DE102011116918B4 - Tool with a geometrically determined cutting edge for machining a finish on a workpiece surface, tool edge geometry, process and workpiece with a finished functional surface - Google Patents

Abstract

Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide zur spanabhebenden Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche, aufweisend eine erste Glättkontur- oder Glättfase (2), gekennzeichnet durch eine zweite Umform-/Glättfase (5), die sich im Wesentlichen in einer Schnittrichtung des Werkzeuges (1) und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Glättfase (2) in einer Arbeitsebene, die beide Glättfasen (2, 5) enthält, erstreckt.Tool with a geometrically defined cutting edge for machining finish machining of a workpiece surface, comprising a first smoothing or smoothing bevel (2), characterized by a second forming / smoothing bevel (5) extending substantially in a cutting direction of the tool (1) and substantially perpendicular to the first smoothing chamfer (2) in a working plane containing both smoothing chamfers (2, 5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide zur spanabhebenden Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche, eine Werkzeugschneidengeometrie, ein Verfahren und ein Werkstück mit einer endbearbeiteten Funktionsoberfläche.The invention relates to a tool with a geometrically determined cutting edge for machining finish machining of a workpiece surface, a tool cutting geometry, a method and a workpiece with a finished functional surface.

Bei der Auswahl und Herstellung von gleitgelagerten Bauteilen, wie sie z. B. in modernen Verbrennungsmotoren als Gleitlager, Zylinderlaufbahnen od. dgl. vorliegen, spielt ein tribologischer Einlaufprozess für den späteren stabilen und langlebigen Betrieb eine wesentliche Rolle. Verbrennungsmotoren enthalten solche Bauteile in großer Anzahl. Aufgrund der in den letzten Jahren gestiegenen Leistungsdichte in Verbrennungsmotoren werden die Funktionsoberflächen der von Gleit- und/oder Rollreibung betroffenen Bauteile stärker belastet, woraus ein Anstieg der Reibleistung und der Reibenergiedichte resultiert.In the selection and production of sliding bearing components, as z. B. in modern internal combustion engines as plain bearings, cylinder liners od. Like., Plays a tribological enema process for later stable and durable operation an essential role. Internal combustion engines contain such components in large numbers. Due to the increased power density in internal combustion engines in recent years, the functional surfaces of the components subject to sliding and / or rolling friction are subjected to greater loads, which results in an increase in friction power and friction energy density.

Wird eine Funktionsoberfläche durch ein spezielles Einlaufprogramm für die im Betrieb vorkommenden Belastungen vorbereitet, so kann diese Funktionsfläche auch einer kurzzeitigen Überbeanspruchung standhalten. Wenn hingegen eine unvorbereitete Funktionsoberfläche eine solche Überbelastung erfährt, führt dies meist zur Schädigung des Bauteiles. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei einer gut eingelaufenen Funktionsfläche eine nanokristalline Randschicht ausbildet, welche auch als „dritter Körper” bezeichnet wird. Die Erzeugung/Ausbildung einer solchen Einlaufschicht wird bei Großmotoren durch ein Motoreinlaufverfahren mittels Belastungskennfeld eingestellt. Dies ist jedoch für die Serienfertigung für PKWs aus Kostengründen nicht möglich.If a functional surface is prepared for the loads occurring during operation by means of a special run-in program, this functional surface can withstand short-term overloading. If, on the other hand, an unprepared functional surface experiences such an overload, this usually leads to damage to the component. Investigations have shown that a well-penetrated functional surface forms a nanocrystalline surface layer, which is also called a "third body". The generation / formation of such an inlet layer is set in large engines by a motor intake method by means of load map. However, this is not possible for mass production for cars for cost reasons.

Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren werden durch Honen endbearbeitet. Der Honprozess wird abhängig vom verwendeten Material in verschiedenen Verfahrensführungen ausgebildet. Bei Leichtmetalllegierungen (AlSi-Legierungen) wird beispielsweise ein Freilegungshonen oder Fluid-Freilegungshonen eingesetzt, um die Al-Matrix um wenige Mikrometer zurückzusetzen, so dass ein mit der Zylinderlauffläche in Gleitkontakt tretender Kolbenring auf den Si-Partikeln der Leichtmetalllegierung gleiten kann. Bei Graugusswerkstoffen wird ein Spiralgleithonen bzw. Plateauhonen angewandt. Die beim Honen eingebrachte Struktur in Gestalt von Mikrokanälen in die Oberfläche dient u. a. der Schmiermittelversorgung zwischen Zylinderwand und Kolbenring im Betrieb. Untersuchungen haben ergeben, dass diese Honstruktur verschleißbedingt nach einer gewissen Betriebszeit nicht mehr in der Zylinderlauffläche vorhanden ist, ohne dass dieses zu Beeinträchtigungen im Betrieb des Verbrennungsmotors führt (vgl. auch DE 10 2008 034 447 B3 , DE 10 2006 017 990 A1 ).Cylinder surfaces of internal combustion engines are finished by honing. The honing process is formed depending on the material used in different process guides. For light metal alloys (AlSi alloys), for example, honing honing or fluid exposure honing is employed to reset the Al matrix by a few microns so that a piston ring slidingly in sliding contact with the cylinder surface can slide on the Si particles of the light metal alloy. With gray cast iron materials a spiral gliding or plateau lifting is used. The introduced during honing structure in the form of micro-channels in the surface is used, inter alia, the lubricant supply between the cylinder wall and the piston ring during operation. Investigations have shown that this honing structure is no longer present in the cylinder surface after a certain period of operation due to wear, without this leading to any impairment in the operation of the internal combustion engine (cf. DE 10 2008 034 447 B3 . DE 10 2006 017 990 A1 ).

Aus der DE 10 2006 053 330 A1 ist ein Zerspanungswerkzeug zur Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks bekannt, wobei in einem Bearbeitungsvorgang mittels einer Schneide ein Trennen und mittels eines Vorsprungs ein Glätten der Oberfläche erfolgt.From the DE 10 2006 053 330 A1 is a cutting tool for machining the surface of a workpiece known, wherein in a machining operation by means of a cutting edge separating and by means of a projection, a smoothing of the surface.

Das Dokument DE 100 34 228 A1 offenbart das gleichzeitige Zerspanen und Glätten eines Werkstücks mittels eines Schneidwerkzeugs, das eine Zahnfläche und eine Kompressionsverarbeitungsfläche aufweist.The document DE 100 34 228 A1 discloses the simultaneous machining and smoothing of a workpiece by means of a cutting tool having a tooth surface and a compression processing surface.

Aus der DE 10 2008 002 406 A1 ist ein Schneidwerkzeug und ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken bekannt, wobei das Schneidwerkzeug einen Schneidkeil und ein Walzmittel aufweist, mit denen gleichzeitig ein Trennen und Glätten der Oberfläche eines Werkstücks erfolgt.From the DE 10 2008 002 406 A1 For example, a cutting tool and a method for machining metallic workpieces are known, wherein the cutting tool has a cutting wedge and a rolling means with which at the same time a separation and smoothing of the surface of a workpiece takes place.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug, insbesondere eine Wendeschneidplatte, mit einer Schneidengeometrie zu schaffen, die für eine Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche geeignet ist und mit der ein Verfahren für eine Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche in vorteilhafter Weise mit geometrisch bestimmter Schneide ausgeführt werden kann und eine entsprechende Werkzeugschneidengeometrie anzugeben. Schließlich liegt der Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, ein Werkstück mit einer Werkstücksoberfläche, insbesondere mit einer hochbelasteten Funktionsfläche anzugeben, das sich durch eine hohe Oberflächenqualität auszeichnet und eine hohe Belastbarkeit der Werkstückoberfläche gewährleistet.The invention has for its object to provide a tool, in particular an indexable insert, with a cutting geometry, which is suitable for finish machining a workpiece surface and with a method for finish machining a workpiece surface can be performed advantageously with geometrically defined cutting edge and a specify appropriate tool edge geometry. Finally, the invention also has the object of specifying a workpiece with a workpiece surface, in particular with a highly loaded functional surface, which is characterized by a high surface quality and ensures a high load capacity of the workpiece surface.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeug mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind Gegenstand der Unteransprüche.The above object is achieved by a tool with the features of claims 1 and 8. Advantageous embodiments of the tool according to the invention are the subject of the dependent claims.

