METHOD AND DEVICE FOR SURFACE MACHINING

Abstract: 1. Method for the machining of surfaces, in which following the coarse machining there is a subsequent working by electroerosion and fine machining by honing, characterized in that for machining cylinder bores they are machined by a rotary driven tool having at least one electrode (28, 38, 43) and at least one spacer (29, 37, 42), erosion taking place in a narrow area moving over the surface to be machined behind which the spacer (29, 37, 42) is moved over the surface to be machined and rubs against the latter.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Oberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen aus Gusseisen, insbesondere von Zylinderlaufflächen, bei dem nach der Grobbearbeitung eine Nachbearbeitung und eine anschliessende Feinbearbeitung durchgeführt wird. Beim Honen von Gusseisen, insbesondere von Zylinderlaufflächen, das man wegen der grösseren Standzelten heute ausschliesslich mit Diamant- oder CBN- Honleisten durchführt, hat sich herausgestellt, dass dabei ein Nachteil auftritt, der sich bei schnell laufenden Motoren immer stärker auswirkt. In den Mikrostrukturen diamantgehonter Kolbenlaufbahnen aus Gusseisen zeigen sich nämlich in der obersten Werkstoffschicht gewisse Verschupoungen, also Grenzschichtverschiebungen , die heute in der Fachwelt als "Blechmantel" bezeichnet werden. Man kann diese Verschuooun?en zwar je nach Anpressdruck der Honleisten und Weichheit der metallischen Bindung in gewissen Grenzen beeinflussen, sie aber im wesentlichen nicht verhindern, Das hat den Nachteil, dass sich die Zungen der Schuppen während des Laufens des Motors ablösen und dadurch Kolbenfresser oder brandige Kolbenringe verursachen. Durch die Verschuppung werden gleichzeitig die angeschnittenen Graphitlamellen des Gusses verquetscht. Die sogenannten Notlaufeigenschaften des Gusses gehen damit verloren, weil die Graphitlamellen abgedeckt sind. Diese Erscheinung führt ausserdem zu höheren Reibkräften für die Kolbenbewequng und damit zu einem höheren U1- und Kraftstoffverbrauch. Aufgrund der grossen Vorteile der Diamant- und CBN- Honleisten kann auf diese nicht verzichtet werden. Daher werden die Nachteile der Verschuppuns durch den Einsatz von teueren Chrom Molybdän- legierten Kolbenringen ausgealichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe sich eine genauere Bearbeitung der Oberflächen unter gleichzeitiger Verbesserung der Notl aufei genschaften durchführen lässt, womit die Verschleissfestigkeit von Motoren erhöht werden und die Reparaturanfälligkeit verringert werden soll. Darüber hinaus soll ein geringerer Ulverbrauch, kürzere Einlaufzeiten, weniger Kraftstoffverbrauch un vor allem die Einsatzmöglichkeit von einfacheren und dadurch billigeren Kolbenringen ermöglicht werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss bei dem Verfahren vorgesehen, dass nach der Grobbearbeitung die Oberflächen erodiert, insbesondere funkenerodiert und danach mit dem Schneidbelägen eines Honwerkzeugs bearbeitet werden. Durch diese Bearbeitung sollen Tragflächen geschaffen werden, die von Kratern durchzogen werden. Dadurch wird nicht nur die Verblechung der Oberflächen vermieden, sondern insbesondere auch die Vorteile des Plateauhonens beibehalten. Die kraterförmigen Vertiefungen entsprechen den tieferen Riefen beim Plateauhonen. Die nach der elektrischen Erosion durchgeführte Feinhonbearbeitung ist aufgrund ihrer milderen Wirkung nicht in der Lage, eine Verschuppung bzw. einen Blechmantel zu erzeugen. