WO2008034419A1 - Verfahren zur herstellung eines beschichteten produktes, produkt sowie werkzeug zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2008034419A1
WO2008034419A1 PCT/DE2007/001661 DE2007001661W WO2008034419A1 WO 2008034419 A1 WO2008034419 A1 WO 2008034419A1 DE 2007001661 W DE2007001661 W DE 2007001661W WO 2008034419 A1 WO2008034419 A1 WO 2008034419A1
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tool
undercut
undercuts
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Christian Schnell
Hans-Werner Hoffmeister
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Technische Universitaet Braunschweig
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 

Definitions

  • the invention relates to a process for producing a coated product, a product as such and a tool for carrying out the process.
  • tribologically highly stressed surfaces for example running surfaces for bearings or pistons in internal combustion engines or even sliding surfaces
  • coatings are applied to reduce the wear in order to produce the surface with desired properties, e.g. with regard to the tribological behavior or wear that the base material does not have.
  • electrochemical coating methods it is known that a thermal spray coating is applied to a surface of a base body or substrate.
  • a starting material which may be present in wire or powder form, liquefied during the coating process and accelerated via a gas stream to the surface of the base body or substrate, on which then takes place a clamping of the individual particles.
  • the coating material may be in wire or powder form.
  • the component surface in particular cylinder running surfaces in motor housings or connecting rod bearing surfaces are pretreated.
  • the coating or sprayed layer a firm connection with the body is received, since this is the only way to ensure that the coating does not dissolve during operation, whereby serious consequential damage can be avoided.
  • DE 102 56 460 A1 describes a production method for a product with a sprayed-on coating film, in which, in order to prepare the surfaces, a thread is cut into a cylindrical surface in which the chips are not only formed in the recess part, as in conventional thread cutting but a uniform chip formation takes place, wherein a ridge part is scraped, so that a broken surface is produced at the remaining area of the broken ridge part.
  • the thread is produced with a conventional turning tool.
  • WO 02/40850 A1 describes a similar process.
  • WO 2006/061710 A1 discloses a method and a device for producing a roughened surface, in which a cylindrical inner surface is roughened via a boring tool.
  • the boring tool is equipped with an indexable insert with a tapered main cutting edge on whose top and bottom projections are formed, which produce a contour in the base or workpiece having an undercut. Also here ridge tips are torn off, so that next to one defined by the cutting tool surface generated uneven surface structures in the area of the broken tips.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method, a product and a tool with which an improved and defined adhesive tensile strength of a coating can be provided. According to the invention this object is achieved by a method having the features of claim 1, a product having the features of claim 14 and a tool having the features of claim 19. Advantageous embodiments and further developments of the invention are described in the respective dependent subclaims.
  • the inventive method for producing a coated product having a base body, the surface of which is machined with a cutting tool to form an undercut and then coated provides that with a second, cutting cutting tool, a second undercut is introduced into the surface of the first undercut oriented oppositely oriented.
  • a second cutting tool is understood to mean a second cutting edge which penetrates the main body separately from the first cutting edge and generates the second undercut. It is envisaged that the undercuts are produced by cutting tools with geometrically determined cutting edges, for example with indexable inserts, which are oriented at different angles of adjustment to one another.
  • a sawtooth-like cross section can be formed, for example by a cutting edge of an indexable insert introduces an undercut, substantially triangular contour of a notch or a cut channel in the body.
  • the second undercut also forms a sawtooth-like cross-section and a corresponding contour is introduced into the surface of the base body. If the two undercuts have the same contour, which is the aim, the overlapping of the two contours of the two consecutively executed, cutting cuts the desired contour with two oppositely directed undercuts, which ensure improved adhesion tensile strength of the applied after preparation coating on the body.
  • the two cutting cutting tools may be arranged on a common tool carrier, wherein the feed rate is selected so that the second cutting tool generates a cutting path with a fixed distance and at a fixed angle to the cutting path of the first cutting tool and only removes that portion of material from the base body, which has not been removed in the first cutting operation, for example, when drilling, turning or plowing. If the undercuts are placed in a boring or rotating method is introduced into a cylindrical surface, the cutting operations are performed similar to a thread cut by the cutting tools perform a helical motion.
  • the first undercut is introduced with a cutting tool with a first orientation in the main body. Subsequently, the orientation of this cutting tool is changed, for example by an indexable insert is rotated by a predetermined angle. Finally, in a second cutting operation, the second undercut is introduced into the main body with opposite orientation, wherein with a flat surface the orientation change between the forward stroke and the return stroke can take place so that no idle stroke occurs. A change of orientation can take place automatically. In a surface treatment of cylindrical surfaces, the introduction of the second undercut can also take place during the retracting movement, for example, the Ausbohrtechnik ⁇ euges, if necessary, the direction of rotation can be changed. Again, the first and second undercut overlap each other, so that at the end of the surface treatment creates a common profile with two undercuts.
  • undercuts are introduced with cutting tools or cutting in the body, which are attached to different tool carriers.
  • the undercuts are then introduced separately from each other, but this requires increased control effort and high manufacturing accuracy.
  • the second undercut is introduced in a second cutting operation in a different cutting direction and / or in a different feed to the first undercut with different cutting tools on a tool carrier.