Hinsichtlich eines Verfahrens wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst, während die vorgenannte Aufgabe hinsichtlich eines Werkstückes mit einer Werkstückoberfläche hoher Belastbarkeit und Oberflächengüte erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 15 gelöst wird. Hinsichtlich der Werkzeugschneidengeometrie wird die vorgenannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 10 gelöst.With regard to a method, the aforementioned object is achieved by a method having the features of claim 11, while the above object is achieved with respect to a workpiece with a workpiece surface high load capacity and surface quality according to the invention by the features of claim 15. With regard to the tool cutting geometry, the aforementioned object is achieved by the features of claim 10.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden zwei Arbeitsschritte, nämlich eine spanende Oberflächenbearbeitung (Trennen) wie auch eine gezielte oberflächenverdichtende Glättbearbeitung (Umformen), die zu einer sehr hohen Oberflächengüte niedriger Rauheit der Werkstückoberfläche führt, in einem kombinierten Trenn-/Glättprozess gleichzeitig in integrierter Ausbildung in einem einzigen Bearbeitungsschritt erreicht. In Verbindung mit der Spanbildung bei einer spanabhebenden Endbearbeitung (Finishbearbeitung) der entsprechenden Werkstückoberfläche wird unmittelbar eine erhöhte Passivkraft auf die Werkstückoberfläche aufgebracht, die bewirkt, dass zusätzlich zum spanabhebenden Schneidvorgang die Werkstückoberfläche teilweise gezielt umgeformt bzw. geglättet wird. Hierdurch entstehen sehr geringe Oberflächenrauheiten und die durch die Passivkraft aufgrund einer spezifischen Werkzeugschneidengeometrie, vorzugsweise einer Wendeplattenschneidengeometrie, eingeleitete gezielte Umformung führt im oberen Randschichtbereich der Werkstückoberfläche zu einem feinkörnigeren, nanokristallinen Gefüge. Zur Werkstückmitte hin nimmt die Korngröße des Gefüges zu und wird dieses grobkörniger, da tiefere Gefügeschichten des Werkstückes nicht beeinflusst werden. Das o. g. Verfahren bietet auch das Potential, dass herkömmliche Endbearbeitungsverfahren, wie Schleifen oder Honen durch Dreh- oder Fräsfinishbearbeitungsverfahren ersetzt werden können, die ebenfalls Endbearbeitungsqualitäten an der Werkstückoberfläche generieren.By the method according to the invention are two steps, namely a machining surface treatment (separation) as well as a targeted surface compacting smoothing (forming), which leads to a very high surface quality low roughness of the workpiece surface, achieved in a combined cutting / smoothing process simultaneously in integrated training in a single processing step. In connection with the chip formation during a machining finish of the corresponding workpiece surface, an increased passive force is applied directly to the workpiece surface, which causes the workpiece surface to be partially specifically reformed or smoothed in addition to the cutting process. This results in very low surface roughness and the passive force due to a specific tool cutting geometry, preferably a insert cutting geometry, initiated targeted forming leads in the upper boundary layer area of the workpiece surface to a finer-grained, nanocrystalline structure. Towards the middle of the workpiece, the grain size of the microstructure increases and becomes coarser-grained since deeper microstructures of the workpiece are not affected. The above method also offers the potential that conventional finishing methods, such as grinding or honing, can be replaced by turning or milling finish machining methods that also generate finishing qualities on the workpiece surface.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Werkzeugschneidengeometrie führt zu einem Werkzeug, mit dem in einem kombinierten Trenn-/Glättprozess endbearbeitete Werkstückoberflächen, wie z. B. einer Zylinderlauffläche, kostengünstig hergestellt werden können, so dass bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen Oberflächengüten von z. B. Rz 1 μm bis Rz 2 μm in Aluminiumlegierungen herstellbar sind.The inventive design of the tool cutting geometry leads to a tool with the machined in a combined cutting / smoothing process workpiece surfaces such. As a cylinder surface, can be produced inexpensively, so that in the processing of aluminum alloys finishes of z. B. Rz 1 micron to Rz 2 microns in aluminum alloys can be produced.