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche in einem schmalen sich über diesen bewegenden Bereich erodiert wird. Durch diese MaRnahme wird ein definiertes Abreissen der Funken erreicht, so dass man aufgrund der Auswahl der Bewegungsgeschwindlgkeit die Bearbeitungsdauer der Oberfläche bestimmen kann. Besonders günstig ist es, wenn mit Hilfe einer über die Oberfläche bewegbaren Elektrode erodiert wird. Mit dieser Elektrode kann man nicht nur die Bewegung genau einstellen, sondern insbesondere auch den Abstand zwischen der Elektrode und der Oberfläche. Besonders günstig ist es, wenn hinter bzw. neben der bewegbaren Elektrode ein isolierenden Abstandhalter über die zu bearbeitende- Oberfläche bewegt wird. Dies ist eine Besonders günstig durchzuführende Möglichkeit der Abstandshalterung zwischen Elektrode und Werkstück auch bei schwierigeren Werkstückformen, wobei der Abstandshalter ebenfalls zum Abreissen der Funken dienen kann. Die Erfindung schlägt ebenfalls eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen aus Gusseisen, insbesondere von Zylinderlaufflächen vor, die erfindungsgemäss einen Werkzeugkörper mit mindestens einer längs einer Mantellinie verlaufenden leistenartigen Elektrode aufweist. Dabei kann mit Vorteil die Stromzuführung zu der Elektrode über den aus leitendem Werkstoff bestehenden Werkzeugkörper erfolgen. Der Werkzeugkörper kann insbesondere auch rotierend und in einer hin- und hergehenden Bewegung antreibbar ausgebildet sein. Beide Bewegungen können gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist aber ebenfalls mit Vorteil möglich, dass die beiden Bewegungsarten hintereinander erfolgen. In besonderer Ausgestaltung weist der Werkzeugkörper mehrere parallel zueinander verlaufende und über den Umfang vorzugsweise gleichmässig verteilte Elektroden auf. Dies führt zu einer Beschleunigung des Verfahrens. Es kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass der Werkzeugkörper mindestens einen, vorzugsweise mehrere parallel zueinander und über den Umfang vorzugsweise gleichmässig verteilte Abstandshalter aufweist. Falls es sich bei der zu bearbeitenden Oberfläche um eine Bohrung handelt, können die Abstandshalter zur Zentrierung des Werkzeugkörpers dienen, was nicht nur zu einer gleichmässigen und guten Bearbeitung der Oberfläche, sondern auch zu einer guten Positionierung der Elektroden führt. Diese bestehen vorzugsweise aus Kupfer, während der Werkzeugkörper aus Metall besteht. Dadurch ist eine gute Stromleitung gegeben. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Abstandshalter und/oder die Elektroden gemeinsam oder getrennt zustellbar sind. Damit wird es möglich, die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung auf herkömmliche Maschinen zu verwenden, da ein Einführen und anschliessendes Zustellen möglich ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Abstandshalter mit Vorteil mindestens im Berührbereich mit der zu bearbeitenden Fläche Isolationsauflagen aufweisen. Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Elektroden in Schlitzen im Werkzeugkörper geführt sein können. Aufgrund dieser Ausbildung ergibt sich eine besonders gute Stromleitung zwischen dem Werkzeugkörper und den Elektroden. Die Erfindung schlägt weiterhin vor, dass zwischen je zwei Elektroden mittig ein Abstandshalter angeordnet ist. Diese Möglichkeit der Zentrierung und Ausrichtung ergibt ein gut zentriertes und rundes Umlaufen. Die Erfindung schlägt ebenfalls vor, dass der Werkzeugkörper eine Verbindungseinrichtung zur Befestigung an einer üblichen Honmaschine aufweist. Damit kann eine herkömmliChe Vorrichtung verwendet werden, um nach der Vorbearbeitung, beispielsweise einem Vorhonen, die Elektroerosion durchzuführen. Dabei hat dann das Werkzeug die gleichen Freiheitsgrade wie ein übliches Honwerkzeug. Es ist ebenfalls