  • the orientation of the cutting is preset in this variant, but only one cutting edge engaged. For example, during the return stroke, the second cutting edge is brought into engagement and the first cutting edge is disengaged or guided exactly along the first cutting path, so that no further material is removed from the main body through the first cutting edge. During the pre-stroke then only the first cutting edge is engaged and carries out the machining of the body.
  • a plurality of blades of the same orientation are arranged on a tool carrier and a plurality of mutually spaced cutting tracks of the same orientation are introduced during a cutting operation. Similar to a multi-start thread as several undercuts or cutting paths are introduced simultaneously into the body when all cutting are in engagement with the body.
  • the feed is dimensioned so that the cutting edges do not interfere with the cutting edge of the leading cutting edge or cutting edges, but offset from it. As a result, the processing time per clamping can be significantly shortened.
  • the coating of the body can be applied in a thermal spraying process to attach wear-resistant materials to the body. This coating can then be finished to be able to be adapted to the requirements of the respective product. If, for example, cylinder liners or bearings are to be produced, the coatings can be brought to the desired degree and surface quality, for example by twisting and polishing or honing.
  • the product according to the invention with a base body provides that the surface has been treated with a metal-cutting process and has an undercut.
  • the surface is coated and has beneath the coating in the base body a structure with two undercuts that are oriented opposite to each other, wherein the undercuts are preferably symmetrical to each other and form a dovetail-like profile.
  • the width of the undercuts may substantially correspond to the depth of the undercuts, with a preferred range of both width and depth being between 15 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the undercuts can be introduced with a tool having a tool carrier, said tool carrier holding two or more staggered cutting edges having tool cutting surfaces, which are oriented in opposite directions to each other oriented to the material surface and each forming an undercut in the workpiece surface.
  • the cutting edges of the cutting tools which are preferably designed as indexable inserts, can be arranged offset to one another in the cutting direction and / or in the feed direction.
  • the cutting edges are held at a precisely defined distance from one another with different setting angles on the tool carrier, so that the second cutting tool generates a cutting path with a fixed distance and angle to the first cutting path.
  • the tool may be formed in addition to training as a turning tool as a boring bar, fine boring tool or boring tool.
  • the two cutting tools are held on the tool carrier almost immediately one behind the other, whereby care must be taken in the alignment of the cutting tools to the different setting angles.
  • a development of the invention provides that a plurality of cutting edges are arranged in a common orientation on the tool carrier, so that a plurality of undercuts can be introduced simultaneously into the base body.
  • the cutting edges are displaceably mounted on the tool carrier from the cutting plane. It is also provided that at least one cutting edge on the tool carrier is optionally rotatably mounted automatically to change the orientation.
  • Figure 1 a tool carrier with cutting tools mounted thereon;
  • FIGS. 2a and 2b show an alternative tool carrier
  • Figures 3a and 3b - a tool carrier with a cutting tool
  • Figure A a surface topography after the first cut
  • Figure 5 is a surface topography after engagement of both cutting tools; such as
  • Figure 6 - a cross-sectional view of a coated body.
  • Figure 1 shows schematically a part of a tool 1 for roughening of cylinder crankcases or cylinder surfaces with a tool carrier 10, on which two cutting tools 11, 12 are arranged in the form of indexable inserts. These indexable inserts 11, 12 are aligned with each other in different adjustment angles, so that they are able to produce oppositely oriented undercuts in the main body of the workpiece, for example, the engine block. For this purpose, it is provided that at the beginning of processing first the first cutting edge 11 engages with the material. In this case, resulting from the combination of the tool geometry with the process parameters feed, setting angle, cutting speed and feed depth helical cut a defined structure in the surface of the workpiece.
  • the second blade 12 engages the material, cutting a second thread into the surface of the workpiece.
  • the second cutting edge 12 has a different setting angle than the first cutting edge 11 and forms a second cutting channel, which in is aligned at a fixed distance and angle to the first cutting channel and attaches to a wall of the cutting channel of the first insert 11.
  • the feed is chosen so that the second indexable insert 12 partially covers the separating channel of the first indexable insert 11, so that the second cutting edge 12 has a lower cutting volume.
  • the two formed undercuts separately form cutting paths without overlapping.
  • FIG. 2 a shows the tool 1 during a first machining operation, in which the first cutting plate 11 projects beyond the tool carrier 10 and thus can engage the base body 20.
  • a first undercut is introduced by the substantially triangular-shaped cutting edge 11 into the base body during insertion of the boring tool.
  • the first cutting plate 11 is displaced or disengaged, which is indicated by the upward arrow.
  • the second cutting edge 12 is brought into a working position, in which engagement with the material of the base body 20 is possible.
  • a corresponding shift is indicated by the downward arrow.
  • the retracting movement initiated ie a reversal of the feed direction, optionally while maintaining the direction of rotation of the Ausbohrtechnikmaschinemaschinees.
  • FIGS. 3 a and 3 b A variant of the tool and of the machining method is shown in FIGS. 3 a and 3 b, in which only one cutting tool 11 is fastened to the tool carrier 10. After completion of the first machining operation, such as a turning or boring process, the cutting edge 11 is pivoted, which is indicated by the arrow, and then brought in the reverse feed direction into engagement with the base body 20.
  • the cutting edge 11 is pivoted, which is indicated by the arrow, and then brought in the reverse feed direction into engagement with the base body 20.
