchse ermöglicht im Inneren ein Ausfahren der Schneidkanten und Hinterschneiden der harten Zylinderwandung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Werkzeughalter werden nachfolgend beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
ZE ICH N U N G EN Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen: Fig. 1 bis 7 zeigen Schnittansichten eines zu bearbeitenden Werkstücks und der erforderlichen Werkzeuge und erläutern den zeitlichen Ablauf des Verfahrens;
Fig. 8 zeigt verschiedene Ansichten eines Werkzeughalters mit zwei Werkzeugen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 9 zeigt verschiedene Ansichten des Werkzeughalters von Fig.8;
Fig. 10 zeigt verschiedene Ansichten eines Werkzeughalters mit zwei Werkzeugen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht eines Werkzeugs während des Abtragens einer Beschichtung eines Substrats; Fig. 12 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittansicht von Fig. 1 1 .
Ein exemplarischer Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Figuren 1 bis 7 dargestellt.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es wird beispielhaft das Abtragen eines Teilbereichs 22 einer harten Beschichtung 20 erläutert, die durch ein thermisches Spritzverfahren auf einem weichen Substrat, nämlich einer Innenfläche oder Zylinderwand 12 eines Zylinders 10 eines Aluminium- Kurbelgehäuses 14 eines Verbrennungsmotors aufgebracht wurde.
In Schritt 1 (Fig. 1 ) wird ein rotierbares, im Ausführungsbeispiel konisches Schleif- Werkzeug 16 in einer Mittelposition den Zylinder 10 eingeführt.
In Schritt 2 (Fig. 2) wird das rotierende Schleifwerkzeug 16 auf einer weiter werdenden Kreisbahn an der beschichteten Zylinderwand 12 entlanggeführt, um in radialer Richtung eine Ringnut 18 oder Fase in die Beschichtung 20 einzuschleifen. Da der abzuschleifende Teilabschnitt der Ringnut 18 klein gegenüber einem zu entfernenden Teilbereich 22 der Beschichtung 20 ist, hält sich der Werkzeugverschleiß in Grenzen. In Schritt 3 (Fig. 3) wird das rotierbare Schleifwerkzeug 16 in die Mittel position zurückgefahren und aus dem Zylinder 10 zurückgezogen.
In Schritt 4 (Fig. 4) wird entgegen einer Vorschubrichtung V ein an einer Spindel 24 befestigter Werkzeughalter 26 in den Zylinder 10 eingefahren. Die Spindel 24 ist in und entgegengesetzt der Vorschubrichtung V verstellbar und um eine der Symmet- rieachse S des Zylinders 10 entsprechende Rotationsachse rotierbar.
An einer End- oder Stirnseite des Werkzeughalters 26 sind zwei einander gegenüberliegende, in radialer Richtung verstellbare Klemmbacken 28 vorgesehen, in denen eine jeweilige Schneidplatte 30 als spanabhebendes Werkzeug gehalten ist. Der Werkzeughalter 26 ist nochmals in Fig. 10 mit eingefahrenen (oben) und ausge- fahrenen (unten) Klemmbacken 28 dargestellt.
In Schritt 5 (Fig. 5) werden die Spindel 24 mit dem Werkstückhalter 26 rotiert und die Klemmbacken 28 radial ausgefahren oder ausgesteuert, so dass die Schneidplatten 30 mit ihren Schneidkanten 32 in die zuvor eingeschliffene Fase oder Ringnut 18 eintauchen. In Schritt 6 (Fig. 6) wird der rotierende Werkstückhalter 26 in Vorschubrichtung V entlang der Rotations- bzw. Symmetrieachse S versetzt. Die Schneidkanten 32 der Schneidplatten 30 hinterschneiden dabei die Beschichtung 20 und tragen diese seitlich ab, was detailliert auch in Fig. 1 1 und 12 dargestellt ist. Es wird auch eine dünne Schicht des Substrats, d.h. des Kurbelgehäuses 14 abgetragen. Das Abtragen der Beschichtung 20 durch eine der Schneidkanten 32 ist vergrößert in Fig. 10 und 1 1 dargestellt.