mit Vorteil möglich, dass auf Beiden Seiten mindestens einer, vorzugsweise aller Elektroden je ein Abstandshalter ohne Zwischenraum angeordnet ist. In diesem Fall sind die Abstandshalter also direkt neben den Elektroden angeordnet, und können beispielsweise mit diesen zusammen zustellbar sein. Ebenfalls möglich ist es, dass auf beiden Seiten mindestens eines, vorzugsweise aller Abstandshalter je eine Elektrode ohne Zwischenraum angeordnet ist. Auch dies ist eine günstige Möglichkeit, die die Vorrichtung u.U. stark vereinfachen kann. Die Erfindung schlägt weiterhin vor, dass der Werkzeugkörper als Vollelektrode mit zustellbaren Abstandshaltern ausgebildet sein kann. In diesem Fall würden die Zustelleinrichtungen für die Elektroden nicht mehr erforderlich sein. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsge mässen Erosionswerkzeuges; Fig. 2 einen Schnitte etwa nach Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 stark vereinfachte Ansichten entsprechend bis 5 der Fig. 2 durch angeänderte Ausführungs formen der Erfindung. Das in Fig. 1 dargestellte Erosionswerkzeug enthält einen Werkzeugkörper 11, der an seiner Oberseite einen Zapfenfortsatz 12 mit seitlichen Stiftvorsprüngen 13 zum Einsetzen in eine Antriebsvorrichtung einer Honmaschine aufweist. In Axialrichtung des Werkzeugkörpers 11 verschiebbar angeordnet ist ein Rohr 14, das über einen Tellerflansch 15 mit einem weiteren Rohr 16 verbunden ist. Das Rohr 14 weist an seiner Aussenseite zwei kegelstumpfartige Flächen 17, 18 auf, die rings um die Aussenseite des Rohres 14 verlaufen. An der Unterseite endet das Rohr 14 in einem Deckel 19, der mit Hilfe einer Schraubenfeder 20, die sich auf einer Scheibe 21 abstützt, nach oben gedrückt wird. Innerhalb des Rohres 14 ist ein Dorn 22 angeordnet, der in seiner Unterseite eine Ausnehmung 23 aufweist, in die eine Schraubenfeder 24 eingreift. Die Schraubenfeder 24 wird durch einen Zapfen 25 gesichert. Die Schraubenfeder 24 drückt den Dorn 22 nach oben. Der Dorn 22 besitzt an seiner Oberseite einen schaftartigen Fortsatz 26, der an der Oberseite des Werkzeuges aus dem Rohr 16 herausblickt. Der Dorn 22 besitzt ebenfalls eine umlaufende Keilfläche 27. In radialen Längsschlitzen des Werkzeugkörpers 11, siehe insbesondere Fig. 2, sind abwechselnd Elektroden 28 und Abstandshalter 29 angeordnet. Die Abstandshalter 29 besitzen an ihrer Aussenseite eine Keramikleiste 30. übt man auf die Oberseite des Rohres 16 eine Kraft aus, so bewirken die Schrägflächen 17, 18 an dem Rohr 14 zusammen mit ähnlichen Schrägflächen an der Elektrode 28 ein Verschieben der Elektrode nach aussen. In ähnlicher Weise führt ein Druck auf den zapfenartigen Fortsatz 26 über die Schrägflächen 27 und 31 eine Kraft auf die Abstandshalter 29 aus, die dann ebenfalls nach aussen verschoben werden. Alle Elektroden 28 und Abstandshalter 29 sind durch zwei Ringfedern 32 miteinander verbunden, die sich der Bewegung von Elektroden 28 und Abstandshalter 29 nach aussen entgegensetzen. Lässt daher der Druck auf den Fortsatz 26 und das Rohr 16 nach, so bewirken die Rückstellfedern 20 und 24 eine Aufwärtsbewegung der beiden Teile, während die Elektroden 28 und Abstandshalter 29 durch die Ringfedern 32 zurückgeschoben werden. Aus Fig. 2 ist zu sehen, dass insgesamt fünf Elektroden 28 und ebenfalls fünf Abstandshalter 29 vorhanden sind. Die Elektroden 28 sind vollständig aus Kupfer ausgebildet, sie werden von dem in dem Schnitt der Fig. 2 als Kreisring zu sehenden Rohr 14 mit den entsprechenden Schrägflächen beaufschlagt. Die fünf Abstandshalter 29 besitzen jeweils an ihrer Aussenkante eine Keramikleiste 30, die in an sich bekannter Art dort befestigt ist. Die Abstandshalter 