Bevorzugt ist die Erfindung für Leichtmetalllegierungen, wie AlSi-Legierungen vorgesehen, jedoch auch auf weitere Funktionswerkstoffe wie Stahl, Grauguss oder Bronze anwendbar. Bevorzugte Ausführungen solcher Werkstücke sind Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren, Gleitlager bzw. Gleitlagerschalen (innere und äußere Laufflächen), Wellen, sowie auch Führungsflächen von Gleitführungen und Führungsbahnen wie auch von zylindrischer Konfiguration (Innenzylinderflächen, Außenzylinderflächen).Preferably, the invention for light alloys, such as AlSi alloys provided, but also applicable to other functional materials such as steel, gray cast iron or bronze. Preferred embodiments of such workpieces are cylinder liners of internal combustion engines, slide bearings (inner and outer raceways), shafts, as well as guide surfaces of sliding guides and guideways as well as cylindrical configuration (inner cylinder surfaces, outer cylinder surfaces).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. In the drawings show:

1 eine Wendeschneidplatte nach einem ersten Ausführungsbeispiel in schematischer, vergrößerter Darstellung, 1 an indexable insert according to a first embodiment in a schematic, enlarged representation,

2 einen Schnitt A-A nach 1, 2 a section AA after 1 .

3 einen vergrößerten Bereich B der Wendeschneidplatte nach 1, 3 an enlarged area B of the insert after 1 .

4 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Bereiches C der Schneidkante der Wendeschneidplatte nach 2, 4 an enlarged sectional view of a portion C of the cutting edge of the insert after 2 .

5 eine schematische Darstellung von Wendeplattenschneidengeometrie einer Wendeschneidplatte und Werkstück, vergleichbar der Darstellung nach 4, 5 a schematic representation of insert cutting geometry of an indexable insert and workpiece, similar to the illustration 4 .

6 eine Wendeschneidplatte in vergrößerter Darstellung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, 6 an indexable insert in an enlarged view according to a second embodiment,

7 einen Schnitt A-A nach 6, vergleichbar 2, 7 a section AA after 6 , comparable 2 .

8 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches B der Schneidkante nach 6, vergleichbar 3, 8th an enlarged view of the area B of the cutting edge after 6 , comparable 3 .

9 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereiches C der Schneidkante der Wendeschneidplatte nach 7, vergleichbar 2, 9 an enlarged sectional view of the area C of the cutting edge of the insert after 7 , comparable 2 .

10 eine schematische Darstellung von Wendeplattenschneidengeometrie einer Wendeschneidplatte und Werkstück, vergleichbar der Darstellung nach 5, 10 a schematic representation of insert cutting geometry of an indexable insert and workpiece, similar to the illustration 5 .

11 eine schematische, perspektivische Darstellung der Wendeplattenschneidengeometrie einer Wendeschneidplatte nach 6, 11 a schematic perspective view of the insert cutting geometry of an indexable insert according to 6 .

12 eine schematische Darstellung einer Außenplandrehbearbeitung mit einer Wendeschneidplatte zur Erläuterung der an einer Schneidkante derselben auftretenden Kräfte, 12 a schematic representation of a Außenplandrehbearbeitung with an indexable insert for explaining the forces occurring at a cutting edge thereof,

13 eine schematische Darstellung einer Simulation eines Dreh-Endbearbeitungsvorganges einer Zylinderlaufbüchse mit einer Wendeschneidplatte nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, 13 FIG. 2 is a schematic representation of a simulation of a rotary finishing operation of a cylinder liner with an indexable insert according to the second embodiment; FIG.