  • two cutting edges engage with the base body, which are realized by one and the same cutting tool, but adjustment of the tool to the different orientation of the cutting edges is necessary.
  • two tool carrier 10 can be used with opposite feed and optionally opposite cutting directions, if the technological conditions allow it. Furthermore, it is provided that the processing of the surface is carried out by two separate work carrier, which work one after another the surface to be processed with opposite cutting orientation.
  • FIG. 4 shows a topography of a treated surface after engagement of the first indexable insert 11.
  • FIG. 4 shows a nearly triangular profile for the first cutting process.
  • the feed direction of the tool 1 is indicated by the arrow.
  • FIG. 5 shows the topography after engagement of both cutting tools 11, 12, by which a dovetail-shaped profile with two undercuts 21, 22 was created, which are each oriented in opposite orientation at an angle of less than 90 ° to the workpiece surface.
  • the depth and the width of the dovetail-like profile substantially correspond to one another and are for example between 15 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the indexable inserts 11, 12 lie on a common tool carrier 10 in a common cutting plane and are offset from one another only in the feed direction. Additionally or alternatively, an offset of the cutting tools 11, 12 to each other in the cutting direction.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a coated product 20, in which it can be seen that the coating 30, which is used, for example, in a thermal spraying process such as arc spraying,
  • Plasma spraying or high-velocity flame spraying was applied to the base body 20, has penetrated into the undercuts 21, 22 and produces a mechanical, positive connection between the coating 30 and the base body 20.
  • an increased adhesive tensile strength is provided for the coating 30, which is greater than that which is achieved in a surface treatment by means of a water jet.
  • very simple and durable tools can be used, so that the roughening can be performed very quickly in a single machining operation, which reduces the non-productive time.
  • the tool costs are lower in comparison to the prior art, since only simple geometries must be used on cutting tools that have long service lives.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes (20) mit einem Grundkörper, dessen Oberfläche mit einem Schneidwerkzeug (11, 12) spanabhebend unter Ausbildung eines Hinterschnittes bearbeitet und anschließend beschichtet wird, wobei mit einem zweiten, spanabhebenden Schneidwerkzeug ein zweiter Hinterschnitt (22) in die Oberfläche eingebracht wird, der zu dem ersten Hinterschnitt (21) entgegengesetzt orientiert ausgerichtet ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes, Produkt sowie Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes, ein Produkt als solches sowie ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens.
An tribologisch hoch beanspruchten Oberflächen, beispielsweise Laufflächen für Lager oder Kolben in Verbrennungskraftmaschinen oder auch ebenen Gleitflächen werden zur Verringerung des Verschleißes Beschichtungen aufgebracht, um die Oberfläche mit gewünschten Eigenschaften z.B. bezüglich des tribologischen Verhaltens oder des Verschleißes zu versehen, die der Grundwerkstoff nicht aufweist. Neben beispielsweise elektrochemischen Beschichtungsverfahren ist es bekannt, dass eine thermische Spritzschicht auf eine Oberfläche eines Grundkörpers oder Substrates aufgebracht wird. Dabei wird ein Ausgangsmaterial, das in Draht oder Pulverform vorliegen kann, beim Beschichtungsvorgang verflüssigt und über einen Gasstrom auf die Oberfläche des Grundkörpers oder Substrates beschleunigt, auf der dann eine Verklammerung der einzelnen Partikel erfolgt. Das Beschichtungsmatehal kann in Draht- oder Pulverform vorliegen. Es handelt sich dabei um so genannte thermische Spritzverfahren.
Um ein Anhaften des Beschichtungsmateriales auf dem Grundkörper zu ermöglichen bzw. zu verbessern, werden die Bauteiloberfläche, insbesondere Zylinderlaufflächen in Motorgehäusen oder Pleuellagerflächen vorbehandelt. Für die Funktionalität des beschichteten Produktes bzw. Bauteiles ist es eine unabdingbare Vorraussetzung, dass die Beschichtung oder Spritzschicht eine feste Verbindung mit dem Grundkörper eingeht, da nur so gewährleistet werden kann, dass sich die Beschichtung während des Betriebs nicht löst, wodurch schwerwiegende Folgeschäden vermieden werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Aufrauen von Zylinderlaufflächen in Leichtmetallmotorengehäusen bekannt, beispielsweise das Aufrauen durch einen Strahlprozess, wie Korund- und Wasserstrahlen, oder durch eine chemische Behandlung der Laufflächen. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass hohe Anlage- und Nachbereitungskosten anfallen und im Falle einer chemischen Vorbelastung umweltschädliche Rückstände entstehen, die aufwendig recycelt oder entsorgt werden müssen.
Als weiteres Oberflächenvorbehandlungsverfahren ist ein mechanisches Verfahren bekannt, bei dem die Oberfläche zerspant wird. Die DE 102 56 460 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren für ein Produkt mit einem aufgespritzten Beschichtungsfilm, bei dem zur Vorbereitung der Oberflächen ein Gewinde in eine zylindrische Oberfläche geschnitten wird, bei dem die Späne nicht nur, wie bei einem herkömmlichen Gewindeschneiden, in dem Vertiefungsteil gebildet werden, sondern eine gleichmäßige Spanbildung erfolgt, wobei ein Gratteil geschabt wird, so dass eine aufgebrochene Oberfläche an dem verbleibenden Bereich des gebrochenen Gratteils erzeugt wird. Das Gewinde wird dabei mit einem herkömmlichen Drehmeißel erzeugt. Die WO 02/40850 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren.
