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Neue koaxiale Grob- und Feinbearbeitung –
Reiben und Honen im Kombiwerkzeug
STAND DER TECHNIK
In den meisten Fällen werden der-
zeitig in der industriellen Fertigung
Funktionsbohrungen durch Grobbe-
arbeitungen und anschließend durch
Feinbearbeitungen auf die erforderli-
che funktionsnotwendige Endquali-
tät gebracht. In der Regel sind dafür
verschiedene Bearbeitungsverfahren
bzw. Werkzeuge notwendig, welche
hintereinandergeschaltet durch Werk-
zeugwechsel zum Einsatz kommen.
Die Grobbearbeitung im Abtragsbe-
reich von bis ca. 0,5mm im Durchmes-
ser erfolgt vorwiegend durch Bohren,
Drehen oder Reiben, die Feinbearbei-
tung von bis zu 0,1mm im Durchmes-
ser durch Reiben und verschiedene
Honverfahren bzw. Honverfahrens-
kombinationen. Nach dem Stand der
Technik wurden Steuergehäuseboh-
rungen gemäß Bild 1 mit den Boh-
rungsabmessungen von Durchmes-
____von Ulrich Klink und Martin Dellin
Foto
s: IH
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link
Bild 1: Koaxiale Grob- und Feinbearbeitung - Reiben und Honen mittels Kombiwerkzeug FDream von Diahon [3]
Die Neuentwicklung betrifft ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen. Die funktionsbe-
dingt hohen Qualitätsanforderungen an Bohrungen machen oft viele Bearbeitungsoperationen in
der industriellen Fertigung erforderlich. Besonders diffizile Bauteilbohrungen, wie bei Steuerge-
häusen, mit Ringnuten, verschieden langen Stegbreiten und schlechter Anlieferungsqualität der
Rohbohrung sind eine fertigungstechnische Herausforderung. Mit der Neuentwicklung ist es ge-
lungen, Reiben und Honen hintereinander zu schalten und koaxial in ein Werkzeug zu integrieren.
Mit dieser Technik können mehrere Bearbeitungsstufen eliminiert und die Wirtschaftlichkeit und
Qualität weiter verbessert und zukunftsfähig gemacht werden. Dieses Reibhonwerkzeug wurde von
der Firma Diahon als FDream-Werkzeug erfolgreich entwickelt und inzwischen zur Produktionsrei-
fe gebracht. Das Kombiwerkzeug ist durch das eingetragene Gebrauchsmuster DE20 2020 102 652
U1 geschützt. Im Folgenden wird exemplarisch an einem relativ komplexen Bauteil, einem Steuer-
gehäuse mit langer und vielfach unterbrochener Bohrung, der Prozess beschrieben.
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ser 38 x 160mm und dem Werkstoff
EN-GJS-500-7 (GGG 50) in fünf Ar-
beitsgängen wie in Tabelle 1 bearbeitet.
Dieser herkömmliche Arbeitsablauf
beinhaltet somit fünf Arbeitsgänge
und fünf verschiedene Werkzeuge mit
analog fünf Werkzeugwechseln auf
der Bearbeitungsmaschine bei einer in
Summe reinen Bearbeitungszeit von
180s. [1]
NEUE GROB- UND FEIN-BEARBEITUNGSTECHNIK MITTELS KOMBIWERKZEUG FDREAM
Bei den in der Literatur recherchierten
Kombi-Werkzeugen mit den Bereichen
Bohren, Reiben, Honen war wohl das
Entstehen von Riefenziehern (Rück-
zugsriefen), verursacht durch die de-
finierten Vorbearbeitungsschneiden,
eine größere Qualitätseinschränkung.
Die Koaxialitätssicherung der ver-
schiedenen Verfahrensstufen unter
Berücksichtigung der Rundlauffehler
war aus diesem Grund ein entschei-
dender Aspekt bei der Neuentwick-
lung eines Kombiwerkzeugs.
Die Ausgangsform der Bohrung liegt
exemplarisch bei Bild 1 in Summe
bei einer Qualitätsabweichung von
ca. 0,1mm. Das neuentwickelte Kom-
biwerkzeug umfasst zur Grobbearbei-
tung vorgeschaltet den Reibring mit
neun PKD-Schneiden und sichert ei-
nen Abtrag von bis zu ca. 0,5mm im
Durchmesser. Den Reibringschneiden
mit einer Schneidenlänge von ca. 5mm
ist der Honabschnitt nachgelagert. Der
Honabschnitt ist konzipiert als ge-
schlitzter Grundkörperabschnitt zur auf-
weitbaren Verschleißkompensation. In
diesem Bereich sind zwölf Diamant-
honleisten D64 L x B = 100mm x 3mm
am Umfang aufgebracht. In dieser ers-
ten Honstufe werden etwa 0,025mm
im Durchmesser abgetragen.
Der Honabschnitt ist derart ausgeführt,
dass eine radiale Führung des Werk-
zeugs im Betrieb erreicht wird. Unter
einer radialen Führung ist in diesem
Zusammenhang zu verstehen, dass
die Rotationsachsen sowohl des Hon-
abschnittes als auch des Reibabschnit-
tes im Betrieb in Vorschubrichtung
fluchten. Dadurch kann ein Abdriften
bei verschiedenen Krafteinwirkungen
über die Bohrungslänge verhindert
werden. Resultierend sind reprodu-
zierbare maßhaltige kombinierte Be-
arbeitungen auch langer, unterbro-
chener Bohrungen. Der Honabschnitt
erfüllt bei dieser Anordnung also eine
Doppelfunktion, nämlich zum einen
die erste Stufe der Honbearbeitung,
das Vorhonen und zum anderen die
spielfrei, stabile Führung des vorge-
schalteten Reibabschnittes, sodass die
Zylinderform (Rundheit, Geradheit)
und Koaxialität über die ganze Boh-
rungslänge erreicht werden kann.
