WO2021228802A1 - Kombinationswerkzeug zur feinbearbeitung von bohrungen - Google Patents

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WO2021228802A1
WO2021228802A1 PCT/EP2021/062403 EP2021062403W WO2021228802A1 WO 2021228802 A1 WO2021228802 A1 WO 2021228802A1 EP 2021062403 W EP2021062403 W EP 2021062403W WO 2021228802 A1 WO2021228802 A1 WO 2021228802A1
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friction
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Andreas KURRLE
Bernd Sihling
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Diahon Werkzeuge Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D77/00—Reaming tools
    • B23D77/02—Reamers with inserted cutting edges
    • 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
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B24B33/027—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes using an unexpandable tool
    • 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
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/08—Honing tools

Definitions

  • the invention relates to a tool for the fine machining of bores.
  • the production of holes with high dimensional accuracy and surface quality usually takes place in a multi-stage process.
  • rough machining of the workpiece is carried out by means of drilling, milling or fine spindles; This is followed by finishing machining of the bore, for example by means of a reaming process, and a final fine machining, in particular by means of honing.
  • WO 84/03461 describes a drilling tool with a tool body comprising a drilling section, a friction section and a honing section.
  • This combination of several differently designed sections in a single drilling tool is intended to enable machining of a wide range of different materials.
  • the friction section serves in particular to facilitate the removal of tough chips when drilling into soft Ma materials, while the honing section is then intended to smooth the inner wall of the bore.
  • the combination tool known from WO 84/03461 is not suitable for producing bores with a large diameter, for example connecting rods or cylinder bores.
  • the raw shape of the workpiece is typically first subjected to roughing, for example by means of a fine spindle, before fine machining of the bore can be carried out by means of honing.
  • a combination of a drilling section with a honing section on a single tool body does not make sense.
  • the object of the present invention is to propose a tool for machining bores which, when used, can circumvent the above-mentioned problems.
  • a tool according to the invention for the fine machining of bores comprises a tool body on which a friction section and a honing section are arranged, the honing section being designed in such a way that axial guidance of the tool can be achieved during operation.
  • axial guidance means that the axes of rotation of both the Honing section and the friction section are aligned in the feed direction during operation.
  • the honing section fulfills a double function, namely on the one hand the internal machining of bores and on the other hand guiding the upstream friction section so that a good straightness of the bore can be achieved.
  • This advantageous property of the tool can in particular be achieved in that the ratio of the axial extent of the honing section to the axial extent of the friction section is at least 2. Additionally or alternatively, it can be advantageous if the honing section is spaced apart from the friction section in the axial direction by less than the outer diameter of the tool between the sections. In other words, in this case the honing section and the friction section follow each other briefly in the axial direction, that is to say in the feed direction of the tool.
  • the tool body is provided with honing stones in the honing section.
  • This design of the tool has the advantage that an outer diameter of the honing section is independent of the outer diameter of the Friction section can be selected.
  • the honing stones act as guide strips for the friction section and ensure that the friction section is guided in line with the bore to be machined while the bore is being machined.
  • the outside diameter of the honing section is advantageous to choose to be somewhat larger than the outside diameter of the friction section, so that the honing stones protrude radially beyond the friction section.
  • the honing stones of the Honab section then cause the tool to jam in the bore to be machined during machining. With such a design of the tool, withdrawal grooves of the reaming cutting edges when the tool is withdrawn from the borehole can be effectively avoided.
  • the outer diameter of the honing section it has proven to be useful to choose the outer diameter of the honing section to be approximately 20 ⁇ m larger than the outer diameter of the friction section.
  • the honing stones are firmly connected to the work tool body, in particular attached to the tool body by means of a soldered or adhesive connection; a screw connection is also conceivable.
  • the honing stones can be arranged on the tool body such that they can be advanced and adjusted radially in advance and / or during the process with the aid of a suitable adjustment mechanism. In this way, compared to fixed honing stones, better centering of the tool and thus improved guidance can be achieved even over longer machining times or downtimes.
  • the friction section is advantageously designed with multiple blades; it can in particular also be designed as a friction ring. Furthermore, the friction section can comprise one or more indexable inserts.