Aus der WO 2006/061710 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer aufgerauten Oberfläche bekannt, bei der über ein Ausbohrwerkzeug eine zylindrische Innenoberfläche aufgeraut wird. Das Ausbohrwerkzeug ist mit einer Wendeschneidplatte mit einer spitz zulaufenden Hauptschneide ausgestattet, auf deren Ober- und Unterseite Vorsprünge ausgebildet sind, die eine Kontur in dem Grundkörper bzw. Werkstück erzeugen, die einen Hinterschnitt aufweist. Auch hier werden Gratspitzen abgerissen, so dass neben einer durch das Schneidwerkzeug definiert erzeugten Oberfläche ungleichmäßige Oberflächenstrukturen im Bereich der abgebrochenen Spitzen erzeugt werden.
Durch das Abreißen einzelner Oberflächenflankenpartikel entsteht eine stochastisch zerklüftete Oberfläche, deren Hafteigenschaften Schwankungen unterworfen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, ein Produkt sowie ein Werkzeug bereitzustellen, mit denen eine verbesserte und definierte Haftzugfestigkeit einer Beschichtung bereitgestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes mit einem Grundkörper, dessen Oberfläche mit einem Schneidwerkzeug spanabhebend unter Ausbildung eines Hinterschnittes bearbeitet und anschließend beschichtet wird, sieht vor, dass mit einem zweiten, spanabhebenden Schneidwerkzeug ein zweiter Hinterschnitt in die Oberfläche eingebracht wird, der zu dem ersten Hinterschnitt entgegengesetzt orientiert ausgerichtet ist. Durch dieses Verfahren ist es möglich, eine Oberfläche mit einer mechanischen Hafttopograhie zur Vorbereitung eines Beschichtungsprozesses, insbesondere eines thermischen Spritzens, zu erzeugen, bei dem eine definierte Oberflächentopographie in der zu beschichtenden Bauteiloberfläche erzeugt wird. Diese Oberflächentopographie sorgt dafür, dass sich die Spritzschicht mechanisch mit der Oberfläche des Grundkörpers verklammert und somit die Schichthaftung, die zur Gewährleistung der Schichtfunktionalität im Betrieb des Produktes benötigt wird, garantiert. Mit dem dargestellten Verfahren ist es möglich, eine eindeutig beschreibbare und reproduzierbare Oberflächenstrukturierung zu erzielen, da durch die beiden spanabhebenden Schneidwerkzeuge eine definierte Kontur bzw. Oberflächenstrukturierung erzeugt wird. Unter einem zweiten Schneidwerkzeug wird dabei eine zweite Schneide verstanden, die getrennt von der ersten Schneide in den Grundkörper eindringt und den zweiten Hinterschnitt erzeugt. Es ist vorgesehen, dass die Hinterschnitte durch Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden erzeugt werden, beispielsweise mit Wendeschneidplatten, die mit unterschiedlichen Einstellwinkeln zueinander orientiert sind.
Durch den ersten Hinterschnitt kann ein sägezahnartiger Querschnitt ausgebildet werden, beispielsweise indem eine Schneide einer Wendeschneidplatte eine hinterschnittene, im Wesentlichen dreieckige Kontur einer Einkerbung oder eines Schnittkanals in den Grundkörper einbringt. Aus Symmetriegründen und zur Verringerung des logistischen Aufwandes hinsichtlich der Werkzeuge ist es vorgesehen, dass der zweite Hinterschnitt ebenfalls einen sägezahnartigen Querschnitt ausbildet und eine entsprechende Kontur in die Oberfläche des Grundkörpers eingebracht wird. Wenn die beiden Hinterschnitte die gleiche Kontur aufweisen, was angestrebt wird, ergibt die Überdeckung der beiden Konturen der beiden nacheinander ausgeführten, spanabhebenden Schnitte die gewünschte Kontur mit zwei gegensinnig ausgerichteten Hinterschnitten, die eine verbesserte Haftzugfestigkeit der nach der Vorbereitung aufgebrachten Beschichtung an dem Grundkörper gewährleisten.
Die beiden spanabhebenden Schneidwerkzeuge können auf einem gemeinsamen Werkzeugträger angeordnet sein, wobei die Vorschubgeschwindigkeit so gewählt wird, dass das zweite Schneidwerkzeug eine Schneidbahn mit einem festen Abstand und in einem festen Winkel zu der Schneidbahn des ersten Schneidwerkzeuges erzeugt und lediglich denjenigen Materialanteil aus dem Grundkörper entfernt, der bei dem ersten Schneidvorgang, beispielsweise beim Ausbohren, Drehen oder Stoßen bzw. Hobeln, noch nicht entfernt wurde. Werden die Hinterschnitte in einem Ausbohr- oder Drehverfahren in eine zylindrische Oberfläche eingebracht, werden die Schneidvorgänge ähnlich einem Gewindeschnitt ausgeführt, indem die Schneidwerkzeuge eine wendelartige Bewegung ausführen.