29 liegen mit ihren jeweiligen Innenseiten an dem Dorn 22 an. In an sich bekannter Art lassen sich also sowohl die Elektroden 28 als auch die Abstandshalter 29 getrennt voneinander nach aussen und innen verschieben. Zum Durchführen des von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens wird der Werkzeugkörper 11 nach Fig. 1 und 2 in eine Bohrung eingesetzt, wozu der Einführungskonus 33 dient. Anschliessend werden die Abstandshalter 29 zugestellt, bis der Werkzeugkörper 11 in der zu bearbeitenden Bohrung zentriert ist. Danach werden die Elektroden 28 so weit zugestellt, bis sich der richtige Abstand zwischen der Aussenkante 34 der Elektroden 28 und der zu bearbeitenden Oberfläche einstellt. Anschliessend wird das Werkzeug in Drehung versetzt und unter Spannung gebracht, wobei der Strom durch das aus Metall bestehende Werkzeug direkt zu den Elektroden 28 und zu deren Aussenkante 34 gelangt, wobei in die Bohrung zwischen den Werk zeugkörper 11 und die zu bearbeitende Oberfläche ein Dielektrikum in flüssiger Form eingebracht wird, was aufgrund der Grösse des Werkzeugkörpers 11 möglich ist. Es entstehen Funkenüberschläge zwischen den Elektroden 28 und der zu bearbeitenden Oberfläche, die aufgrund des Weiterdrehens des Werkzeugkörpers 11 abreissen. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Werkzeugkörper 35 als Vollelektrode ausgebildet ist, wobei zur Zentrierung dann jeweils die fünf Abstandshalter 29 mit ihren Keramikleisten 30 dienen. Die Zustellung erfolgt, wie bekannt, durch den Dorn 22. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Bohrungen mit immer der gleichen Grösse bearbeitet werden müssen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Elektroden und die Abstandshalter kombiniert. Der Werkzeugkörper 36 besitzt insgesamt sechs Schlitze, in denen bewegliche Abstandshalter 37 eingesetzt sind. Die Abstandshalter 37 besitzen an ihrer Aussenseite jeweils eine Elektrode 38, zu deren beiden Seiten die die eigentlichen Abstandshalter bildendenKeramikteile 39 angeordnet sind. Die Keramikteile 39 sind derart angeordnet, dass sie über die Aussenfläche der Elektroden 38 um den für eine günstige Bearbeitung richtigen Abstand vorstehen. Wiederum lassen sich die Abstandshalter 37 durch den Dorn 22 verstellen. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der in vier Schlitzen des Werkzeugkörpers 40 insgesamt vier Elemente 41 durch den Dorn 22 verstellbar angeordnet sind. An den Aussenenden der Elemente 41 ist mittig ein Abstandshalter 42 angeordnet, zu dessen beiden Seiten jeweils dicht anliegend eine Elektrode 43 angebracht ist. Wiederum ist der Oberstand der Abstandshalter 42 gegenüber den Elektroden 43 derart gewählt, dass sich der für den jeweiligen Einsatzfall richtige Abstand ergibt. Auch diese erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass sie relativ einfach im Aufbau ist. Erfindungsgemäss kann auch vorgesehen sein, dass die Keramikleisten einen feinen Belag aus Diamant- oder Siliciumkörnern aufweisen können. In diesem Fall reiben die Keramikleisten bzw. die Abstandshalter über die zu bearbeitende Oberfläche, so dass mindestens ein Teil der feinen Nachbearbeitung von diesen Keramikleisten schon mit übernommen werden kann. Es ist ebenfalls möqlich, wie von der Erfindung vorgesehen, dass der Werkzeugkörper zusätzlich zu den Elektroden und Abstandshaltern noch eigentliche Honleisten aufweist, die dann die Endbearbeitung übernehmen können. Die Erfindung hat den grossen Vorteil, dass als Dielektrikum, das beim Funkenerodieren erforderlich ist, Petroleum verwendet werden kann, das dem Honöl schon sehr ähnlich ist, so dass anschliessend keine Waschoperation erforderlich ist.