  • the combination of a rubbing section and a honing section on a single tool body enables the cycle time to be reduced, since - in contrast to the otherwise usual method of working with separate tools - the two machining operations of reaming and honing can be carried out in a single process step without changing tools.
  • the inventive Gestal device of the honing section with honing stones which advantageously radially over the The friction section protrudes, ensures the production of high quality bores, the honing stones functioning as guide strips for the friction section.
  • the design according to the invention still enables higher feed rates.
  • Figure 1 is a perspective view of a tool according to the invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of the tool of FIG. 1;
  • Figure 3 shows a detailed view of the tool according to the section III in Figure 2.
  • Figures 1 and 2 show a perspective view and a sectional view of a he inventive tool 10 for fine machining of bores 8 in workpieces 6.
  • the tool 10 comprises a tool body 11, the is provided at the end with a receiving section 12 for receiving in a machine tool (not shown in the figures).
  • a friction section 20 and a honing section 25 for machining the bores 8.
  • the tool 10 has a long shaft between the receiving section 12 and the friction section 20 15 in order to facilitate or enable the machining of difficult-to-access component areas in the workpiece 6.
  • FIG. 1 and 2 show a perspective view and a sectional view of a he inventive tool 10 for fine machining of bores 8 in workpieces 6.
  • the tool 10 comprises a tool body 11, the is provided at the end with a receiving section 12 for receiving in a machine tool (not shown in the figures).
  • a friction section 20 and a honing section 25 for machining the
  • FIG. 3 shows a detailed view of a section of the area 13 of the tool body 11 with the friction section 20 and part of the honing section 25.
  • the friction section 20 comprises a friction ring 22 with several rubbing cutters 23 are connected to the tool body 11.
  • the honing stones 27 protrude from the tool body 11 in such a way that the outer diameter 26 of the honing section 25 is approximately 10-30 ⁇ m larger than the outer diameter 21 of the friction section 20.
  • the honing section 25 comes into engagement with the bore 8. Now the honing section 25 machined the inner surface 9 of the bore 8 and provides it with a desired honing pattern, in particular a cross-cut. Since the outer diameter 26 of the honing section 25 is slightly larger than the outer diameter 21 of the friction section 20, a sufficiently good fit of the honing section 25 in the drilling and thus reliable guidance of the tool 10 is achieved.
  • the honing strips 27 serve as guide strips for the tool 10 in the workpiece and ensure a highly precise alignment of the tool 10 with respect to the bores 8.
  • the honing stones 27, due to the larger outer diameter 26, prevent the friction cutting edges of the friction ring 22 from leaving retraction marks in the bore wall 9. High-quality bores 8 with fault-free inner surfaces can thus be produced.
  • the honing stones 27 can also be advanced in the tool body and adjusted to the desired outer diameter by an infeed mechanism.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (10) zur Feinbearbeitung von Bohrungen. Das Werkzeug (10) umfasst einen Werkzeugkörper (11) mit einem Reibabschnitt (20) und einem Honabschnitt (25) und ermöglicht somit eine Kombination der Reib- und Honbearbeitung der Bohrungen mit einem einzigen Werkzeug. Dabei ist der Honabschnitt (26) derart ausgeführt, dass eine axiale Führung des Werkzeuges (10) im Betrieb erreicht werden kann.

Description

Kombinationswerkzeuq zur Feinbearbeitung von Bohrungen
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen.
Die Herstellung von Bohrungen hoher Maßhaltigkeit und Oberflächengüte erfolgt üb licherweise in einem mehrstufigen Verfahrensablauf. Dabei wird zunächst eine Grob bearbeitung des Werkstücks mittels Bohren, Fräsen oder Feinspindeln durchgeführt; auf diese folgt eine Schlichtbearbeitung der Bohrung, beispielsweise mittels eines Reibverfahrens, und eine abschließende Feinstbearbeitung, insbesondere mittels Honen.