In Schritt 7 (Fig. 7) werden die Klemmbacken 28 in ihre Ausgangspositionen radial eingefahren oder eingesteuert. Der Werkstückhalter 26 wird in Vorschubrichtung V aus dem Zylinder 10 ausgefahren. Eine alternative Ausführungsform eines Werkzeughalters 126, der ebenfalls zwei radial verstellbare Klemmbacken 128 aufweist, in denen eine jeweilige Schneidplatte 130 mit einer Schneidkante 132 als spanabhebendes Werkzeug gehalten ist, ist in Fig. 8 und 9 gezeigt. Während bei dem Werkzeughalter 26 die Schneidplatten 30 auf einer der Spindel 24 zugewandte Seite des Werkzeughalters 26 angeordnet sind, sind die Schneidplatten 130 bei dem Werkzeughalter 126 gemäß Fig. 8 und 9 die Schneidplatten 130 auf der einer Spindel 124 abgewandten Seite angeordnet, so dass in Abhängigkeit vom Anwendungsfall der Abtrag der Beschichtung 20 in einer Vorschubrichtung erfolgen kann, die der Vorschubrichtung V von Fig. 1 bis 7 entge- gengesetzt ist.
Der Werkzeughalter 26 bzw. 126 kann vorteilhafterweise eine Innenkühlung aufweisen, bei welcher Kühlmittel über im Inneren der Spindel 24, 124 und des Werkzeughalters 26,126 vorgesehene Kühlmittelkanäle an die Schneidplatten 30, 130 zugeführt wird. Die Werkzeuganordnung und die Geometrie der Schneidplatte sind im Detail in den Figs. 10 bis 12 dargestellt.
Bezugszeichenliste
Zylinder
Zylinderwand
Kurbelgehäuse, Substrat
Schleifwerkzeug
Ringnut
Beschichtung
Teilbereich
, 124 Spindel
, 126 Werkzeughalter
, 128 Klemmbacke
, 130 Schneidplatte
, 132 Schneidkante

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Entfernen eines Teilbereichs (22) einer Beschichtung (20) von einem Substrat (14), wobei der zu entfernende Teilbereich durch ein spanabhebendes Verfahren derart entfernt wird, dass ein Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs (22) der Beschichtung (20) erfolgt, wobei zum Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs (22) der Beschichtung (20) wenigstens ein relativ zu dem Substrat (14) um eine Rotationsachse rotierendes spanabhebendes Werkzeug relativ zu dem Substrat (14) entlang einer Vorschubrichtung (V), welche parallel zu einer die Beschichtung (20) aufweisenden Fläche verläuft, versetzt wird, wobei zusammen mit der Beschichtung (20) auch eine unmittelbar an die Beschichtung (20) angrenzende Substratschicht abgetragen wird und das Werkzeug, in Vorschubrichtung (V) betrachtet, tiefer in das Substrat (14) eindringt als in die zu entfernende Beschichtung (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das spanabhebende Werkzeug eine Schneidplatte (30, 130) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubrichtung (V) ferner parallel zu der Rotationsachse verläuft.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Zylinderwand (12) eines Zylinders (10) eines Kurbelgehäuses (14) ist, wobei die Vorschubrichtung (V) in Axialrichtung des Zylinders (10) verläuft.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug an einer rotierenden Spindel (24, 124) gehalten ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug nicht rotierend gelagert ist und das Substrat (14) rotiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug entlang der Vorschubrichtung (V) verstellbar ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (14) entlang der Vorschubrichtung (V) verstellbar ist.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug derart gehalten ist, dass eine zum Abtragen der Beschichtung (20) vorgesehene Schneidkante (32, 132) des Werkzeugs schräg zu der Vorschubrichtung (V) verläuft, insbesondere in einem Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50°.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Teilbereichs (22) der Beschichtung (20) ein Erzeugen einer hinterschneidungsfreien Nut, insbesondere einer Ringnut (18), in einen Teilabschnitt des zu entfernenden Teilbereichs (22) der Beschichtung (20) umfasst, wobei das Erzeugen der Nut insbesondere mit einem anderen Werkzeug als dem für das Hinterschneiden des zu entfernenden Teilbereichs (22) der Beschichtung (20) vorgesehenen Werkzeug erfolgt.
1 1 . Zerspannungswerkzeug, insbesondere Schleifwerkzeug (16) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, umfassend einen an einer Spindel (24, 124) befestigter Werkzeughalter (26, 126), der zumindest ein, insbesondere zwei radial gegenüberliegende Schneidkanten, bevorzugt auf Schneidplatten (30, 130) angeordnete Schneidkanten (32, 132), aufweist, die radial verstellbar sind.
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