Zylinderlaufflächen einfach und schnell aufrauen

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TU Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Dabei wird die zu beschichtende Oberfläche stark aufgeraut, um eine vorwiegend mechanische Verklammerung zwischen dem Aluminiumsubstrat und der Spritzschicht zu gewährleisten. Obwohl diese Verfahren zuverlässige Ergebnisse liefern, sind damit einige gravierende Nachteile verbunden. Zu nennen sind beispielsweise die Investition in zusätzliche Anlagentechnik, die relativ langen Prozesszeiten oder die aufwendige Entsorgung der Chemikalien bei den Haftschichten.

Spanendes Verfahren erzeugt definierte Hafttopografie

Aus diesem Grund hat das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig im Rahmen eines BMBF-Projektes (Nacolab, nanokristalline Composit-Beschichtungen für Zylinderlaufbahnen mit nanostrukturierter Oberfläche und Verschleißvorhersage für hochbelastete Benzin- und Dieselmotoren) ein zerspanendes Verfahren entwickelt, bei dem mit einer speziell gestalteten Werkzeuggeometrie innerhalb eines modifizierten Feinbohrprozesses eine definierte Hafttopografie in die Zylinderlaufbahn geschnitten wird. Dieses Verfahren weist einige deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf.

Bei dem am IWF entwickelten Aufrauprozess handelt es sich um einen Zerpanungsvorgang mit geometrisch bestimmter Schneide, der unmittelbar dem Feinbohren zugeordnet werden kann. Die Bearbeitung stellt keine außergewöhnlichen Anforderungen an die eingesetzte Maschinentechnik und kann auf einem gewöhnlichen CNC-Bearbeitungszentrum durchgeführt werden.

Als Werkzeug wird eine konventionelle Schneidplatte eingesetzt, in die ein Insert aus polykristallinem Diamant eingelötet ist. In dieses Insert werden durch Erodieren zwei gegensinnig orientierte Einzelschneiden eingebracht. Die Schneidplatten werden in einem herkömmlichen Werkzeuggrundkörper appliziert, der auch häufig zum Ausspindeln oder Feinbohren von Zylinderlaufflächen eingesetzt wird (Bild 1).

Spezielle Plattengeometrie schneidet ein „Gewinde“ in die Oberfläche

Zu Beginn werden die Zylinderlaufflächen feingespindelt. Anschließend wird das Werkzeug mit der speziellen Wendeschneidplatten-Geometrie eingewechselt. Das Werkzeug bewegt sich mit rotierender Spindel und konstantem Vorschub unter gleichzeitiger Zufuhr einer Öl-in-Wasser-Emulsion entlang der Zylinderbohrungsachse und schneidet eine Art Gewinde in die Oberfläche der Bohrung (Bild 2 – siehe Bildergalerie).

Das Prinzip des Zerspanvorganges zeigt Bild 3. Es kommt zuerst nur eine Schneide in Eingriff und erzeugt eine sägezahnartige Struktur in der Oberfläche. Nach einigen Spindelumdrehungen kommt die zweite Schneide in Eingriff.

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