WO 84/03461 beschreibt ein Bohrwerkzeug mit einem Werkzeugkörper, der einen Bohrabschnitt, einen Reibabschnitt und einen Honabschnitt umfasst. Diese Kombina tion mehrerer unterschiedlich gestalteter Abschnitte in einem einzigen Bohrwerkzeug soll eine Bearbeitung eines weiten Spektrums unterschiedlicher Werkstoffe ermögli chen. Hierbei dient der Reibabschnitt insbesondere dazu, beim Bohren in weiche Ma terialien die Entfernung zäher Späne zu erleichtern, während der Honabschnitt anschließend die Innenwand der Bohrung glätten soll. Bei dem in der genannten Schrift beschriebenen Werkzeug kann es leicht Vorkommen, dass die scharfen Schneidkanten der Reibabschnitte oder des Bohrers in die Bohrungswand eingreifen und diese verletzen, insbesondere bei einem nicht perfekten Rundlauf des Werkzeu ges, was fast immer der Fall ist.
Weiterhin eignet sich das aus WO 84/03461 bekannte Kombinationswerkzeug nicht zur Herstellung von Bohrungen mit großem Durchmesser, beispielsweise Pleuelau gen oder Zylinderbohrungen. Bei der Bearbeitung solcher Bohrungen wird die Rohform des Werkstücks typischerweise zunächst einer Schruppbearbeitung, bei spielsweise mittels Feinspindeins, unterzogen, bevor eine Feinbearbeitung der Boh rung mittels Honens durchgeführt werden kann. In diesem Fall ist also eine Kombination eines Bohrabschnitts mit einem Honabschnitt auf einem einzigen Werk zeugkörper nicht sinnvoll. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug zur Bearbeitung von Boh rungen vorzuschlagen, bei dessen Verwendung die oben genannten Probleme um gangen werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des unabhängi- gen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Va rianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen umfasst ei nen Werkzeugkörper, auf dem ein Reibabschnitt und ein Honabschnitt angeordnet sind, wobei der Honabschnitt derart ausgeführt ist, dass eine axiale Führung des Werkzeuges im Betrieb erreicht werden kann. Unter einer axialen Führung ist in die sem Zusammenhang zu verstehen, dass die Rotationsachsen sowohl des Honab schnittes als auch des Reibabschnittes im Betrieb in Vorschubrichtung fluchten. Dadurch kann eine verbesserte, reproduzierbar maßhaltige kombinierte Bearbeitung insbesondere langer, dünner und auch unterbrochener Bohrungen gewährleistet wer- den. Der Honabschnitt erfüllt erfindungsgemäß also eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die Innenbearbeitung von Bohrungen und zum anderen die Führung des vorgeschalteten Reibabschnittes, so dass eine gute Geradheit der Bohrung erreicht werden kann.
Diese vorteilhafte Eigenschaft des Werkzeuges kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Verhältnis der axialen Erstreckung des Honabschnitts zu der axia len Erstreckung des Reibabschnittes mindestens 2 beträgt. Zusätzlich oder alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn der Honabschnitt von dem Reibabschnitt in axialer Richtung um weniger als den Außendurchmesser des Werkzeugs zwischen den Ab schnitten beabstandet ist. Mit anderen Worten folgen in diesem Fall der Honabschnitt und der Reibabschnitt in axialer Richtung, also in Vorschubrichtung des Werkzeuges, kurz aufeinander.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Werkzeugkörper im Honabschnitt mit Honleisten versehen. Diese Gestaltung des Werkzeugs hat den Vorteil, dass ein Außendurchmesser des Honabschnitts unabhängig vom Außendurchmesser des Reibabschnitts gewählt werden kann. Die Honleisten wirken während der Bearbei tung der Bohrung als Führungsleisten für den Reibabschnitt und stellen sicher, dass der Reibabschnitt während der Bohrungsbearbeitung gerade fluchtend in der zu be arbeitenden Bohrung geführt wird.