Alternativ dazu ist vorgesehen, dass der erste Hinterschnitt mit einem Schneidwerkzeug mit einer ersten Orientierung in den Grundkörper eingebracht wird. Anschließend wird die Orientierung dieses Schneidwerkzeuges verändert, beispielsweise indem eine Wendeschneidplatte um einen festgelegten Winkel verdreht wird. Abschließend wird in einem zweiten Schneidvorgang der zweite Hinterschnitt mit entgegengesetzter Orientierung in den Grundkörper eingebracht, wobei bei einer ebenen Oberfläche der Orientierungswechsel zwischen dem Vorwärtshub und dem Rückhub erfolgen kann, so dass kein Leerhub erfolgt. Ein Orientierungswechsel kann dabei automatisch erfolgen. Bei einer Oberflächenbehandlung zylindrischer Oberflächen kann die Einbringung des zweiten Hinterschnittes ebenfalls während der rückziehenden Bewegung beispielsweise des Ausbohrwerk∑euges erfolgen, ggf. kann die Rotationsrichtung geändert werden. Auch hier können der erste und zweite Hinterschnitt einander überlagern, so dass am Ende der Oberflächenbehandlung ein gemeinsames Profil mit zwei Hinterschnitten entsteht.
Ebenfalls ist es vorgesehen, dass die Hinterschnitte mit Schneidwerkzeugen oder Schneiden in den Grundkörper eingebracht werden, die an unterschiedlichen Werkzeugträgern befestigt sind. Die Hinterschnitte werden dann separat voneinander eingebracht, was jedoch einen erhöhten Steuerungsaufwand und eine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordert.
Statt der Verwendung zweier Werkzeugträger ist es vorgesehen, dass der zweite Hinterschnitt in einem zweiten Schneidvorgang in unterschiedlicher Schnittrichtung und/oder in einem unterschiedlichen Vorschub zu dem ersten Hinterschnitt mit verschiedenen Schneidwerkzeugen an einem Werkzeugträger eingebracht wird. Ähnlich dem Verfahren, bei dem die Orientierung der Schneidwerkzeuge geändert wurde, wird in dieser Variante die Orientierung der Schneiden voreingestellt, jedoch nur jeweils eine Schneide in Eingriff gebracht. So wird beispielsweise beim Rückhub die zweite Schneide in Eingriff gebracht und die erste Schneide außer Eingriff gebracht oder exakt entlang der ersten Schneidbahn geführt, so dass kein weiteres Material von dem Grundkörper durch die erste Schneide entfernt wird. Beim Vorhub ist dann nur die erste Schneide im Eingriff und führt die spanabhebende Bearbeitung des Grundkörpers durch.
Um die Produktivität und Prozesssicherheit zu steigern ist vorgesehen, dass mehrere Schneiden gleicher Orientierung auf einem Werkzeugträger angeordnet sind und mehrere zueinander beabstandete Schneidbahnen gleicher Orientierung während eines Schneidvorganges eingebracht werden. Ähnlich einem mehrgängigen Gewinde werden so mehrere Hinterschnitte oder Schneidbahnen gleichzeitig in den Grundkörper eingebracht, wenn sämtliche Schneiden in Eingriff mit dem Grundkörper stehen. Der Vorschub ist dabei so bemessen, dass die Schneiden nicht in die Scheidbahn der vorlaufenden Schneide oder Schneiden eingreifen, sondern versetzt dazu verlaufen. Dadurch kann die Bearbeitungszeit pro Aufspannung wesentlich verkürzt werden.
Nach der Aufbereitung der Oberfläche kann die Beschichtung des Grundkörpers in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht werden, um verschleißfeste Werkstoffe an dem Grundkörper zu befestigen. Diese Beschichtung kann anschließend endbearbeitet werden, um an die Erfordernisse des jeweiligen Produktes angepasst werden zu können. Sollen beispielsweise Zylinderlaufbahnen oder Lager hergestellt werden, können die Beschichtungen auf das gewünschte Maß und Oberflächenbeschaffenheit gebracht werden, beispielsweise durch Abdrehen und Polieren oder Honen.
Das erfindungsgemäße Produkt mit einem Grundkörper, insbesondere einem zylindrischen Hohlkörper, sieht vor, dass die Oberfläche mit einem spanabhebenden Verfahren behandelt wurde und einen Hinterschnitt aufweist. Die Oberfläche ist beschichtet und weist unterhalb der Beschichtung in dem Grundkörper eine Struktur mit zwei Hinterschnitten auf, die entgegengesetzt zueinander orientiert sind, wobei die Hinterschnitte bevorzugt symmetrisch zueinander ausgebildet sind und ein schwalbenschwanzähnliches Profil ausbilden.
Die Breite der Hinterschnitte kann der Tiefe der Hinterschnitte im Wesentlichen entsprechen, wobei ein bevorzugter Bereich sowohl der Breite als auch der Tiefe zwischen 15 μm und 150 μm ist.
Die Hinterschnitte können mit einem Werkzeug eingebracht werden, das einen Werkzeugträger aufweist, wobei dieser Werkzeugträger zwei oder mehr zueinander versetzt angeordnete Schneiden hält, die Werkzeugschneidflächen aufweisen, die in entgegengesetzt zueinander orientierten Winkeln zu der Werkstoffoberfläche ausgerichtet sind und jeweils in der Werkstückoberfläche einen Hinterschnitt ausbilden. Die Schneiden der Schneidwerkzeuge, die bevorzugt als Wendeschneidplatten ausgebildet sind, können in Schnittrichtung und/oder in Vorschubrichtung zueinander versetzt angeordnet sein.
