Untersuchungen zum kraftgeregelten Langhubhonen auf multifunktionalen Bearbeitungszentren

Paffrath, K.-U.

Stetig steigende Anforderungen bezüglich Oberflächenqualität und Bauteilform besonders für tribologisch hochbelastete Bauteile, wie sie zum Beispiel im Motorenbau zum Einsatz kommen, erfordern die Entwicklung von neuen Verfahren zur Herstellung dieser Bauteile. Durch die ständig steigende Leistungsdichte der Motoren bei immer kleineren Bauteilen werden die Belastungen der einzelnen Komponenten immer höher. Stetige Neuentwicklungen und Leistungssteigerungen erfordern die Herstellung von Komponenten, die zum Teil unter extremen mechanischen und gleichzeitig thermischen Belastungen eine sichere Funktionserfüllung gewährleisten müssen. Durch diese Forderungen treten die Verfahren zur Oberflächenfeinbearbeitung immer weiter in den Vordergrund. Hierzu zählen unter anderem das Honen, das Läppen sowie das Superfinishen. Ziel dieser Bearbeitung ist eine Verbesserung des Materialanteils der Werkstückoberfläche sowie Erzeugung einer definierten Oberflächenstruktur. Der hohe Materialanteil dient einer Minimierung des Verschleißes während des Betriebs, wohingegen die Oberflächenstrukturierung einer Sicherstellung eines Schmierfilmes auf der Bauteiloberfläche dient.

In der vorliegenden Arbeit wird die Integration eines Honprozesses mit kraftgebundener Zustellung in einer Kombinationsmaschine zum Drehen und Schleifen dargestellt. Hierbei wird neben einer Entwicklung eines geeigneten Honwerkzeuges der Einfluss der Schnittdaten des Honprozesses auf das Bearbeitungsergebnis analysiert. Durch die Integration des Honprozesses wird einerseits die Prozesskette Drehen – Schleifen – Honen (DSH) und andererseits die Prozesskette Drehen – Vorhonen – Fertighonen (DHH) in einer Aufspannung ermöglicht. In grundlegenden Experimenten werden die beiden Prozessketten analysiert und für die kombinierte Bearbeitung geeignete Prozessparameter ermittelt. Zur Ergänzung der experimentellen Untersuchungen werden FE-Simulationen zur Werkzeugverbiegung sowie zur Kontaktsituation zwischen Honleiste und Werkstück während der Bearbeitung erstellt. Die Simulationsergebnisse werden durch Messungen zur Verbiegung am Honwerkzeug in unterschiedlichen Belastungssituationen validiert.

Die Analysen zeigen, dass eine Anpassung der einzelnen Bearbeitungsoperationen aufeinander notwendig ist, um die Bearbeitungszeit sowie den Verschleiß der Werkzeuge möglichst gering zu halten. Durch die FE-Simulationen zur Werkzeugverbiegung bzw. zur Kontaktsituation zwischen Honleisten und Werkstück kann die Notwendigkeit eines ungleichmäßigen Honleistenüberlaufes am oberen und unteren Umkehrpunkt des Werkstückes verdeutlicht werden. In der Prozesskombination DSH wird bereits nach kurzer Bearbeitungszeit eine hontypische Oberflächenstruktur auf dem Bauteil erzeugt. Die gefertigten Bauteile zeichnen sich durch eine geringe Rautiefe und kleine Formfehler aus. In der Prozesskette DHH kann durch den Vorhonprozess ausreichend Material abgetragen werden, um Randzonenschädigungen zu beseitigen und Formfehler sowie Rauheit zu reduzieren. Der nachfolgende Fertighonprozess ermöglicht eine Reduzierung der Höhe der Rauheitsspitzen im Profil. Hierdurch wird eine plateauartige Oberfläche erzeugt, die sich durch glatte Plateaus mit einzelnen dazwischen liegenden tiefen Riefen auszeichnet. Standzeituntersuchungen der einzelnen Prozessstufen zum Honen haben die Leistungsfähigkeit der Honprozesse auch unter Produktionsbedingungen unter Beweis stellen können.

Veröffentlicht als

Dissertation, Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2011, ISBN 978-3-8027-8762-1