Es ist vorteilhaft, den Außendurchmesser des Honabschnitts etwas größer als den Außendurchmesser des Reibabschnitts zu wählen, so dass die Honleisten radial über den Reibabschnitt hinausragen. Dann bewirken die Honleisten des Honab schnitts während der Bearbeitung eine Klemmung des Werkzeugs in der zu bearbei tenden Bohrung. Bei einer solchen Gestaltung des Werkzeugs können Rückzugsriefen der Reibschneiden beim Zurückziehen des Werkzeugs aus der Boh rung wirksam vermieden werden. In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Außendurchmesser des Honabschnitts um etwa 20 pm größer als den Außen durchmesser des Reibabschnitts zu wählen.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sind die Honleisten fest mit dem Werk zeugkörper verbunden, insbesondere mittels einer Löt- oder Klebeverbindung am Werkzeugkörper befestigt; auch eine Verschraubung ist denkbar. Alternativ können die Honleisten zustellbar auf dem Werkzeugkörper angeordnet sein und im Vorfeld und/oder prozessbegleitend mit Hilfe eines geeigneten Verstellmechanismus radial eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich gegenüber festen Honleisten eine bes sere Zentrierung des Werkzeuges und damit eine verbesserte Führung auch über längere Bearbeitungs- oder Standzeiten hinweg erreichen.
Der Reibabschnitt ist vorteilhafterweise mehrschneidig gestaltet; er kann insbeson dere auch als Reibring ausgebildet sein. Weiterhin kann der Reibabschnitt eine oder mehrere Wendeschneidplatten umfassen.
Die Kombination eines Reibabschnitts und eines Honabschnitts auf einem einzigen Werkzeugkörper ermöglichen eine Reduktion der Taktzeit, da - im Unterschied zur ansonsten üblichen Arbeitsweise mit getrennten Werkzeugen - die beiden Bearbei tungsoperationen des Reibens und des Honens in einem einzigen Prozessschritt ohne Werkzeugwechsel durchgeführt werden können. Die erfindungsgemäße Gestal tung der Honabschnitts mit Honleisten, welche vorteilhafterweise radial über den Reibabschnitt hinausragen, gewährleistet die Herstellung qualitativ hochwertiger Bohrungen, wobei die Honleisten als Führungsleisten für den Reibabschnitt fungie ren. Im Vergleich zu herkömmlichen einschneidigen Reibahlen mit Führungsleisten ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung weiterhin höhere Vorschübe. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
Figur 2 eine Schnittansicht des Werkzeugs der Figur 1 ;
Figur 3 eine Detailansicht des Werkzeugs gemäß dem Ausschnitt III in Figur 2. Figur 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht eines er findungsgemäßen Werkzeugs 10 zur Feinbearbeitung von Bohrungen 8 in Werkstü cken 6. Das Werkzeug 10 umfasst einen Werkzeugkörper 11 , der endseitig mit einem Aufnahmeabschnitt 12 zur Aufnahme in einer (in den Figuren nicht gezeigte) Werkzeugmaschine versehen ist. An einem dem Aufnahmeabschnitt 12 gegenüber- liegenden Ende 13 des Werkzeugkörpers 11 befindet sich ein Reibabschnitt 20 und ein Honabschnitt 25 zur Bearbeitung der Bohrungen 8. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 weist das Werkzeug 10 zwischen dem Aufnahmeabschnitt 12 und dem Reibabschnitt 20 einen langen Schaft 15 auf, um die Bearbeitung schwer zu gänglicher Bauteilbereiche im Werkstück 6 zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Figur 3 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnitts des Bereichs 13 des Werkzeugkör pers 11 mit dem Reibabschnitt 20 und einem Teil des Honabschnitts 25. Der Reibab schnitt 20 umfasst einen Reibring 22 mit mehreren Reibschneiden 23. Im Honabschnitt 25 befinden sich mehrere Honleisten 27, die durch Klebeverbindungen mit dem Werkzeugkörper 11 verbunden sind. Die Honleisten 27 ragen im gezeigten Beispiel in einer solchen Weise aus dem Werkzeugkörper 11 heraus, dass der Au ßendurchmesser 26 des Honabschnitts 25 um etwa 10 - 30 pm größer ist als der Au ßendurchmesser 21 des Reibabschnitts 20. Bei der Bearbeitung des Werkstücks 6 (Richtungspfeil 30 in Figur 1) dringt zunächst der Reibabschnitt 20 in die Bohrung 8 ein. Die dem Werkzeug 10 zugewandte Innen fläche 9 der Bohrung 8 wird durch den Reibabschnitt 20 spanend bearbeitet, wodurch der Durchmesser der Bohrung 8 auf den Außendurchmesser 21 des Reibabschnitts 20 vergrößert wird. Bei weiterem Vorschub des Werkzeugs 10 (Rich tungspfeil 30) kommt der Honabschnitt 25 in Eingriff mit der Bohrung 8. Nun bearbei tet der Honabschnitt 25 die Innenfläche 9 der Bohrung 8 und versieht sie mit einem gewünschten Honmuster, insbesondere einem Kreuzschliff. Da der Außendurchmes ser 26 des Honabschnitts 25 etwas größer ist als der Außendurchmesser 21 des Reibabschnitts 20 wird ein ausreichend guter Sitz des Honabschnitts 25 in der Boh rung und damit eine zuverlässige Führung des Werkzeugs 10 erreicht.
