Mapal: Leichtbau-Materialien stellen hohe Anforderungen an Maschine, Werkzeug und Prozess Schwierige Materialien prozesssicher bearbeiten

Redakteur: Matthias Böhm

Die meisten Leichtbau-Materialien eint eines: Sie sind schwer zu zerspanen und stellen hohe Anforderungen an Maschine, Werkzeug und Prozess. Die Erarbeitung wirtschaftlicher und prozesssicherer Werkzeugkonzepte für ihre Bearbeitung erfordert grosses Prozess-Know-how. Begonnen wird mit der Bearbeitung von thermischen Spritzschichten auf Zylinderlaufflächen für Verbrennungsmotoren.

Anbieter zum Thema

Sichere Planbearbeitung von Mischmaterialien mit dem HP-FaceMill.
Sichere Planbearbeitung von Mischmaterialien mit dem HP-FaceMill.
(Bild: Mapal)

Um zukünftig Motorblöcke aus Aluminium noch dünnwandiger und leichter bauen zu können, werden die eingegossenen Buchsen durch thermisch aufgespritzte hochfeste eisenmetallische Schichten ersetzt. Diese können dünner ausgeführt werden und die Reibleistung zwischen Kolbenring und Zylinderlauffläche wird verringert. Für diese neue Technologie im Motorenbau sind spezielle Werkzeuge für die Konditionierung der Zylinderfläche vor dem thermischen Spritzen nötig, um eine optimale Schichthaftung zu erzielen.

Zylinderlaufflächen werden mit PcBN-Schneiden bearbeitet

Dabei wird mit der Mapal-Werkzeuglösung durch PKD-Konturschneiden eine definierte Strukturierung auf der Zylinderlauffläche erzeugt, in der sich die Spritzschicht optimal verkrallt und haftet. Nach dem Aufspritzen der Schicht werden die Zylinderlaufflächen mit Feinbearbeitungswerkzeugen mit sechsschneidigen PcBN-Schneiden (Polykristallines kubisches Bornitrid) bearbeitet.

Die Geometrie der Lauffläche wird so für das abschliessende Feinhonen vorbereitet. Die Feinbearbeitungswerkzeuge sind mit kühlmittelgesteuerten Aussteuermechanismen und einer Schneidenkompensation ausgestattet, um die Standzeiten weiter zu erhöhen.

Komplettbearbeitung von hochfesten Stahlsorten im Turbolader

Downsizing und Abgasturbolader treiben die moderne Motorenentwicklung. Für die Produktion der Turbinen- und Verdichtergehäuse des Turboladers waren oftmals sowohl Bearbeitungszentren als auch Drehmaschinen erforderlich. Die geometrisch komplexe Bearbeitung insbesondere beim Turbinengehäuse wird weiter erschwert, da hier hochfeste und temperaturbeständige Stahlgusssorten zum Einsatz kommen. Diese dürfen ihr Gefüge in einem Temperaturkorridor von –40° bis +1050° C nicht verändern. Die Belastungen auf die Schneiden sind entsprechend hoch.

Per Interpolations-Drehen Konturen und Einstiche fertigen

Moderne Fertigungsverfahren ermöglichen die komplette Bearbeitung auf einer Maschine. Mit mechatronischen Werkzeugsystemen und durch Interpolationsdrehen werden Konturen und Einstiche bearbeitet. Komplettbearbeitungswerkzeuge fassen darüber hinaus viele Bearbeitungsschritte zusammen.

Hochpositive Schneidengeometrie für hochfesten Stahl

Die Tangentialtechnologie bettet die Schneidkörper stabil im Werkzeugkörper ein. Neben der Stabilität ermöglicht die Tangentialtechnologie die Umsetzung hochpositiver Schneidengeometrien, was für die Zerspanung des hochfesten Stahls Vorteile bringt.

Sinterwerkstoffe am Zylinderkopf prozesssicher Reiben

Das Downsizing hat in den letzten Jahren auch den Ventiltrieb im Zylinderkopf verändert. So wurden die Abmessungen des Ventilsitzes und der -führung von einer Motorengeneration zur nächsten immer kleiner. Dem Prinzip des Downsizing folgend, aus kleineren Motoren mehr Leistung zu holen, müssen die verwendeten Materialien der Ventilsitzringe starken Belastungen und Temperaturen standhalten. Verbesserte Materialien mit höherer Härte jedoch erschweren die Zerspanung.

PcBN-Schneide muss absolut vibrationsfrei sein

Als Schneidstoff wird meistens PcBN verwendet, um die Standzeiten in vernünftige Grössen zu bringen. Die Auswahl der optimalen PcBN-Sorte und der richtigen Kantenpräparation sind von entscheidender Bedeutung.

Ebenso ist es essenziell, dass die Schneide absolut vibrationsfrei und robust im Werkzeugkörper aufgenommen ist. Hierzu liegt bei der Mapal-Lösung zur Bearbeitung der Ventilsitzringe die Schneide in einer Prismenauflage, um auch kleinste Vibrationen zu vermeiden, die sich negativ auf Qualität und Standzeit auswirken würden.

Exakte Prismenaufnahme als Festplattensitz

Die Prismenaufnahme ist dabei als Festplattensitz so exakt in den Werkzeugkörper integriert, dass ein Einstellen der Schneide nicht mehr erforderlich ist.

Aufgrund der extremen Belastungen, denen Ventilführungen ausgesetzt sind, spielen die Gleit- und Wärmeleiteigenschaften der eingesetzten Werkstoffe eine grosse Rolle. In der Praxis werden zunehmend Sintermetalle verwendet, da sie im Vergleich zu anderen Werkstoffen kostengünstiger sind und eine höhere Verschleissfestigkeit aufweisen.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:43441108)