Bei einer in Vorschubrichtung zueinander versetzten Anordnung der Schneiden sind diese in einem genau definierten Abstand zueinander mit unterschiedlichen Einstellwinkeln an dem Werkzeugträger gehalten, so dass das zweite Schneidwerkzeug eine Schneidbahn mit festem Abstand und Winkel zur ersten Schneidbahn erzeugt. Das Werkzeug kann neben einer Ausbildung als Drehmeißel auch als Bohrstange, Feinbohrwerkzeug oder Ausbohrwerkzeug ausgebildet sein. Bei einem in Schnittrichtung vorgesehenen Versatz der Schneiden werden nahezu unmittelbar hintereinander die beiden Schneidwerkzeuge an dem Werkzeugträger gehalten, wobei bei der Ausrichtung der Schneidwerkzeuge auf die unterschiedlichen Einstellwinkel geachtet werden muss. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Schneiden in einer gemeinsamen Orientierung an dem Werkzeugträger angeordnet sind, so dass mehrere Hinterschnitte gleichzeitig in den Grundkörper eingebracht werden können.
Um Schneiden selektiv und individuell einsetzen zu können, damit die verschiedenen Verfahren und Bearbeitungsprozesse durchgeführt werden können ist vorgesehen, dass die Schneiden aus der Schnittebene verlagerbar an dem Werkzeugträger gelagert sind. Ebenfalls ist es vorgesehen, dass zumindest eine Schneide am Werkzeugträger zur Veränderung der Orientierung ggf. automatisch drehbar gelagert ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - einen Werkzeugträger mit darauf befestigten Schneidwerkzeugen;
Figuren 2a und 2b -einen alternativen Werkzeugträger;
Figuren 3a und 3b -einen Werkzeugträger mit einem Schneidwerkzeug
Figur A- eine Oberflächentopographie nach dem ersten Schnitt;
Figur 5 - eine Oberflächentopographie nach dem Eingriff beider Schneidwerkzeuge; sowie
Figur 6 - eine Querschnittsdarstellung eines beschichteten Grundkörpers.
Figur 1 zeigt schematisch ein Teil eines Werkzeuges 1 zum Aufrauen von Zylinderkurbelgehäusen oder Zylinderlaufflächen mit einem Werkzeugträger 10, auf dem zwei Schneidwerkzeuge 11 , 12 in Gestalt von Wendeschneidplatten angeordnet sind. Diese Wendeschneidplatten 11 , 12 sind zueinander in unterschiedlichen Einstellwinkeln ausgerichtet, so dass sie in der Lage sind, entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Hinterschnitte in dem Grundkörper des Werkstückes, z.B. dem Motorblock zu erzeugen. Dazu ist es vorgesehen, dass zu Beginn der Bearbeitung zuerst die erste Schneide 11 in Eingriff mit dem Werkstoff tritt. Dabei wird, resultierend aus der Kombination der Werkzeuggeometrie mit den Prozessparametern Vorschub, Einstellwinkel, Schnittgeschwindigkeit und Zustelltiefe wendeiförmig eine definierte Struktur in die Oberfläche des Werkstückes geschnitten. Bei fortschreitendem Vorschub, der durch den Pfeil angedeutet ist, kommt die zweite Schneide 12 in Eingriff mit dem Werkstoff, wobei ein zweiter Gewindegang in die Werkstückoberfläche geschnitten wird. Die zweite Schneide 12 weist einen anderen Einstellwinkel als die erste Schneide 11 auf und bildet einen zweiten Schneidkanal aus, der in einem festen Abstand und Winkel zu dem ersten Schneidkanal ausgerichtet ist und au einer Wandung des Schneidkanals der ersten Wendeschneidplatte 11 ansetzt. Der Vorschub ist dabei so gewählt, dass die zweite Wendeschneidplatte 12 den Scheidkanal der ersten Wendeschneidplatte 11 teilweise überdeckt, so dass die zweite Schneide 12 ein geringeres Zerspanvolumen hat. Alternativ können die beiden ausgebildeten Hinterschnitte separat voneinander Schneidbahnen ohne Überschneidungen ausbilden.