14 Gegenüberstellung einer vorkonditionierten Werkstückoberfläche, erhalten mittels: 14 Comparison of a preconditioned workpiece surface obtained by:

14a eines herkömmlichen Einlaufprozesses zwischen im Funktionseingriff befindlichen Gleitflächen einer Werkstückpaarung, 14a a conventional inlet process between operatively located sliding surfaces of a workpiece pairing,

14b einer Endbearbeitung nach dem vorliegenden Verfahren und mit einer erfindungsgemäß modifizierten Wendeschneidplatte mit Wiper-Geometrie, 14b a finishing according to the present method and with an inventively modified insert with wiper geometry,

15 eine REM-Aufnahme der nanokristallinen Randschicht einer Innenzylinderlauffläche endbearbeitet mit einer Wendeschneidplatte nach dem ersten Ausführungsbeispiel, 15 a SEM image of the nanocrystalline edge layer of an inner cylinder tread finished with an indexable insert according to the first embodiment,

15a eine vergrößerte Bereichsdarstellung (Bereich A) nach 15, 15a an enlarged area representation (area A) after 15 .

16 eine REM-Aufnahme der nanokristallinen Randschicht einer Innenzylinderlauffläche endbearbeitet mit einer Wendeschneidplatte nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 16 a SEM image of the nanocrystalline edge layer of an inner cylinder tread finished with an indexable insert according to the second embodiment, and

16a eine vergrößerte Bereichsdarstellung (Bereich A) nach 16. 16a an enlarged area representation (area A) after 16 ,

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kombinierten Trenn-/Umform- und Glätt-Endbearbeitung (Finishbearbeitung) zeichnet sich dadurch aus, dass die Schneidengeometrie des in diesem Verfahren, vorzugsweise Drehen oder Fräsen, eingesetzten Schneidwerkzeuges, insbesondere eine Wendeschneidplatte mit WIPER-Geometrie nach den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen, die Ausbildung einer nanokristallinen Randschicht mit einer Gefügestruktur hervorruft, die z. B. einen Gefüge-Korndurchmesser im Bereich von 100 nm bis 700 nm und eine beeinflusste Zone mit einer Dicke von ca. 1 μm bis ca. 2 μm aufweist. Der Dreh- oder Fräsprozess wird damit zu einem integrierten Trenn- und Umform- bzw. Glättprozess, in dem sich in unmittelbarer schneidengeometrischer Kombination in Verbindung mit dem letzten spanabhebenden Trennvorgang, bedingt durch das Anbringen zumindest einer Glättfase an der Wendeschneidplatte in Schnittrichtung (in der angenommenen Arbeitsebene It. DIN 6581, d. h. einer durch die Vorschubkraft F_f und die Schnittkraft F aufgespannte Ebene), eine zeitlich unmittelbar nachfolgende gezielte umformende Drück- und/oder Glättbearbeitung der spanabhebend hergestellten Werkstückoberfläche ergibt, wie dies in 13 schematisch (Simulationsdarstellung) unter Einsatz einer Wendeschneidplatte mit WIPER-Geometrie nach 6 dargestellt ist. Für das Drehen erstreckt sich die Umform-/Glättfase vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung.The inventive method for combined cutting / forming and smoothing finishing (finishing) is characterized in that the cutting geometry of the cutting tool used in this process, preferably turning or milling, in particular an insert with WIPER geometry according to the embodiments explained below , which causes the formation of a nanocrystalline surface layer with a microstructure, the z. B. has a microstructural grain diameter in the range of 100 nm to 700 nm and an affected zone having a thickness of about 1 micron to about 2 microns. The turning or milling process is thus an integrated separation and forming or smoothing process, in which in immediate cutting geometric combination in connection with the last cutting process, due to the attachment of at least one smoothing bevel on the insert in the cutting direction (in the assumed Working level It. DIN 6581, ie, a plane spanned by the feed force F _f and the cutting force F), a temporally immediately following targeted forming forming and / or smoothing machining of the machined workpiece surface results, as in 13 schematic (simulation representation) using a WIPER-geometry indexable insert 6 is shown. For turning, the forming / smoothing chamfer preferably extends in a direction perpendicular to the feed direction.

