Finishen als Kombinationsbearbeitung auf Drehzentren

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1 Erfahrungsberichte mit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Hochschule Magdeburg-Stendal Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau Breitscheidstraße Magdeburg

2 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 1 Walzen-/ Großwellenbearbeitung Allgemeine Problembeschreibung Werkstückspezifikation: Durchmesser 1500 mm Länge mm Gestiegene Q-anforderungen: Zylindrizität 50 µm Rundheit 50 µm Mittenrauwert Ra 0,05 µm max. Rautiefe Rmax 0,4 µm definierter Glanzgrat! Überarbeitung der Prozesskette Voruntersuchungen, Bereitstellung von Technologiekenndaten, Erprobung am Realbauteil spezifische Technologiepakete Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 2

3 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 1 Walzen-/ Großwellenbearbeitung Ergebnisse Stand der Technik vs. Innovative Prozesskette 100 % 100 % 100 % 80 % 40 % 40 % Durchlaufzeit Reproduzierbarkeit Maß- und Formgenauigkeit Drehen Rmax Ra Rz 8,4 1,08 7,2 Finishen I Rmax Ra Rz 1,9 0,09 1,2 Beschichten Rmax Ra Rz 3,4 0,5 2,5 Finishen II Rmax Ra Rz 0,3 0,03 0,2 Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 3

4 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 2 Motorrad-Hinterachswelle OKUMA LU 300 Allgemeine Problembeschreibung Drehbearbeitung erfolgt in CNC-Drehzentrum Endkunde wünscht zukünftig eine zusätzliche Feinbearbeitung (Ø 34mm) Anforderungen Schliffbild: drallfrei gemittelte Rautiefe Rz: 1 3 µm maximale Rautiefe Rmax: 6,3 µm Rundlauf: 0,1 mm Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 4

5 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 2 Motorrad-Hinterachswelle Ergebnisse Bandqualität 3M 272L (Al 2 O 3 ) 40 µm Drehzahl 936 min -1 Flächenpressung 0,8 N/mm 2 Bearbeitungszeit 12 s Oberflächengüte Rz = 0,93 µm Erzeugung drallfeier Oberflächen durch Finishen Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 5

6 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 3 Achsstummel Allgemeine Problembeschreibung - Tribooxidation(Passungsrost) als Folge adhäsiven Verschleisses Überarbeitung Lagersitzbearbeitung Ø 88 mm (Präzisionsdrehen, Rollieren, Finishen) Ausgangssituation:gedrehte Oberfläche (Rz 6,3 µm) Ergebnisse WS: Achsstummel Ø 88 mm WZ: 3M 372L (Al 2 O 3 ), 40µm 20µm WZM: konventionelle Drehmaschine KSS: ohne Prozess: zweistufig, pneum. Zustellung Bearbeitungszeit: 15 s 15 s Bearbeitungsdruck: 0,4 N/mm² Schnittgeschwindigkeit: m/min Oszillationsfrequenz: 20 Hz Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 6

7 Erfahrungsbericht über die Finishbearbeitungmit universellen Aufsatzgeräten auf Standardmaschinen Beispiel 4 Hydraulikbremszylinder Allgemeine Problembeschreibung Dichtflächenbearbeitung großer Durchmesser (Ø 300 mm) Ausgangssituation: C45 N, gedrehte Oberfläche (Rz 6,3 µm) Ergebnisse Aussenbearbeitung mit Band (2 Prozessstufen) WS: C45 N WZ: 3M 472L (SiC), 30µm 15µm WZM: konventionelle Drehmaschine KSS: ohne Prozess: zweistufig, pneum. Zustellung Bearbeitungszeit: 4 min Bearbeitungsdruck: 0,6 0,4 N/mm² Schnittgeschwindigkeit: 100 m/min Oszillationsfrequenz: 20 Hz Ø 300 Prof. Dr.-Ing Harald Goldau 7

8 Innenbearbeitung mit Steinwerkzeug Rautiefe Rz Werkstück 1,4 Rz [µm] 1,2 1 0,8 0,6 1,25 0,69 WS: C45N WZ: SC VPD S WZM: konv. Drehmaschine KSS: Sinto Grind TTS-HO Prozess: einstufig, kraftgesteuert Bearbeitungszeit: 2min Bearbeitungsdruck: 0,7N/mm² Schnittgeschwindigkeit: 120 m/min Oszillationsfrequenz: 20Hz Finisheinheit 0,4 0,2 gefinishte Dichtfläche 0 gefordert gemessen prozesstypische Kreuzschliffstruktur Werkzeug Endbearbeitung von Hydraulikkomponenten 8