Während gemäß Figur 1 ab einer bestimmten Vorschubtiefe beide Schneidwerkzeuge 11, 12 in Eingriff mit dem nicht dargestellten Grundkörper befindlich sind und diese Schneidwerkzeuge 11 , 12 fest an dem Werkzeugträger 10 befestigt sind, ist in den Figuren 2a und 2b eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der die Schneidwerkzeuge 11 , 12 verschieblich oder verstellbar an dem Werkzeugträger 10 gelagert sind. Die Figur 2a zeigt das Werkzeug 1 während eines ersten Bearbeitungsvorganges, bei dem die erste Schneidplatte 11 über den Werkzeugträger 10 hinausragt und somit in Eingriff mit dem Grundkörper 20 treten kann. Beispielsweise bei einem Ausbohrvorgang wird bei einem Einführen des Ausbohrwerkzeuges ein erster Hinterschnitt durch die im Wesentlichen dreieckig ausgebildete Schneide 11 in den Grundkörper eingebracht. Nach Beendigung der einführenden Bewegung wird die erste Schneidplatte 11 verschoben oder außer Eingriff gebracht, was durch den nach oben gerichteten Pfeil angedeutet ist. Gleichzeitig oder anschließend wird die zweite Schneide 12 in eine Arbeitsstellung gebracht, in der ein Eingriff mit dem Werkstoff des Grundkörpers 20 möglich ist. Eine entsprechende Verlagerung ist durch den nach unten gerichteten Pfeil angedeutet. Nach Beendigung des Verstell Vorganges wird, wie in der Figur 2 angedeutet, die rückziehende Bewegung eingeleitet, also eine Umkehrung der Vorschubrichtung, gegebenenfalls bei Beibehaltung der Drehrichtung des Ausbohrwerkzeuges. Durch das Zurückziehen bzw. Umkehrung der Vorschubbewegung wird der zweite Hinterschnitt in den Grundkörper eingebracht, vorzugsweise in einem festen Abstand und einem festen Winkel zu dem ersten Hinterschnitt, wobei das zweite Schneidwerkzeug 12 zumindest in Teilen der Schneidbahn des ersten Schneidwerkzeuges 11 geführt werden kann.
Eine Variante des Werkzeuges und des Bearbeitungsverfahrens ist in Figuren 3a und 3b dargestellt, bei der nur ein Schneidwerkzeug 11 an dem Werkzeugträger 10 befestigt ist. Nach Beendigung des ersten Bearbeitungsvorganges, beispielsweise eines Dreh- oder Ausbohrvorganges, wird die Schneide 11 verschwenkt, was durch den Pfeil angedeutet ist, und anschließend in umgekehrter Vorschubrichtung in Eingriff mit dem Grundkörper 20 gebracht. Auch hierbei treten zwei Schneiden in Eingriff mit dem Grundkörper, die durch ein und dasselbe Schneidwerkzeug realisiert werden, allerdings ist ein Einstellen des Werkzeuges auf die unterschiedliche Orientierung der Schneiden notwendig.
Statt des relativ aufwendigen Verstellens können auch zwei Werkzeugträger 10 mit einander entgegengesetztem Vorschub und gegebenenfalls entgegengesetzten Schnittrichtungen eingesetzt werden, sofern die technologischen Gegebenheiten es zulassen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Bearbeitung der Oberfläche durch zwei separate Werkträger erfolgt, die nacheinander die zu bearbeitende Oberfläche mit entgegengesetzter Schneidenorientierung bearbeiten.
Bei einer Bearbeitung ebener Gleitflächen kann das in Eingriff bringen bzw. außer Eingriff bringen der jeweiligen Schneiden durch ein einfaches Verkippen oder Verschwenken des Werkzeugträgers beim Vorhub und Rückhub realisiert werden. Neben einer Bearbeitung innenzylindrischer Flächen können auch außenzylindrische Oberflächen mit dem Verfahren bearbeitet werden.
In der Figur 4 ist eine Topographie einer behandelten Oberfläche nach dem Eingriff der ersten Wendeschneidplatte 11 gezeigt. Die gewindeartig mit einer
Steigung versehenen Schnitte, die durch die erste spanabhebende Bearbeitung erzeugt wurden, weisen einen Hinterschnitt 21 auf, der in einem Winkel kleiner 90° zur Werkstückoberfläche ausgebildet ist. In der Figur 4 ist ein nahezu dreieckiges Profil für den ersten Schneidvorgang dargestellt. Die Vorschubrichtung des Werkzeuges 1 ist durch den Pfeil angedeutet.
In der Figur 5 ist die Topographie nach dem Eingriff beider Schneidewerkzeuge 11 , 12 gezeigt, durch den ein schwalbenschanzförmiges Profil mit zwei Hinterschnitten, 21 , 22 erzeugt wurde, die jeweils in entgegengesetzter Orientierung in einem Winkel kleiner 90° zu der Werkstückoberfläche orientiert sind. Durch die Steuerung des Vorschubes ist es möglich, den Grad des Versatzes der beiden Schneidkanäle zueinander zu bestimmen, dadurch können auch die Abmessungen der fasenartigen Kanten 31 , 32 bestimmt werden.
Die Tiefe und die Breite des schwalbenschwanzartigen Profils entsprechen einander im Wesentlichen und betragen beispielsweise zwischen 15 μm und 150 μm.
Neben den gezeigten Profilformen können auch alternative Geometrien der Schneidwerkzeuge eingesetzt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 liegen die Wendeschneidplatten 11 , 12 auf einem gemeinsamen Werkzeugträger 10 in einer gemeinsamen Schnittebene und sind nur in Vorschubrichtung zueinander versetzt. Ergänzend oder alternativ kann auch ein Versatz der Schneidwerkzeuge 11 , 12 zueinander in Schnittrichtung erfolgen.
