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maschine+werkzeug 06/2015

Die Quadratur des Kreises

EXTRA Automotive

Feinbearbeitung - Ein neues Werkzeug von Kennametal zur Feinbearbeitung von Kurbelwellenbohrungen erhöht die Produktivität in der Automobilbranche. Die ›Asymmetrische Reihenbohrstange‹ ist ein ausgefeiltes Stück Hightech.

Entwicklung mit BMW

Zusammen mit BMW hat Kennametal daher bereits vor einigen Jahren eine Alternative entwickelt: das RIQ-Führungsleistenwerkzeug (Reamer Indexable Quattro Cut). Bei der Bearbeitung werden zwei RIQ-Reibahlen eingesetzt, ein Pilot-Werkzeug und ein Finish-Werkzeug.

Zunächst wird das erste Lager pilotiert, dann mit einer langen Reibahle, die auf dem jeweils fertigen Lager abgestützt wird, sukzessive die weiteren Lager bearbeitet. Führungsleiste und Bauteil sind über die gesamte Wegstrecke ständig im Kontakt. Dadurch ist auch die Geschwindigkeit begrenzt. Dafür kommt das System ohne Gegenlager und Lift aus. Inzwischen wurden mit diesem Werkzeug viele Motorblöcke bearbeitet. Das war eine gute Voraussetzung für die nächste Entwicklung.

Es hat sich gezeigt, dass der Materialmix des Motorblocks, der zu einem Teil aus Aluminium, zum anderen Teil aus einem härteren Material besteht, sich negativ auf die Standzeit des Werkzeugs auswirkt. Das festere Material bietet höhere Schnittkräfte. Das Werkzeug weicht daher im Laufe der Bearbeitung immer mehr nach einer bestimmten Richtung ab und nimmt – überspitzt gesagt – die Form einer Banane an. Das Standzeitende des Werkzeugs ist erreicht, wenn dabei die Toleranz nicht mehr eingehalten werden kann. Immerhin konnte Kennametal durch den Einsatz anderer Schneidstoffe die Standzeit verdoppeln.

Für eine neue Bearbeitungsstrategie, die das hintere Lager der Rohlinge als Gegenlager für eine Bohrstange nutzen könnte, wäre eine Verkleinerung dieses Lagers notwendig gewesen. Um dann auch dieses letzte Lager zu bearbeiten, hätte anschließend der Motorblock gedreht werden müssen. Der Prozess wäre aufwendig und lang geworden, zudem hätte er eine neue Gussteilgeometrie verlangt.

Der Werkzeughersteller hat sich daher bei Kennametal Fine Machining am Standort Nabburg an die Entwicklung einer eigenen Lösung gemacht. »Ziel war es, diese Strategie so abzuwandeln, dass auch der Durchmesser des letzten Steges gleich auf Enddurchmesser pilotiert wird«, so Sebastian Kunschir, Mitentwickler des Konzepts. Man müsste also mit einem größeren Werkzeugdurchmesser durch kleinere Bohrungen hindurch. Was zunächst unmöglich erscheint, gelang mit der asymmetrischen Reihenbohrstange RI8.

Der Clou an dem System: Die Führungsleisten sind im Gegensatz zu allen bisher eingesetzten Werkzeugen nicht als kompletter Kreis angeordnet, sondern der Winkelbereich zwischen Schneiden und Führungskörpern ist kleiner als 180 Grad. Der Störungsdurchmesser kann daher kleiner sein als der Schruppdurchmesser der noch nicht bearbeiteten Stege – der Querschnitt der Bohrstange stellt also keinen Kreis dar.

Auch hier wird zunächst das hintere Lager mit einer Pilot-Reibahle auf Fertigmaß bearbeitet und der Motorblock dann gedreht. Die asymmetrische Reihenbohrstange (RI8) wird radial exzentrisch gefahren, wobei das Zentrum des Werkzeugs zunächst oberhalb des Zentrums der Bohrung liegt. Wird die Bohrstange dann abgesenkt, gehen die Führungen auf Kontakt mit dem Gegenlager und die Bearbeitung kann beginnen. Das abschließende Ausfahren aus dem fertigen Bauteil kann fast mit Eilgang erfolgen, da keinerlei Berührung mit dem Werkstück besteht.

Eine Hürde musste Kennametal bei der Konstruktion dieser Bohrstange noch nehmen: Durch die Asymmetrie ist das Werkzeug sehr unwuchtig. Gelöst wurde dieses Problem, indem der obere Teil nicht wie der Rest des Werkzeugs aus Stahl besteht, sondern aus Schwermetall, das die doppelte Dichte hat. Trotz Asymmetrie ist das Werkzeug damit ausgewuchtet. Die Schwermetallleiste ist bei diesem hybriden Grundkörper aufgeklebt, was noch einen weiteren Vorteil bringt: Schwermetall hat einen höheren Dämpfungskoeffizienten als Stahl. Die Klebeverbindung erhöht die dämpfende Eigenschaft. Eine kleine Unwucht vorne am Werkzeug ist dabei gewollt – sie erzeugt eine Fliehkraft, mit der das Werkzeug an das Werkstück gedrückt wird.

  • Das Werkzeug wird exzentrisch in die unbearbeitete Bohrung eingefahren. Erst beim Absenken gehen die beiden Führungen auf Kontakt mit dem Gegenlager, und die Bearbeitung kann beginnen.

    Das Werkzeug wird exzentrisch in die unbearbeitete Bohrung eingefahren. Erst beim Absenken gehen die beiden Führungen auf Kontakt mit dem Gegenlager, und die Bearbeitung kann beginnen.

  • Kennametals Reihenbohrstange RI8, hier in der Variante für vier Zylinder.

    Kennametals Reihenbohrstange RI8, hier in der Variante für vier Zylinder.

  • Die Nahaufnahme zeigt die Schneiden für Semifinish und Finish.

    Die Nahaufnahme zeigt die Schneiden für Semifinish und Finish.

  • Micheal Hacker, Technical Program Manager Fine Machining bei Kennametal, erläutert an einem Modell die Arbeitsweise der RI8 in der Lagergasse für die Kurbelwelle.

    Micheal Hacker, Technical Program Manager Fine Machining bei Kennametal, erläutert an einem Modell die Arbeitsweise der RI8 in der Lagergasse für die Kurbelwelle.

  • Der obere Teil der Reihenbohrstange besteht aus Schwermetall und gleicht die Unwucht des asymmetrischen Werkzeugs aus.

    Der obere Teil der Reihenbohrstange besteht aus Schwermetall und gleicht die Unwucht des asymmetrischen Werkzeugs aus.

  • Kennametals neue Reihenbohrstange in der Anwendung. Auf einer Doppelspindel-Maschine bearbeiten zwei dieser Werkzeuge parallel gleich zwei Motorblöcke.

    Kennametals neue Reihenbohrstange in der Anwendung. Auf einer Doppelspindel-Maschine bearbeiten zwei dieser Werkzeuge parallel gleich zwei Motorblöcke.

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Kennametal Shared Services GmbH

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DE 90766 Fürth
Tel.: 0911-9735-0
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