Zylinderlaufflächen einfach und schnell aufrauen

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TU Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Dabei wird das Profil zu der gewünschten Hafttopologie vervollständigt, die geometrisch an eine aus dem Bereich des Werkzeugmaschinenbaus bekannte Schwalbenschwanzgeometrie erinnert (Bild 4). Diese Topografie gewährleistet eine äußerst robuste Anbindung der Spritzschicht an den aufgerauten Grundwerkstoff.

ausreichende Haftzugfestigkeiten erst ab rund 75 µm Schnitttiefe

Es wurden Untersuchungen zum Einfluss der Schnitttiefe auf die Haftzugfestigkeiten durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass erst ab einer Schnitttiefe von rund 75 µm ausreichende Haftzugfestigkeiten erzielt werden können. Optimale Ergebnisse zeigen sich bei einer Schnitttiefe von rund 100 µm, bei der Haftzugfestigkeiten bis 60 MPa gemessen wurden.

Bild 4 zeigt die REM-Aufnahme einer aufgerauten Zylinderlauffläche, die eine gewünschte Aufraustrukturierung aufweist. Eine weitere Erhöhung der Schnitttiefe erscheint zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht zielführend, weil zum einen mehr Spritzmaterial verwendet werden muss, um die entstehenden Hinterschneidungen aufzufüllen, und zum anderen die Schneide durch die damit erhöhten Prozesskräfte unnötig belastet wird.

Nachdem die Laufbahn aufgeraut wurde, wird die Spindel im Honauslauf am Ende der Zylinderlaufbahn gestoppt, in einer definierten Position orientiert und anschließend das Werkzeug mit stehender Spindel aus der Bohrung gefahren. Die Schnittzeit liegt mit 10 bis 20 s, in Abhängigkeit von der Laufbahnlänge und der eingesetzten Aluminiumlegierung, deutlich unter der Bearbeitungszeit der herkömmlich zur Vorbehandlung eingesetzten Strahlverfahren.

Weiterentwickelte Schneidgeometrien erhöhen die Prozesssicherheit

Bei der Erprobung und Optimierung der eingesetzten Schneidplatten wurden zahlreiche Optimierungsschritte hinsichtlich der Schneidengeometrie durchgeführt. Um die Prozesssicherheit zu erhöhen, wurde beispielsweise die Schneidgeometrie so erweitert, dass ein zweites, redundantes Schneidenpaar in die Schneidplatte integriert wurde.

Diese Schneiden wurden geometrisch so ausgelegt, dass die dritte Einzelschneide exakt in der Schneidbahn der ersten Schneide nachläuft. Analog verhält es sich bei der vierten zur zweiten Einzelschneide.

Der wesentliche Vorteil ist, dass ein gegebenenfalls auftretender Defekt an einer der beiden Schneiden des ersten Paares nicht automatisch zu einem Ausschussteil führt. Durch die nachfolgenden Einzelschneiden wird gewährleistet, dass das Profil zu dem gewünschten Schwalbenschwanzprofil vervollständigt wird.

Vorgeschaltete Einzelschneide leistet Großteil der Zerspanarbeit

Ein weiterer Ansatz ist das Vorschalten einer relativ robusten Einzelschneide mit einem großen Eckenradius, die schon einen Großteil der Zerspanarbeit leistet. Die nachfolgenden Schneiden vervollständigen das Profil nur noch. Damit soll die Belastung auf die Einzelschneiden deutlich reduziert werden. Diese Werkzeuge befinden sich aktuell in der Erprobungs- und Bewertungsphase.

Weitere Untersuchungen werden derzeit auch noch einmal im Bereich der Schneidstoffentwicklung durchgeführt. Dort gab es in den letzten Jahren sehr interessante Entwicklungen in der Beschichtungstechnologie, bei denen sehr dünne, konturnahe Verschleißschichten entwickelt wurden.

Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister ist stellvertretender Leiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig; Dipl.-Ing. Christian Schnell ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut.

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