Bei dieser Anwendung sollten radial angeordnete Bohrungen eines Radialkolben-Hydraulikmotors aus Sphäroguss direkt auf einem Bearbeitungszentrum fertigbearbeitet werden. Im Mittelpunkt stand eine etwa Ø75 mm große, zum Bauteilrand offene Bohrung. Ihre unterbrochene Randzone und der freie Auslauf erschweren eine gleichmäßige Werkzeugführung und können Formabweichungen begünstigen.
Für den Entwicklungsversuch kam ein expandierendes coolEXact® midi Schalenhonwerkzeug mit vier großflächig geführten Schalensegmenten und metallgebundenen Diamant-Honleisten zum Einsatz. Das Werkzeug fährt mit reduziertem Durchmesser in die vorbearbeitete Bohrung ein und weitet die Schalen erst in Bearbeitungsposition auf. Dadurch lässt sich die Bohrung trotz der besonderen Zugänglichkeit auf dem Bearbeitungszentrum honen.
| Merkmal | Dokumentierter Wert |
|---|---|
| Werkstoff | Sphäroguss |
| Bauteil | Radialkolben-Hydraulikmotor |
| Bohrungsanordnung | sechs radial angeordnete Bohrungen |
| Bearbeitungsdurchmesser | ca. Ø75 mm |
| Einfahrdurchmesser des Werkzeugs | Ø74,5 mm |
| Oberflächenziel | Ra < 0,4 µm |
| Werkzeugtechnologie | coolEXact® midi Schalenhonwerkzeug |
| Schalensegmente | vier expandierende Segmente |
| Schneidstoff | metallgebundener Diamant |
| Maschinenschnittstelle | CAT50 |
| Prozessstatus | dokumentierter Entwicklungsversuch |
Das coolEXact® midi Schalenhonwerkzeug besitzt vier expandierende Schalensegmente. Im eingefahrenen Zustand bleibt der Außendurchmesser klein genug, um durch die auf Ø74,5 mm ausgelegte Einfahröffnung in die vorbearbeitete Bohrung zu gelangen. Erst anschließend werden die Schalen auf den wirksamen Bearbeitungsdurchmesser aufgeweitet.
Die großflächige Führung verteilt die Bearbeitungskräfte über den Umfang. Metallgebundene Diamant-Honleisten stellen die erforderliche Abtragsleistung im Sphäroguss bereit. Bei einer zum Rand offenen Bohrung muss die Belegung der Schalen zugleich so ausgelegt werden, dass das Werkzeug am freien Bohrungsende nicht einseitig entlastet wird. Genau diese Balance zwischen Abtrag, Führung und Formkorrektur war Gegenstand des Versuchs.
Werkstück ausrichten: Das Bauteil wird so positioniert, dass die jeweilige radiale Bohrung fluchtend zur Maschinenspindel steht. Die schwimmend ausgelegte Aufspannung unterstützt die Ausrichtung, ohne die Lage der Bohrung durch unnötige Zwangskräfte zu beeinflussen.
Werkzeug sicher einfahren: Das Schalenhonwerkzeug fährt mit reduziertem Durchmesser in die auf Ø74,5 mm vorbereitete Öffnung ein. Erst in Bearbeitungsposition werden die vier Schalen expandiert.
Material gleichmäßig abtragen: Die Diamant-Honleisten bearbeiten die gesamte Funktionsfläche. Im Versuch wurde ein Abtrag von rund 90 µm dokumentiert. Damit wurde gezeigt, dass die Werkzeuglösung deutlich mehr als eine reine Oberflächenberührung leisten kann.
Form und Oberfläche kontrollieren: Nach der Bearbeitung werden Oberflächenwert und axialer Formverlauf bewertet. Gerade am freien Bohrungsende entscheidet die gleichmäßige Abstützung der Schalen darüber, ob sich eine Konizität ausbildet.
Belegungsmuster optimieren: Im ersten Versuchsstand lag die Konizität bei etwa 5–10 µm. Durch eine angepasste Verteilung der Honleisten auf den Schalensegmenten wurde die lokale Entlastung am offenen Bohrungsende kompensiert und die Konizität anschließend auf unter 2 µm reduziert.
| Prüfkriterium | Dokumentiertes Ergebnis | Bewertung |
|---|---|---|
| Abtrag | ca. 90 µm | hohe Abtragsleistung im Versuch nachgewiesen |
| Oberflächenziel | Ra < 0,4 µm | Zielvorgabe |
| Rauheit im ersten Versuchsstand | Ra = 0,466 µm | Zwischenstand vor der Optimierung |
| Erreichte Rauheit | Ra < 0,35 µm | Zielvorgabe erfüllt |
| Konizität im ersten Versuchsstand | ca. 5–10 µm | Ausgangswert vor Anpassung der Belegung |
| Erreichte Konizität | < 2 µm | nach Anpassung des Belegungsmusters |
| Werkzeugeinfahrt | Ø74,5 mm | Einfahrt vor dem Aufweiten der Schalen bestätigt |
Der erste Versuchsstand bestätigte bereits die grundsätzliche Bearbeitbarkeit der großen radialen Bohrung mit einem Schalenhonwerkzeug auf dem Bearbeitungszentrum. Nach der Anpassung des Belegungsmusters wurde die Rauheit auf Ra < 0,35 µm verbessert und die Konizität auf unter 2 µm reduziert. Damit wurden die für diese Prozessentwicklung gesetzten Oberflächen- und Formziele erreicht.
Warum wird ein Schalenhonwerkzeug eingesetzt? Die expandierenden Schalen kombinieren eine große Führungs- und Bearbeitungsfläche mit einem kleineren Einfahrdurchmesser. Dadurch kann das Werkzeug zunächst kollisionsfrei in die vorbearbeitete Bohrung einfahren und erst dort auf Bearbeitungsmaß aufweiten.
Welche Herausforderung verursacht das offene Bohrungsende? Am freien Ende nimmt die umlaufende Abstützung ab. Das Werkzeug kann dadurch lokal anders belastet werden, was eine Konizität oder eine ungleichmäßige Oberfläche begünstigt.
Wurde das Oberflächenziel erreicht? Ja. Ra = 0,466 µm kennzeichnete einen frühen Zwischenstand. Nach der Optimierung wurde Ra < 0,35 µm erreicht und damit die Vorgabe Ra < 0,4 µm erfüllt.
Wie lässt sich die Konizität weiter reduzieren? Entscheidend war eine angepasste Verteilung der Honleisten auf den Schalensegmenten. Dadurch sank die Konizität vom anfänglichen Bereich von etwa 5–10 µm auf unter 2 µm. Hubweg, Werkzeugüberdeckung und Vorbearbeitungsform bleiben dabei gemeinsam zu betrachten.
Der Versuch zeigt, dass ein coolEXact® midi Schalenhonwerkzeug die radial angeordnete, offene Ø75-mm-Bohrung eines Radialkolben-Hydraulikmotors direkt auf dem Bearbeitungszentrum bearbeiten kann. Rund 90 µm Abtrag belegen die Leistungsfähigkeit des Konzepts. Nach Anpassung des Belegungsmusters wurden Ra < 0,35 µm und eine Konizität von unter 2 µm erreicht. Der frühe Messwert Ra = 0,466 µm bleibt als nachvollziehbarer Zwischenstand der erfolgreichen Prozessoptimierung dokumentiert.
Zugehörige DIAHON-Rubrik: coolEXact®.