DE4117814A1

DE4117814A1 - Werkzeug fuer feinstbearbeitung

Info

Publication number: DE4117814A1
Application number: DE4117814A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Finkbeiner; Manfred Dipl Ing Wilhelm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-03
Also published as: DE59203877D1; EP0515868B1; US5233738A; EP0515868A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug für die Feinstbearbei tung der Oberfläche von Bohrungen, Wellen oder dergleichen. Derartige Werkzeuge, z. B. Räumwerkzeuge, Räumnadeln oder der gleichen arbeiten spanabhebend, wodurch die bearbeiteten Oberflächen bei weitem noch keinen optimalen Glättegrad erhalten. Dies ist jedoch in besonderen Fällen notwendig, z. B. bei Gehäusebohrungen für Steuerschieber von Ventilen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Werkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die bearbeiteten Oberflächen nicht spanabhebend, sondern werkstoffverdichtend bear beitet werden und dadurch nicht nur eine außerordentlich hohe Maß genauigkeit erhalten, sondern auch eine außerordentlich glatte und hochfeste Oberfläche. Das Werkzeug erzeugt eine Präzisions-Mikro umformung der Oberfläche des Werkstoffs. Die Bearbeitung kann, je nach Art des Werkzeugs, sowohl an Innenflächen, z. B. Bohrungen, wie auch an Außenflächen (Wellen, Achsen usw.) vorgenommen werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Letztere zeigt in Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Glättwerkzeugs, in Fig. 2 eine Einzelheit des Glättwerkzeugs und in Fig. 3 eine Anwendung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das Präzisions-Glättwerkzeug ist als Glättdorn 10 ausgebildet, das zur Endbearbeitung, d. h. für das Herstellen eines genauesten Durch messermaßes z. B. einer Bohrung durch Verdichten deren Oberfläche, d. h. also nicht durch spanabhebende Bearbeitung, dient. Bevor auf den Werkstoff des Werkzeugs eingegangen ist, sei die Werkzeuggeo metrie erläutert. Es hat einen zylindrischen Schaft 11, an dessen Stirnseite sich eine Einlaufschräge 13 befindet, auf welche die Führungsgerade 14 folgt. Danach kommt ein Zentrierbereich 15 und dann eine Stufe mit gerundeten Übergängen. Daran schließt sich eine Einlauf-Glättschräge 16 an und dann die sogenannte Feinstufe 17, welche den eigentlichen Arbeitsbereich bildet. Die Feinstufe 17 besteht aus einer größeren Anzahl von konzentrisch hintereinander liegenden Rillen 18, zwischen denen sich die eigentlichen Arbeits stufen 19 befinden, welche zylindrisch (gerade) ausgebildet sind.

Sehr wesentlich ist nun der Übergangsbereich zwischen jeweils einer Rille 18 und einer Arbeitsstufe. Dieser Übergangsbereich ist in Bewegungsrichtung des Werkzeugs - siehe Fig. 2 und Pfeil P - als Einlaufkurve 20 bezeichnet, im dahinterliegenden Bereich als Aus laufkurve 21. Der Übergang von jeder Rille 18 zu einer Arbeitsstufe 19 verläuft jeweils tangential.

Der größte Durchmesser einer Arbeitsstufe 19 befindet sich am Ende der Feinstufe 17. An dem dem Schaft 11 gegenüberliegenden Ende der Feinstufe 17 folgt nun eine Auslaufschräge 23, darauf eine Auslauf gerade 24. Der Durchmesserunterschied der einzelnen Arbeitsbereiche in der Feinstufe 17 beträgt etwa 0,2 bis 0,3 Mikrometer, d. h. er ist außerordentlich gering.

Die Fig. 3 zeigt ein Bearbeitungsbeispiel für das Glättwerkzeug. Hier muß eine Bohrung 27 eines Maschinenteils auf genauesten Durch messer, geringste Rauhtiefe und genaueste Zylindrizität gebracht werden. Das geschieht mit Hilfe des Glättwerkzeugs, das die Ober fläche der Bohrung beim Durchschieben durch Verdichten - hier handelt es sich natürlich nur um wenige Mikrometer - auf genauestes Maß bringt, also nicht durch Spanabheben.

Der Grundwerkstoff des Präzisions-Glättwerkzeugs besteht z. B. aus hochlegiertem Stahl mit einem homogenen Gefüge, insbesondere ein Drucksinterwerkstoff mit einer Härte von 67 bis 69 HRC nach der Härtung im Vakuum. Zum Drucksintern eignet sich vor allem das sogenannte HIP-Verfahren (hochisostatisches Pressen). Das hierzu verwendete Drucksintermehl soll einen Korndurchmesser von 3 bis 7 Mikrometer haben, dazu kommt ein Fließmittel, z. B. Nickel, Zinn, Zink, ebenfalls als Sintermehl mit etwa gleicher Korngröße. Die Oberfläche muß frei von Mikrorissen sein.

