DE3817259A1

DE3817259A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von bohrungen

Info

Publication number: DE3817259A1
Application number: DE19883817259
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Lindner; Hans-Joachim Dr Ing Oberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1989-11-23
Also published as: DE3817259C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Bohrungen mit über deren Umfang unterschiedlichen Krümmungsradien in Werkstücken, insbesondere von ovalen Zylinderlaufbahnen von Hubkolbenmaschinen, so wie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, ist es be kannt, ovale Zylinderlaufbahnen und Kolben zu verwenden. Die Zylinder laufbahnen werden bei der Fertigung wie üblich zunächst vorbearbeitet (z. B. ausgespindelt) und anschließend mechanisch gehont. Während die Vorbearbeitung aufgrund der numerischen Steuerung bzw. Bahnsteuerung heutiger Werkzeugmaschinen keine Probleme bereitet, können beim an schließenden Honen maßliche und geometrische Ungenauigkeiten auftreten.

Durch die EP-C 65 645 ist es bekannt, kreiszylindrische Zylinderlauf bahnen nach deren Vorbearbeitung elektrochemisch zu honen und anschlie ßend mechanisch zu reibplattieren. Durch dieses Verfahren wird eine tribologisch günstige, geometrisch und maßlich genaue Lauffläche er zielt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem geometrisch und maßlich ge naue Bohrungen mit über deren Umfang unterschiedlichen Krümmungsradien in Werkstücken, insbesondere ovale Zylinderlaufbahnen von Hubkolben maschinen, herstellbar sind. Ferner wird eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Die verfahrensgemäße Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Bohrung nach deren an sich bekannter Vorbearbeitung zu schleifen, an schließend elektrochemisch zu bearbeiten und schließlich mechanisch reibzuplattieren. Es versteht sich, daß der elektrochemische Abtrag und das Reibplattieren gegebenenfalls mehrfach hintereinander durchgeführt werden kann, um gegebenenfalls die Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Das Schleifen stellt dabei eine Art Feinbehandlung dar, die insbeson dere zur Erzielung der geometrischen Genauigkeit der Bohrung, in gerin gerem Umfange jedoch auch zu deren Maßhaltigkeit, entscheidend mit bei trägt.

Der elektrochemische Abtrag und das anschließende Reibplattieren dient insbesondere zur Herstellung einer tribologisch günstigen Oberfläche, die aus tragenden Plateaus einerseits und aus mikrofeinen Grübchen zur Einlagerung von Schmiermittel andererseits zusammengesetzt ist.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, das Reibplattieren mittels eines radial starr aufgespannten Werkzeuges bahngesteuert durchzuführen. Damit wird von der üblichen Verfahrens weise beim Honen weggegangen, bei der selbstzentrierende, kardanisch beweglich aufgespannte Honwerkzeuge verwendet werden. Erfindungesgemäß werden hinsichtlich der Oberflächenstruktur akzeptable Laufflächen er zielt, wenn diese Oberflächen einer vorangehenden elektrochemischen Be handlung unterzogen wurden.

Zweckmäßig wird dabei gemäß Patentanspruch 3 die gesamte Bearbeitung der Bohrung bzw. der Zylinderlauffläche mit Ausnahme des elektrochemi schen Abtrages bahngesteuert durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß bis hin zum letzten Arbeitsschritt die Kontur der Bohrung nachgefahren und damit eine hohe geometrische Genauigkeit hergestellt wird. Gemäß Anspruch 4 ist die Elektrode zum elektrochemischen Abtrag konform der Kontur der Bohrung ausgebildet, was sich hinsichtlich der Oberflächenqualität als besonders günstig herausgestellt hat.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren ist im Patentanspruch 5 angeführt. Bevorzugt kann dabei gemäß Patentanspruch 6 das Reibplattierwerkzeug radial starr aufgespannt sein und die Reib plattiermaschine eine Bahnsteuerung aufweisen. Für dieses Reibplattier werkzeug wird gemäß Patentanspruch 7 vorgeschlagen, dessen Umfangs fläche dicht mit Reibplattierleisten zu besetzen. Dabei wird der Tat sache Rechnung getragen, daß der Kontakt des Werkzeuges mit der zu be arbeitenden Bohrung stets unter 360°, meist sogar unter 180° liegt, wo bei durch die vorgeschlagene Maßnahme bei für das Reibplattieren gün stigen Werkzeugdrehzahlen Rattererscheinungen vermieden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Zylinderblöcken von Hubkolben-Brennkraftmaschinen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen zu bearbeitenden Zylinder bei dem Verfahrensschritt Schleifen;