Bei einem weiteren Vorschub des Werkzeugs 10 in das Werkstück 6 dienen die Hon leisten 27 als Führungsleisten für das Werkzeug 10 im Werkstück und gewährleisten eine hochgenaue fluchtende Ausrichtung des Werkzeugs 10 gegenüber den Bohrun- gen 8. Beim Rückzug des Werkzeugs 10 aus dem Werkstück 6 (Richtungspfeil 31 in Figur 1) nach vollendeter Bearbeitung verhindern die Honleisten 27 aufgrund des größeren Außendurchmessers 26, dass die Reibschneiden des Reibrings 22 Rück zugsriefen in der Bohrungswandung 9 hinterlassen. Somit können qualitativ hoch wertige Bohrungen 8 mit fehlerfreien Innenflächen erzeugt werden. Alternativ zu der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausgestaltung, bei der die Honleis ten 27 durch Löten oder Kleben am Werkzeugkörper 11 befestigt sind, können die Honleisten auch zustellbar im Werkzeugkörper geführt sein und durch einen Zustell mechanismus auf den gewünschten Außendurchmesser eingestellt werden.
Bezugszeichenliste
6 Werkstück
8 Bohrung
9 Innenfläche der Bohrung
10 Werkzeug
11 Werkzeugkörper
12 Aufnahmeabschnitt
13 gegenüberliegendes Ende des Werkzeugkörpers
15 Schaft
20 Reibabschnitt
21 Außendurchmesser Reibabschnitt
22 mehrschneidiger Reibring
23 Reibschneiden
25 Honabschnitt
26 Außendurchmesser Honabschnitt
27 Honleisten
30 Richtungspfeil Vorschub
31 Richtungspfeil Rückzug

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeug (10) zur Feinbearbeitung von Bohrungen (8) in einem Werkstück (6), mit einem Werkzeugkörper (11), der einen Reibabschnitt (20) und einen Honabschnitt (25) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Honabschnitt (26) derart ausgeführt ist, dass eine axiale Führung des Werkzeuges (10) im Betrieb erreicht werden kann.
2. Werkzeug (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der axialen Erstreckung des Honabschnitts (25) zu der axialen Erstreckung des Reibabschnittes (20) mindestens 2 beträgt.
3. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Honabschnitt (25) von dem Reibabschnitt (20) in axialer Richtung um we niger als den Außendurchmesser des Werkzeugs zwischen den Abschnitten (20,25) beabstandet ist.
4. Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) im Honabschnitt (25) Honleisten (27) aufweist.
5. Werkzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (27) radial über einen Außendurchmesser (21) des Reibab schnitts (20) hinausragen.
6. Werkzeug (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (27) fest mit dem Werkzeugkörper (11 ) verbunden sind.
7. Werkzeug (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (27) mit dem Werkzeugkörper (11) verlötet sind.
8. Werkzeug (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (27) radial verstellbar auf dem Werkzeugkörper (11) angeord net sind.
9. Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibabschnitt (20) mehrschneidig ausgebil- det ist
10. Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibabschnitt (20) einen Reibring (22) umfasst.
11. Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibabschnitt (20) mindestens eine Wendeschneidplatte umfasst.
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