Das Werkzeug wird so eingestellt, dass
der Durchmesser des Honbereichs um
20-25µm größer ist als der Durchmes-
ser des Reibbereichs. Mit dieser Füh-
rungs- und Schneidtechnik können
Rückzugsriefen der Reibschneiden
beim Rückhub des Werkzeugs aus der
Bohrung wirksam vermieden werden.
Bei der neuen Kombiwerkzeug- bzw.
FDream-Technik sind der zweite und
dritte Arbeitsgang in einem Arbeits-
gang gemäß Tabelle 2 vereint.
1. Arbeitsgang Pilotreiben (erster Steg für Führung)
2. Arbeitsgang einschneidig Reiben
3. Arbeitsgang FDhone Vorhonen
4. Arbeitsgang FDhone Zwischenhonen
5. Arbeitsgang FDhone Fertighonen
Tab. 1: Herkömmliche Arbeitsfolge
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Dieser neuentwickelte Arbeitsablauf
mit dem Kombiwerkzeug FDream be-
inhaltet somit zwei Arbeitsgänge, auf
der jeweiligen Bearbeitungsmaschine,
bei einer in Summe reinen Bearbei-
tungszeit von 60s. [3]
VERFAHRENSTECHNOLOGIE
Bei dieser Bearbeitungstechnik sind
die Werkzeuge fest mit der Haupt-
spindel und die Werkstücke fest in
einer Aufnahmevorrichtung mit dem
Aufspanntisch verbunden und positi-
oniert. Der Werkzeugwechsel kann je
nach Produktionsstückzahlen manuell
oder automatisch erfolgen. Alle drei
Honstufen erfolgen mit den für diese
Aufgabe prädestinierten Festdorn-Hon-
werkzeugen (FDhone). Diese Werkzeu-
ge werden ähnlich wie Reibwerkzeuge
eingesetzt. Das FDhone-Werkzeug wird
auf den Fertigdurchmesser der jewei-
ligen Honstufe geschliffen und einge-
stellt. Die Bearbeitung der Bohrung er-
folgt in der Regel in einem Doppelhub
(Arbeitshub) und einem Ausfeuerhub.
Die FDhone-Technologie eignet sich
speziell bei hohen Anforderungen an
die Zylinderform und Durchmesser
von unterbrochenen Bohrungen (z.B.
Ventilblöcke oder Steuergehäuse) oder
auch für kurze Durchgangsbohrungen
ohne die Anforderungen eines defi-
nierten Honwinkels in der Oberfläche.
Je nach Forderung an die Qualität kön-
nen mehrere Honoperationen hinter-
einandergeschaltet oder auch Kombi-
nationen mit den aktiv aufweitenden
Honwerkzeugen angewendet werden.
Das robuste FDhone-Werkzeugkonzept
hat neben der beschriebenen Vorteile
auch weitere Vorteile in der Wirtschaft-
lichkeit. Während man beim konventi-
onellen Honen in der Regel bei Schnitt-
geschwindigkeiten kleiner 100m/min
arbeitet, liegt man bei dem vorlie-
genden Beispiel (s. Bild 1, Tabelle 2)
bei bis zu 140m/min, was sich entspre-
chend in der geringen Taktzeit nieder-
schlägt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist
allerdings, dass bei den relativ groß-
flächigen Honschneidflächen und der
Intensivzerspanung ausreichend viel
Kühlschmierstoff an die Wirkstelle
1. Arbeitsgang Pilotreiben (erster Steg für Führung)
2. Arbeitsgang9-schneidig Reiben und FDream-
Vorhonen mit D64
3. Arbeitsgang FDhone Zwischenhonen mit D46
4. Arbeitsgang FDhone Fertighonen mit D25
Tab. 2: Neue Kombiwerkzeug – bzw. FDream-Technik Arbeitsfolge
Bild 2: Neuentwickeltes Kombiwerkzeug FDream von Diahon mit Festdornhonbereich, vorgeschaltetem Reibring und µ-matik Verschleißkompensation [3]
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kommt. Beim vorliegenden Fall ist eine
Innen- und Außenkühlung integriert.
Die bisher erzielten Form-, Lage- und
Rauheitstoleranzen sind in Tabelle 3
wiedergegeben. [1,2,3]
ZUSAMMENFASSUNG
Es sind wenige Beispiele von Kombi-
nationswerkzeugen bei der Feinbear-
beitung bekannt. Am häufi gsten wer-
den allerdings bei Verfahrensgleichheit
Doppelhonwerkzeuge zum Vor- und
Fertig- oder dem sogenannten Plateau-
honen eingesetzt. Diese Technik ist
allerdings nur bei größeren Durchmes-
sern umsetzbar. Insofern stellt das neu-
entwickelte Kombiwerkzeug FDream
der Firma Diahon, durch das eingetra-
gene Gebrauchsmuster DE20 2020 102
652 U1 geschützt, einen wesentlichen
Fortschritt in diesem Honsegment dar.
Durchmesser 38,000 + 0,002
Zylinderform