Auf den Grundwerkstoff wird eine Hartschicht aufgebracht, deren Härte etwa 300% höher liegen soll, als die Härte des zu glättenden Werkstücks. Zuvor wird jedoch das Werkzeug chemisch-mechanisch gereinigt. Dann wird auf den gesinterten Grundwerkstoff zwecks guter Haftung der Hartschicht eine dünne Zwischenschicht aus Nickel auf die Arbeitsfläche bzw. die Feinstufe 17 elektrolytisch aufgebracht, die etwa 0,2 bis 0,4 Mikrometer dick ist und die sich kohäsiv mit dem Grundwerkstoff verbindet und dann auch mit der nachfolgenden Hartschicht. Diese wird ebenfalls nur in der Feinstufe 17 aufge bracht und besteht im äußersten Bereich aus TiN der Härte 2000 HV oder TiC₂N, Härte 2700-3200 HV.

Hierzu wird im PVD-Verfahren (physical vapour deposition) Rein-Titan aufgebracht. Dazu wird - wie zuvor beschrieben - das vorher mit Rein-Nickel elektrolytisch beschichtete Werkzeug in einer Reduk tionsstufe auf 480°C zum Entgasen erwärmt und in einer Schutzgas zone das Rein-Titan zugeführt. Nach dem Aufbringen von Rein-Titan mit einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 Mikrometer, wird durch Diffusion Stickstoff und Kohlenstoff ins Rein-Titan eingebracht, bis die geschlossene Hartschicht aus TiN oder TiC₂N entsteht. Damit verbleibt eine reine Metallschicht auf der Werkzeugoberfläche. Das Werkzeug wird dann feinstgeschliffen und danach mechanisch-chemisch gereinigt.

Nach der Hartbeschichtung muß der genannte Arbeitsbereich bzw. die Feinstufe des Werkzeugs verdichtet und geglättet werden durch definiertes Polieren. Das Poliermittel muß gefiltert sein. Nach dieser Glättung muß das Werkzeug wiederum mechanisch-chemisch gereinigt werden mit einer Kunststoff-Stabilbürste. Es ist darauf zu achten, daß alle freien Kristalle von der Oberfläche entfernt werden.

Beim Einsatz des Werkzeugs ist es zweckmäßig, einen dünnflüssigen Schmierstoff zu verwenden. Als besonders geeignet hat sich ein säurearmes, mineralisch-organisches Öl bewährt. Dies richtet sich vor allem nach der Werkstücklegierung, der Werkstückhärte und dessen Oberfläche. Es kann aber auch mit Emulsionen geschmiert und gekühlt werden. Eine Kühlung ist sehr wichtig bzw. zweckmäßig.

Das beschriebene Präzisionsglättwerkzeug ist zur Bearbeitung von Bohrungen vorgesehen. Es ist jedoch möglich, sinngemäß ein ähnliches Werkzeug für die Präzisionsbearbeitung von z. B. Wellen, Achsen und dergleichen herzustellen.

Der Querschnitt der Feinstufe bzw. des gesamten Werkzeugs ist üblicherweise rund, er kann aber auch andere Formen aufweisen, z. B. ein Polygonprofil, ein elliptisches u. a.

Claims

1. Werkzeug für die Feinstbearbeitung von Bohrungen, Wellen oder dergleichen mit beliebigem, insbesondere rundem Querschnitt und aus sehr hartem, metallischem Werkstoff, das zwischen konzentrisch gestuften Arbeitsbereichen (19) Rillen (18) ausweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche von den Rillen (18) zu den zylindrisch ausgebildeten Arbeitsbereichen (19) mindestens in Bearbeitungsrichtung etwa tangential verlaufen und daß der Umform prozeß der zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche spanlos durch Ver dichten erfolgt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsbereiche (19) im Durchmesser etwa gleichmäßig gestuft und zylindrisch sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses als Dorn ausgebildet ist und daß die Arbeitsbereiche im Durchmesser von einer Seite her ansteigen bis zu einem größten Durchmesser (D1).

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß der Dorn einen Führungsbereich (14), daran anschließend einen Zentrierbereich (15), daran anschließend einen Einlaufglätt bereich (16) aufweist, dann den eigentlichen, aus mehreren Fein arbeitsstufen (11) bestehenden Arbeitsbereich (17) und dann eine Auslaufschräge (23) mit anschließender Auslaufgeraden (24).

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses hohlzylindrisch ausgebildet ist und daß der kleinste Durchmesser des Arbeitsbereichs an dessen Ende liegt und somit für die Bearbeitung für Wellen, Achsen und dergleichen geeignet ist.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Arbeitsbereiche im Querschnitt rund sind.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß dieses aus einem Grundkörper aus hochlegiertem Sinterstahl besteht, auf welchen im Arbeitsbereich zuerst eine Zwischenschicht aus Nickel elektrolytisch aufgebracht wird und danach eine Hart schicht aus insbesondere Rein-Titan, und daß die Oberfläche des Werkzeugs nach dem Beschichten feinstgeschliffen, verdichtet und geglättet wird.