9 Finishen als Kombinationsbearbeitung auf Drehzentren Adaptive Finishwerkzeugeinheit für den Einsatz in Standard-Bearbeitungszentren Prozesssichere und reproduzierbare Herstellung von Funktionsflächen in einer Aufspannung Steigerung der Flexibilität & Leistungsfähigkeit des BAZ Erhöhung der Qualität & Wirtschaftlichkeit geringe Investitionskosten PREUSS Projektlaufzeit: Kombinationsbearbeitung Drehen-Finishen 9

10 Höhere Produktivität und sichere Prozesse bei der Wellenbearbeitung! Weiches kraftgesteuertes System Starres kraftgeregeltes System Kraftsensor 190 Quelle: Werkstatt + Betrieb ; Ausgabe 3/2004 Entwicklungen der Hochschule Magdeburg-Stendal Stand der Technik: Aufsatzgeräte 10

11 Höhere Produktivität und sichere Prozesse bei der Wellenbearbeitung! Rz 0,8 R z Drehen R z Finishen schlecht gut Optimum Qualität + Zeit Rz < 0,8 µm gut Einstufiger Prozess schlecht niedrig Bearbeitungszeit hoch Aufgabenstellung 11

12 1. Ermittlung der Technologieparameter im Einstechverfahren - Festlegung der Drehrautiefe - Ermittlung der minimalen Bearbeitungszeit um Rz<0,8µm herzustellen 2. Auswahl der Bearbeitungsstrategie im Vorschubverfahren 3. Inbetriebnahme der entwickelten Finisheinheit 4. Übertragung und Optimierung der Ergebnisse aus den Grundlagenversuchen auf den seriennahen Prozess 5. Bewertung der Qualität und Produktivität des Kombinationsbearbeitungsprozesses Strategie I Versuchsaufbau 12

13 Technologieparameter der Einstech-Bearbeitung: Korngröße:....15µm (3M 372L) Andrückrollenhärte:...80 Shore Normalkraft:. 200 N Schnittgeschwindigkeit: 120 m/min Oszillationsfrequenz:..20Hz Bandvorschub 1: mm/min (20s) Bandvorschub 2: 8 mm/min (10s) Bearbeitungszeit:..48 s Bearbeitungslänge:..50mm Strategie der Vorschub-Bearbeitung: Einstech-Bearb. (20s) (10s) Vorschub-Bearb. Bandvorschub Bandvorschub 60mm/min 8mm/min 60mm/min 8m/min Bearbeitungsstrategie: konventionelle Drehmaschine Bearbeitungsstrategie: CNC-Drehmaschine Vorschub-Bearb. Bandvorschub 60mm/min 8mm/min Finishen als Kombinationsbearbeitung auf Drehzentren Einstech-Bearb. (20s) (10s) Bandvorschub 8mm/min 60m/min Einstech-Bearb. (20s) (10s) Bandvorschub 60mm/min 8mm/min 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Einstufiger Prozess Rautiefe R z [µm] 3,07 0,60 gedreht gefinisht Technologieparameter I Bearbeitungsstrategie 13

14 T in [min] Gesamtbearbeitungszeit in [min]: Erregerwelle L=827mm,ø=100mm Wst.:42CrMo Schleifen Rz<0,8μm Finishen Rz<0,8μm Nebenzeit Finishen als Kombinationsbearbeitung auf Drehzentren Wirtschaftlichkeitsvergleich der Technologien Schlichten Rz=3μm Schlichten Rz=2μm Schruppen Rz=7μm Bewertung der Produktivität der Prozesse Geringe Investitionskosten Ein Bearbeitungszentrum Halbierung der Bearbeitungszeiten Erreichung der Qualitätsanforderungen: Prozesssicher Reproduzierbar Wirtschaftlich T 1 T 2 T 3 T1) Dreh- und Schleifbearbeitung auf zwei Bearbeitungszentren T2) Kombinationsbearbeitung auf konventioneller Drehmaschine T3) Kombinationsbearbeitung auf CNC-Drehmaschine + Drehprozessoptimierung 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Hochschule Magdeburg-Stendal Breitscheidstraße Magdeburg Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau Telefon: harald.goldau@hs-magdeburg.de Ronny Brinkmann Telefon: ronny.brinkmann@hs-magdeburg.de Burghard Genz Telefon: burghard.genz@hs-magdeburg.de