Finishing Finishen optimiert Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren

Autor / Redakteur: Hendrik Abrahams, Sebastian Goeke und Dirk Biermann / Rüdiger Kroh

Beschichtete Führungsleisten verringern den Verschleiß beim BTA-Tiefbohren. Eine gute Schichthaftung setzt eine geeignete Vorbehandlung des Hartmetallsubstrats sowie eine Nachbehandlung der Beschichtung voraus. Durch Finishen kann eine hohe Oberflächenqualität und eine Verrundung der Einlauffase erzielt werden.

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Die Versuche zum Mikrofinishen der Führungsleisten fanden auf einer horizontalen Tiefbohrmaschine statt. Die Andrückrolle (rechts) wird radial gegen den Spanndorn zugestellt. (Bild: ISF)
Die Versuche zum Mikrofinishen der Führungsleisten fanden auf einer horizontalen Tiefbohrmaschine statt. Die Andrückrolle (rechts) wird radial gegen den Spanndorn zugestellt. (Bild: ISF)

Das BTA-Tiefbohren (BTA: Boring and Trepanning Association) ist ein Verfahren zur Erzeugung von Bohrungen hoher Bohrungsqualität mit einem großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis. Basierend auf der asymmetrischen Schneidenanordnung, durch die die Führungsleisten in die gerade erzeugte Bohrungswand gedrückt werden und die von der Außenschneide erzeugten Vorschubrillen einebnen, ergibt sich eine hohe Oberflächengüte.

Finishen von unbeschichteten und DLC-beschichteten Leisten im Vergleich

Daraus resultiert jedoch, bedingt durch die dabei aufzubringende Umformarbeit, eine hohe Beanspruchung der Führungsleisten [1 und 2]. Insbesondere die Bearbeitung schwer zu zerspanender Werkstoffe, wie etwa hoch legierter Stähle, ist durch einen sich schnell entwickelnden Führungsleistenverschleiß gekennzeichnet. Um eine ausreichende Wirtschaftlichkeit bei entsprechender Bohrungsqualität zu gewährleisten, werden die Führungsleisten beschichtet [3].

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Eine gute Schichthaftung setzt allerdings eine geeignete Vorbehandlung des Hartmetallsubstrats sowie eine Nachbehandlung der aufgebrachten Beschichtung voraus. Die am Institut für Spanende Fertigung durchgeführten Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Außenrund-Kurzhubhonen (Finishen) von unbeschichteten sowie DLC-beschichteten (DLC: diamond like carbon) Hartmetallführungsleisten [4, 5 und 6].

Werkstückspindel zum Finishen genutzt

Für die Untersuchungen stand eine horizontale BTA-Tiefbohrmaschine der Firma Giana, Typ GGB 560 CNC, zur Verfügung. Diese Maschine verfügt über eine werkstück- und eine werkzeugseitige Antriebseinheit. Für das Finishen wird lediglich die Werkstückspindel genutzt, in die ein Spanndorn mit den zu bearbeitenden Führungsleisten eingespannt wird, der mit einer definierten Drehzahl von 100 min-1 rotiert.

Bei dem verwendeten Werkstückdurchmesser von 28 mm ergibt sich eine tangential wirkende Schnittgeschwindigkeit von 18 m/min. Eine orthogonal zur tangentialen Schnittbewegung wirkende Axialbewegung wird durch den Anbau eines Finishgerätes des Typs Supfina 202 ermöglicht (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Wie in Bild 1 dargestellt, wird die Andrückrolle durch eine pneumatische Regelung radial gegen den Spanndorn zugestellt. Die Andrückrolle oszilliert mit einer Frequenz von 20 Hz über einen Weg von 5 mm.

Durch die Überlagerung aus Oszillationsbewegung des Werkzeugs (Andrückrolle) und Rotationsbewegung des Werkstücks (Spanndorn) ergibt sich die für das Honen typische Zerspanungskinematik. Auf der Mantelfläche der Führungsleisten entsteht eine Kreuzschliffstruktur, die bei nachfolgenden Beschichtungsprozessen eine bessere Schichthaftung bewirken kann.

Unterschiedliche Ziele beim Finishen von Hartmetallsubstrat und beschichteter Leiste

Bei der Darstellung der Versuchsergebnisse wird zwischen dem Finishen des Hartmetallsubstrats und der beschichteten Führungsleiste differenziert. Beim Finishen der unbeschichteten Führungsleiste besteht das Ziel in der Generierung einer möglichst hohen Oberflächengüte, die für eine gute Schichthaftung der DLC-Beschichtung erforderlich ist. Das Finishen der beschichteten Führungsleisten ist erforderlich, um durch das Beschichten bedingte Wachstumsdefekte abzutragen und gute Gleiteigenschaften der Oberfläche zu gewährleisten.

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