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch einen Zylinder und eine Elektrode beim elektrochemischen Werkstoffabtrag, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit eingefahrenem Reibplattierwerkzeug beim Reibplattieren der Zylinderlauf flächen.

Die Fig. 1 zeigt eine industrielle Vorrichtung zum Bearbeiten von ova len Zylinderlaufflächen (10) in Zylinderblöcken (12) von Hubkolben - Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge. Die Zylinderblöcke (12) werden auf einem Transportband (14) zu einer ersten Werkzeugmaschine, einer Drehspindelmaschine (16), befördert und dort einer groben Vorbearbei tung (Ausspindeln mittels eines rotierenden Drehstahles) unterzogen, wobei die Werkzeugspindel (18) entsprechend der Kontur des Zylinders (vergl. Fig 2 und 3) bahngesteuert ist; d. h., die Kontur wird nume risch entlang ihrem mathematisch definierten Verlauf abgefahren. Der artige Bahnsteuerungen sind bei Werkzeugmaschinen bekannt und deshalb hier nicht näher erläutert. Die Funktion ist mit dem Oval (20) schema tisch angedeutet.

Nach Beendigung der Vorbearbeitung werden die Zylinderblöcke (12) takt gesteuert der zweiten Werkzeugmaschine, einer lnnenkontur - Schleifma schine (22) zugeführt, mit der die Zylinderlaufflächen (10) wiederum bahngesteuert eine Feinbearbeitung erfahren. Als Werkzeug dient dabei ein mit hoher Drehzahl rotierender und translatorisch bewegter, walzen förmiger Schleifkörper (24), (vergl. Fig. 2) der in einer Werkzeugspin del (26) aufgenommen entlang dem Oval (20) gesteuert ist und bei hoher geometrischer Genauigkeit die Ausgangs-Laufflächenqualtität für den nachfolgenden elektrochemischen Abtrag und das Reibplattieren schafft.

Anschließend werden die Zylinderblöcke (12) einer elektrochemischen Abtragstation (28) zugeführt, in der ein oder mehrere Zylinder gleich zeitig elektrochemisch bearbeiten werden (vergl. Fig. 3). Die in die Zylinder (10) einfahrende Elektrode (30) ist konform oval gestaltet, so daß um die Elektrode (30) herum ein gleichmäßiger geringer Arbeitsspalt s für das Abströmen des Elektrolyten (z. B. NaNO₃) verbleibt. Der Elek trolyt wird in bekannter Weise der kathodisch geschalteten Elektrode (30) über eine zentrale Bohrung (32) in der Arbeitsspindel (36) und der Elektrode (30) zugeführt und strömt über einen umlaufenden Spalt (34) in den Arbeitsspalt s ein. Eine derartige Elektrode ist beispielsweise in der DE-PS 32 21 064 für eine kreiszylindrische Bohrung detailiert beschrieben. Unter Zuführung von Strom wird dabei an der anodisch ge schalteten Zylinderlauffläche (10) ein gezielter Materialabtrag be wirkt. Die Elektrode (30) wird translatorisch im Zylinderblock (12) verfahren.

Nach dem elektrochemischen Abtrag durchlaufen die Zylinderblöcke (12) weiterbefördert mittels des Transportbandes (14) eine Waschstation (38), in der die flüssigen Elektrolytrückstände beseitigt werden. Dem nachgeschaltet erfolgt der Transport zur einer Reibplattier-Werkzeugma schine (40), in deren Antriebsspindel (42) ein rotationssymetrisches, walzenförmiges Reibplattierwerkzeug (44) radial starr eingespannt ist.

