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Durchbruch beim Honen Definierte Schwingungen erlauben das Honen jetzt auch ohne KSS

| Autor / Redakteur: Sascha Zimmermann und Eckart Uhlmann / Peter Königsreuther

Der Einsatz von Kühlmschierstoff (KSS) ist nicht nur teuer. Und Bisher konnte zumindest beim Honen und Schleifen nicht darauf verzichtet werden. Das haben Forscher jetzt geändert...

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Honen ohne Kühlschmierstoff? Das geht! Vergleich von Honleisten nach dem üblichen Prozess mit KSS. Rechts wurde aber mit, und daneben ohne induzierte Schwingungen gehont. Links gibt es mehr Materialanhäufungen. Das machte Mut...
Honen ohne Kühlschmierstoff? Das geht! Vergleich von Honleisten nach dem üblichen Prozess mit KSS. Rechts wurde aber mit, und daneben ohne induzierte Schwingungen gehont. Links gibt es mehr Materialanhäufungen. Das machte Mut...
(Bild: IWF)

Der Einsatz von Kühlschmierstoff verursacht mit seiner Anschaffung, seiner Pflege und der Aufbereitung sowie der Reinigung der Bauteile nach der Bearbeitung beträchtliche Kosten. Zusätzlich sind die Kosten, die durch die Schädigung der Umwelt entstehen, langfristig gesehen beträchtlich. Im Rahmen der Feinbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen oder Honen, ist KSS derzeit jedoch nicht durch Alternative ersetzbar oder gar wegzudenken. Mit der richtigen Prozessstrategie ist es aber möglich!

Dornhonen mit induzierten Schwingungen hilft weiter

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt (DFG - 392314670), das die Untersuchung von Dornhonprozessen zum Inhalt hat, wurde schon früh erkannt, dass sich mithilfe induzierter Schwingungen die Prozesskräfte beim Dornhonen signifikant verringern lassen. Ein Hauptgrund dafür ist, dass sich das abgetrennte Material beziehungsweise die Späne durch Schwingungen gut im Spanraum, der zwischen den Honleisten und dem Werkstück besteht, verteilen und von dort abgeführt werden können. Diese Tatsache wird durch die mikroskopische Betrachtung der Honleistenoberflächen nach der Bearbeitung von Grauguss verdeutlicht (siehe Aufmacherbild).

Bei einem konventionellen Dornhonprozess, bei dem ein und dieselbe Schnittrichtung über einen längeren Zeitraum beibehalten wird, sammelt sich das abgetrennte Material in den dafür vorgesehenen Spanräumen an. Wie das Bild ebenfalls zeigt, verbleibt es dort weitestgehend (links). Die Schneidkörner aus Diamant werden von Material umschlossen und können nur noch bedingt an der Materialabtrennung teilnehmen. Es ist außerdem zu vermuten, dass das abgetrennte Material während der Bearbeitung selbst am Werkstück reibt und so die Bearbeitungskräfte ansteigen lässt.

Im Gegensatz dazu zeigen die Honleisten nach einem Prozess mit axialen Schwingungen keine oder nur vereinzelte Materialanhäufungen (rechts). Denn durch den andauernden und schnellen Wechsel der Schnittrichtung kann sich das abgetrennte Material besser zwischen Werkstück und Werkzeug verteilen, staut sich dadurch nicht an einer bestimmten Stelle und kann somit auch schneller komplett abgeführt werden.

Die trockene Honalternative bringt bessere Rauheitskennwerte!

Die bis dahin erlangten Erkenntnisse führten zu der Idee, auf den Kühlschmierstoff während des Honprozesses einfach ganz zu verzichten, weil KSS dabei vor allem einen Spüleffekt bewirken soll. Es wurden deshalb Dornhonprozesse mit definierten Schwingungen und ohne den KSS durchgeführt. Die entsprechenden Bearbeitungen wurden mit denselben Prozessparametern ausgeführt, die zuvor schon mit KSS-Einsatz zu signifikanten Verringerungen der Kräfte und Momente geführt haben.

Dazu zählen unter anderem auch dieselben Axial- und Umfangsgeschwindigkeiten, die beim konventionellen Dornhonen galten. Im Vergleich zu einem „nassen“ Prozess mit Schwingungen steigen die Kräfte und Momente zwar an, sind jedoch nicht größer als die bei entsprechenden konventionellen Prozesses ohne Schwingungen auftretenden.

Eindrucksvoll zeigen sich die Ergebnisse nach dem „trockenen“ Prozess: Wie die Abbildung des Werkzeugs zeigt (Bild 2), sammelt sich vereinzelt sogar das abgetrennte Material hinter den Honleisten an.

Bild 2: Eindrucksvoll zeigen sich die Ergebnisse nach einem „trockenen“ Honprozess. Wie dieses Werkzeugs zeigt, sammelt sich vereinzelt sogar das abgetrennte Material hinter den Honleisten an.
Bild 2: Eindrucksvoll zeigen sich die Ergebnisse nach einem „trockenen“ Honprozess. Wie dieses Werkzeugs zeigt, sammelt sich vereinzelt sogar das abgetrennte Material hinter den Honleisten an.
(Bild: IWF)

Es muss dazu erwähnt werden, dass das Werkzeug nicht, wie beim industriellen Prozess, nach der Bearbeitung wieder aus dem Zylinder gefahren wird, sondern nach dem einmaligen Durchqueren von der Spindel getrennt wird. Nur so kann eine gute und einwandfreie Beurteilung der Ergebnisse erfolgen.

Auf der Werkstückoberfläche verbleibt zunächst ein Staubfilm, der auch ohne den Einsatz von zusätzlichen Chemikalien einfach entfernt werden kann. Während beim üblichen Dornhonprozess drehriefenartige Bearbeitungsspuren verbleiben, wird durch die zusätzlichen Schwingungen eine Oberflächenstruktur mit sich kreuzenden Spuren hervorgerufen – ähnlich, wie sie sich beim konventionellen Langhub-Innenrundhonen bilden (Bild 3).

Bild 3: Durch die zusätzlichen Schwingungen wird eine Oberflächenstruktur mit sich kreuzenden Spuren hervorgerufen, ähnlich dem konventionellen Langhub-Innenrundhonen.
Bild 3: Durch die zusätzlichen Schwingungen wird eine Oberflächenstruktur mit sich kreuzenden Spuren hervorgerufen, ähnlich dem konventionellen Langhub-Innenrundhonen.
(Bild: IWF)

Noch beeindruckender und (bis dato) unerklärlich ist, dass die Rauheitskennwerte der trocken bearbeiteten Werkstücke besser sind, als sämtliche Kennwerte der mit Kühlschmierstoff gehonten Oberflächen. Eine geplante Analyse der Honleistenoberflächen und deren Entwicklung mit ansteigender Prozessdauer wird Aufschluss darüber geben.

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