ZERSPANUNG

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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

T K

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