In der Figur 6 ist ein Schnittbild eines beschichteten Produktes 20 dargestellt, in der zu erkennen ist, dass die Beschichtung 30, die beispielsweise in einem thermischen Spritzverfahren wie Lichtbogenspritzverfahren,
Plasmaspritzverfahren oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf den Grundkörper 20 aufgebracht wurde, in die Hinterschnitte 21 , 22 eingedrungen ist und eine mechanische, formschlüssige Verbindung zwischen der Beschichtung 30 und dem Grundkörper 20 herstellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine erhöhte Haftzugfestigkeit für die Beschichtung 30 bereitgestellt, die größer als diejenige ist, die bei einer Oberflächenbehandlung mittels eines Wasserstrahls erzielt wird. Ebenfalls sind sehr einfache und haltbare Werkzeuge einsetzbar, so dass das Aufrauen sehr schnell in einem einzigen Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden kann, was die Nebenzeiten verringert. Die Werkzeugkosten sind im Vergleich zum Stand der Technik geringer, da nur einfache Geometrien an Schneidwerkzeugen eingesetzt werden müssen, die hohe Standzeiten aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes mit einem Grundkörper (20), dessen zu beschichtende Oberfläche mit einem Schneidwerkzeug spanabhebend unter Ausbildung eines Hinterschnittes
(21 ) bearbeitet und anschließend beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beschickung des Produktes mit einem zweiten, spanabhebenden Schneidwerkzeug ein zweiter Hinterschnitt
(22) in die Oberfläche eingebracht wird, der zu dem ersten Hinterschnitt (21) entgegengesetzt orientiert ausgerichtet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (21, 22) durch Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden (11 , 12) erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hinterschnitt (21 ) einen sägezahnartigen Querschnitt aufweist.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hinterschnitt (21) einen sägezahnartigen Querschnitt aufweist.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (21 , 22) die gleiche Kontur aufweisen.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden spanabhebenden Schneidwerkzeuge (11, 12) auf einem gemeinsamen Werkzeugträger (10) angeordnet und die Vorschubgeschwindigkeit so gewählt wird, dass das zweite
Schneidwerkzeug (12) eine zweite Schneidbahn mit festem Abstand und Winkel zur Schneidbahn des ersten Schneidwerkzeuges (11) erzeugt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hinterschnitt (21 ) mit einem Schneidwerkzeug (11 ) mit einer ersten Orientierung in den Grundkörper (20) eingebracht wird, dass die Orientierung dieses Schneidwerkzeuges (11 ) verändert und in einem zweiten Schneidvorgang der zweite Hinterschnitt (22) mit entgegengesetzter Orientierung in den Grundkörper (20) eingebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (21 , 22) mit Schneidwerkzeugen an unterschiedlichen Werkzeugträgern in den Grundkörper (20) eingebracht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hinterschnitt (22) in einem zweiten Schneidvorgang in unterschiedlicher Schnittrichtung oder in einem unterschiedlichen Vorschub zu dem ersten Hinterschnitt (21) mit verschiedenen Schneidwerkzeugen an einem Werkzeugträger eingebracht wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneiden gleicher Orientierung auf einem Werkzeugträger angeordnet sind und mehrere zueinander beabstandete Schneidbahnen gleicher Orientierung während eines Schneidvorganges eingebracht werden.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (30) in einem thermischen Sprit∑verfahren aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (21 , 22) in einem Ausbohr-, Dreh-, Stoß- oder Hobelverfahren in die Oberfläche eingebracht werden.
14. Produkt mit einem Grundkörper, insbesondere einem zylindrischen Hohlkörper, dessen Oberfläche, die mit einem spanabhebenden Verfahren behandelt wurde und einen Hinterschnitt (21) aufweist, mit einer Beschichtung (30) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Grundkörpers (20) einen zweiten Hinterschnitt (22) aufweist, der zu dem ersten Hinterschnitt (21 ) entgegengesetzt orientiert ist.
15. Produkt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschnitte (21 , 22) symmetrisch zueinander ausgebildet sind.
16. > Produkt nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hinterschnitte (21, 22) gemeinsam ein Schwalbenschwanzprofil ausbilden.
17. Produkt nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Hinterschnitte (21 , 22) der Tiefe der Hinterschnitte (21 , 22) im Wesentlichen entspricht.
18. Produkt nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Hinterschnitte (21 , 22) zwischen 15 und 150 μm beträgt.
19. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Werkzeugträger, gekennzeichnet durch zwei zueinander versetzt angeordnete Schneiden (11 , 12), die
Werkzeugschneidflächen aufweisen, die in entgegengesetzt zueinander orientierten Winkeln zu der Werkstückoberfläche ausgerichtet sind und in einer Oberfläche eines Grundkörpers eines Produktes jeweils einen Hinterschnitt (21 , 22) bilden.
20. Werkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneiden (11, 12) in Schnittrichtung und/oder in Vorschubrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
21. Werkzeug nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneiden (11 , 12) als Wendeschneidplatten ausgebildet sind.
22. Werkzeug nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) als Bohrstange, Aufbohrwerkzeug, Drehmeißel oder Hobelmeißel ausgebildet ist.
23. Werkzeug nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneiden (11 , 12) in einer gemeinsamen Orientierung an dem Werkzeugträger (10) angeordnet sind.
24. Werkzeug nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneiden (11 , 12) aus der Schnittebene verlagerbar an dem Werkzeugträger (10) gelagert sind.
25. Werkzeug nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schneide (11, 12) am
Werkzeugträger (10) zur Veränderung der Orientierung drehbar gelagert ist.
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