Die Reibplattier-Werkzeugmaschine (40) weist eine Prozeßsteuerung (46) auf, die über Leitungen (45, 50) mit der Steuerung der Reibplattier- Werkzeugmaschine einerseits und der Steuerung der elektrochemischen Ab tragstation andererseits verbunden ist und die nach Maßgabe vorgege bener Parameter wie Maßhaltigkeit, Oberflächenstruktur ect. gegebenen falls ein mehrmaliges elektrochemisches Abtragen mit anschließendem Reibplattieren steuert.

Über die Antriebsspindel (42) der Werkzeugmaschine (40) wird das Reib plattierwerkzeug (44) rotatorisch und translatorisch angetrieben bzw. bewegt. Ferner ist eine Bahnsteuerung (Oval 20) vorgesehen, über die das Reibplattierwerkzeug entlang der Kontur der Zylinderlaufflächen (10) verfahren werden kann. Das Reibplattierwerkzeug (vergl. Fig. 4) ist mit am Außenumfang dicht aneinander angeordneten Reibplattierleis ten (52) aus gesintertem Hartmetall oder Keramik mit auf der Arbeits fläche kreuzförmig scharfkantigen Nuten (54) (gegebenenfalls nach DE-PS 31 49 120) ausgerüstet, wobei die Länge der Reibplattierleisten ca. 50 -60% der Länge der Zylinderlaufbahnen (10) beträgt. Die Reibplattier leisten sind auswechselbar und radial einstellbar am Körper (56) des Reibplattierwerkzeuges (44) befestigt. Der Radius des Reibplattier- Werkzeuges (44) ist geringfügig kleiner als der kleinste Krümmungsra dius an den Zylinderlauflächen (10).

Das Reibplattierwerkzeug (44) wird beim Bearbeiten mit einem definier ten Druck P (Pfeil 58) gegen den momentan zu bearbeitenden Zylinder laufflächenabschnitt angepreßt und dabei unter gleichzeitiger Ausfüh rung einer rotatorischen und translatorischen Bewegung entlang der ovalen Kontur der Zylinder mittels der Bahnsteuerung (20) verfahren.

Claims

1. Verfahren zum Bearbeiten von Bohrungen mit über deren Umfang unter schiedlichen Krümmungsradien in Werkstücken, insbesondere von ovalen Zylinderlaufbahnen von Hubkolbenmaschinen, bei denen die Bohrung mittels eines bahngesteuerten (numerisch gesteuerten) Werkzeuges oder Werkstückes vorbearbeitet und schließlich gehont wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Bohrung nach der Vorbearbeitung geschliffen,
b) anschließend elektrochemisch bearbeitet und
c) schließlich mechanisch reibplattiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibplat tieren mittels eines radial starr aufgespannten Werkzeuges bahnge steuert ausgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme des elektrochemischen Abtragens die gesamte Bearbeitung der Bohrung bahngesteuert durchgeführt wird. .

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochemische Abtragen mit einer der Kontur der Bohrung konformen Elektrode durchgeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren mit einer Werkzeugma schine (16) zur Vorbearbeitung (z. B. Fräs- oder Spindeldrehmaschi ne) mit Bahnsteuerung (20) und einem entsprechenden Werkzeug, einer Schleifmaschine (22) mit Bahnsteuerung und einem entsprechenden Schleifwerkzeug (24), einer elektrochemischen Abtragstation (28) und einer Reibplattier-Werkzeugmaschine (40) mit einem Reibplattierwerk zeug (44).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reib plattierwerkzeug (44) radial starr aufgespannt ist und daß die Reib plattier-Werkzeugmaschine (40) eine Bahnsteuerung (20) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Um fangsfläche des Reibplattier-Werkzeuges (44) dicht mit Reibplattier leisten (52) besetzt ist.