Ausgeschmiert! Honen klappt ohne Kühlschmierstoff noch besser!

Autor / Redakteur: Sascha Zimmermann und Eckart Uhlmann / Peter Königsreuther

Kühlschmierstoff kostet Geld, braucht Pflege und muss entsorgt werden. Forscher zeigen, dass es den bisher als unverzichtbar geltenden „nassen Helfer“ zumindest bei der Feinbearbeitung nicht braucht.

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Bild 1: Forscher der TU Berlin beweisen, dass man bei der Feinbearbeitung auf KSS verzichten kann. Vergleich von Honleisten-Oberflächen beim Prozess mit und ohne zusätzliche Schwingungen.
Bild 1: Forscher der TU Berlin beweisen, dass man bei der Feinbearbeitung auf KSS verzichten kann. Vergleich von Honleisten-Oberflächen beim Prozess mit und ohne zusätzliche Schwingungen.
(Bild: TU Berlin)

Ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördertes Projektes (DFG - 392314670) zur Untersuchung von Dornhonprozessen hat gezeigt, dass sich durch induzierte Schwingungen die Prozesskräfte deutlich verringern lassen. Hauptsächlich deshalb, weil sich die entstehenden Späne durch die Schwingungen gut im Spanraum zwischen Honleisten und Werkstück verteilen und abführen lassen. Das wird durch die Mikroskopaufnahme der Honleisten-Oberflächen nach der Bearbeitung von Grauguss deutlich (Bild 1).

Beim konventionellen Dornhonen, bei dem die Schnittrichtung recht lange gleich bleibt, sammelt sich das abgetrennte Werkstückmaterial in den dafür vorgesehenen Spanräumen. Wie das Bild auch zeigt, verbleibt es meist dort. Die Diamantschneidkörner werden vom Werkstückmaterial umhüllt und können so nur noch bedingt an der Materialabtrennung teilnehmen. Es scheint, dass das abgetrennte Material während der Bearbeitung auch am Werkstück reibt und die Bearbeitungskräfte deshalb ansteigen. Die Honleisten nach einem Prozess mit axialen Schwingungen zeigen diesen Effekt kaum. Denn der stete und schnelle Wechsel der Schnittrichtung verhindert, dass sich der „Abrieb“ an gewissen Stellen der Honleiste staut und so besser abgeführt wird.

So funktioniert Trockenhonen

Die bisherigen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass man so auf den üblichen Kühlschmierstoff (KSS) beim Dornhonen verzichten kann, weil der KSS vor allem spülend wirken soll. Es wurden deshalb auch Dornhonprozesse mit definierten Schwingungen und ohne KSS durchgeführt. Und zwar mit denselben Prozessparametern, die mit KSS zuvor schon zu signifikanten Verringerungen der Kräfte und Momente geführt haben. Also dieselben Axial- und Umfangsgeschwindigkeiten, wie beim „normalen“ Dornhonen. Im Vergleich zu einem Prozess mit KSS und Schwingungen steigen die Kräfte und Momente zwar an, sind jedoch nicht größer als beim entsprechenden konventionellen Prozess.

Die Ergebnisse nach dem „trockenen“ Prozess beeindrucken. Das Werkzeugs (Bild 2) zeigt, dass sich vereinzelt das abgetrennte Material vor den Honleisten ansammelt. Es muss hierbei erwähnt werden, dass das Werkzeug nicht, wie beim industriellen Prozess, nach der Bearbeitung wieder aus dem Zylinder gefahren wird, sondern nach dem einmaligen Durchqueren von der Spindel getrennt wird. Denn nur so kann man die Versuchsergebnisse gut beurteilen.

Bild 2: Dornhonleisten nach Bearbeitung ohne KSS. Vereinzelt sammelt sich abgeriebenes Material hinter den Honleisten.
Bild 2: Dornhonleisten nach Bearbeitung ohne KSS. Vereinzelt sammelt sich abgeriebenes Material hinter den Honleisten.
(Bild: TU Berlin)

Auf der Werkstückoberfläche liegt nach der Bearbeitung ein Staubfilm, der auch ohne Chemikalien einfach entfernt werden kann. Während sich beim üblichen Dornhonen drehriefenartige Bearbeitungsspuren ausbilden, wird nun durch die Schwingungen eine Oberflächenstruktur mit sich kreuzenden Spuren erzeugt – ähnlich wie beim Langhub-Innen-Rundhonen (Bild 3).

Bild 3: Dorngehonte Werkstückoberfläche ohne Einsatz von KSS. Die erreichte Oberfläche ähnelt der von langhub-innenrundgehonten Werkstücken.
Bild 3: Dorngehonte Werkstückoberfläche ohne Einsatz von KSS. Die erreichte Oberfläche ähnelt der von langhub-innenrundgehonten Werkstücken.
(Bild: TU Berlin)

Noch beeindruckender und bisher unerklärlich sind die Rauheitskennwerte der trocken bearbeiteten Oberflächen, die besser sind alles andere, was beim Honen mit KSS herauskommt. Eine Analyse der Honleisten-Oberflächen und deren Entwicklung mit ansteigender Prozessdauer soll bald Antworten geben.

Die Analyse der Ergebnisse

Es wurden direkt hintereinander zwei Versuchsreihen mit dem gleichen Werkzeug ohne KSS durchgeführt. Pro Versuchsreihe wurden fünf Werkstücke bearbeitet. Zwischen den einzelnen Bearbeitungen wurden die Honleisten nur mit einer Handbürste und Druckluft gereinigt. Die Stabilität der Prozesse zeigen die Fehlerbalken in den Diagrammen (Bild 4). Die Prozesskenngrößen und -ergebnisse verschlechtern sich trotz steigender Prozessanzahl nicht.

Bild 4: Prozesskennwerte und Arbeitsergebnisse beim Dornhonen ohne KSS. Trotz steigender Prozesszahl verschlechtern sich weder die Prozesskenngrößen noch die Bearbeitungsergebnisse.
Bild 4: Prozesskennwerte und Arbeitsergebnisse beim Dornhonen ohne KSS. Trotz steigender Prozesszahl verschlechtern sich weder die Prozesskenngrößen noch die Bearbeitungsergebnisse.
(Bild: TU Berlin)

Eine ausführliche Analyse, etwa zu den Auswirkungen auf den Werkzeugverschleiß oder in puncto eventueller thermischer Schäden der Werkstückrandzone, muss noch erfolgen. Auch wenn die bisherige Anzahl der Versuche sehr gering erscheint, zeigen die reproduzierbaren Ergebnisse das große Verbesserungspotenzial bei dieser Art des Dornhonens und ohne KSS. Eine Übertragung der Erkenntnisse auf andere Fertigungsverfahren erscheint deshalb sinnvoll.

* Dipl.-Ing. Sascha Zimmermann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der Technischen Universität Berlin. Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann leitet das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) sowie das Fachgebiet Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik an der TU Berlin.

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