Claims: Ansprüche Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Oberflächen 1. Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere von Oberflächen aus Gusseisen, insbesondere von Zylinderlauf flächen, bei dem nach der Grobbearbei tung eine Nachbearbeitung und eine anschliessende Feinbearbeitung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Grobbearbeitung die Oberlächen vorzugsweise in einem schmalen sich über die Oberfläche bewegenden Bereich erodiert, insbesondere funkenero diese, und danach mit den Schneidbelägen eines Honwerkzeugs bearbeitet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass mit Hilfe mindestens einer über die Oberfläche bewegbaren Elektro de erodiert wird, hinter der ggf. ein isolierender Abstands halter über die zu bearbeitende Oberfläche bewegt wird. 3. Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen aus Gusseisen, insbesondere von Zyl inderlaufflächen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dreh- und/oder axial antreibbaren, mit einer Verbindungseinrichtung zur Befestigung an einer üblichen Honmaschine versehenen Werkzeugkörper (11, 35, 36, 40) mit mindestens einer, vorzugsweise mehreren etwa parallel zueinander verlaufenden und über den Umfang vorzugsweise gleichmässig verteilten leistenartigen Elektro den (28, 38,43) aufweist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (11, 35, 36, 40) mindestens einen, vorzugs weise mehrere etwa parallel zueinander und über den Umfang vorzugsweise gleichmässig verteilte Abstandshalter (29, 37, 42) aufweist, die vorzugsweise mindestens im Berührbereich mit der zu bearbeitenden Fläche mit Isolationsauflagen in Form keramischer Leisten (30,39) versehen sind, die an der zu bearbeitenden Oberfläche eine Reibbearbeitung durchführen. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise in Schlitzen im Werkzeugkörper (11, 35, 36, 40) geführten Elektroden (28, 38, 43) aus Kupfer und der Werkzeugkörper (11, 35, 36, 40) aus Metall bestehen. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Abstandshalter (29,37, 42) und/oder die Elektroden (28, 38; 43) gemeinsam oder getrennt, vorzugsweise mithilfe je eines vorzugsweise in zwei entgegengesetzten Richtungen betreibbaren elektronisch ansteuerbaren Schritt motors, zustellbar sind. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass auf beiden Seiten mindestens einer, vorzugsweise aller Elektroden (38) je ein Abstandshalter, oder auf beiden Seiten mindestens eines, vorzugsweise aller Abstandshalter (41) je eine Elektrode (43) ohne Zwischenraum angeordnet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Werkzeugkörper (35) als Vollelektrode mit zustellbaren Abstandshaltern (29) ausgebildet ist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Länge der Elektroden (28, 38, 43) und/oder der Abstandshalter (29, 37, 42) etwa der Länge der zu bearbei tenden Bohrung entspricht. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter einen feinkörnigen Schneidbelag vorzugsweise aus Silicium- oder Diamantkörnern aufweisen und/oder der Werkzeugkörper zusätzlich zu den Elektroden (28) und den Abstandshaltern (29) Honleisten aufweiset.

Inventors: NAGEL, PETER, NAGEL, WOLF
Applicants: NAGEL, PETER, NAGEL, WOLF
Application year: 1983
Main classification: B23H5
IPC codes: B23H5