Vorzugsweise ist hier eine Wendeschneidplatte mit WIPER-Geometrie verwendet, an deren Eckenradius sich in Richtung Nebenschneide nicht sogleich ein positiver Einstellwinkel an der Nebenschneide, sondern zunächst eine WIPER-Fase (siehe 3, Bezugszeichen 2) als eine erste Glättfase mit einem Einstellwinkel an der Nebenschneide von nahezu 0° anschließt (gekrümmt oder geradlinig), in der der Eckenradius sich quasi tangential fortsetzt. Derartige WIPER-Wendeschneidplatten sind im Stand der Technik bekannt.Preferably, here an indexable insert is used with WIPER geometry, at the corner radius in the direction of the minor cutting edge not immediately a positive setting angle on the secondary cutting edge, but first a WIPER bevel (see 3 , Reference number 2 ) joins as a first smoothing bevel with a setting angle at the minor cutting edge of almost 0 ° (curved or rectilinear), in which the corner radius continues quasi tangentially. Such WIPER indexable inserts are known in the art.

In 13 verläuft die WIPER-Fase (nicht sichtbar) senkrecht zur Zeichenebene, und es ist die hier erfindungsgemäß vorgesehene Umform-/Glättfase (auch 2. Glättfase, wenn man die WIPER-Fase als 1. Glättfase oder Glättkontur betrachtet) deutlich erkennbar, zugleich unter simulativer Darstellung der hierdurch bewirkten gezielten Fließspannung bzw. plastischen Verformung der Werkstückoberfläche unter Ausbildung einer tribologischen, nanokristallinen Randschicht. Die hell dargestellten Bereiche sind die Bereiche höchster Spannungsbeanspruchung.In 13 the WIPER chamfer (not visible) runs perpendicular to the plane of the drawing, and it is the forming / smoothing chamfer (also second smoothing chamfer, if one considers the WIPER chamfer as first smoothing chamfer or smoothing contour) clearly recognizable here, at the same time under simulative Representation of the targeted yield stress or plastic deformation of the workpiece surface caused thereby to form a tribological, nanocrystalline surface layer. The bright areas are the areas of maximum stress.

Die Wendeschneidplatte ist also hier ein Schneid- und Glättwerkzeug, wobei wesentlich die Ausbildung der, insbesondere weiteren, Umform-/Glättfase in Schnittrichtung, also in der angenommenen Arbeitsebene (It. DIN 6581) und einer vorzugsweisen 1. Glättfase oder WIPER-Fase ist, d. h. die eine erste Glättkontur bildet.The indexable insert is therefore here a cutting and smoothing tool, wherein the formation of the, in particular further, Umform- / smoothing bevel in the cutting direction, ie in the assumed working plane (It. DIN 6581) and a preferably 1. smoothing bevel or WIPER bevel, d. H. which forms a first smoothing contour.

In vorliegendem Fall weist die Wendeschneidplatte 1 also vorzugsweise im Bereich einer angenommenen Arbeitsebene (It. DIN 6581) eine Umform-/Glättfase und vorzugsweise eine weitere Schlepp- oder Glättfase auf, nämlich eine herkömmliche, in 13 nicht erkennbare 1. Glättkontur oder Glättfase (WIPER-Fase 2) (vgl. 3 und 8), so dass nach Abheben eines Spanes 3 eine umformende Glättungsbearbeitung der so hergestellten Werkstückoberfläche 4 erfolgt, wobei die Schneidplattengeometrie eine weitere Umform-/Glättfase 5 aufweist, wie auch anhand von den noch nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen zweier Wendeschneidplatten 1 nach dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 4, 9) deutlich ist. Diese erstreckt sich wie die 1. Glättkontur oder WIPER-Fase ebenfalls in der Arbeitsebene senkrecht zur 1. Glättkontur oder WIPER-Fase. Für einen Drehprozess erstreckt sich die Umform-/Glättfase senkrecht zur Vorschubrichtung.In the present case, the indexable insert 1 So preferably in the range of an assumed working plane (It DIN DIN 6581) a forming / smoothing bevel and preferably a further dragging or smoothing bevel, namely a conventional, in 13 unrecognizable first smoothing contour or smoothing bevel (WIPER chamfer 2 ) (see. 3 and 8th ), so after lifting a Spanes 3 a forming smoothing processing of the workpiece surface thus produced 4 takes place, wherein the insert geometry a further Umform- / smoothing bevel 5 has, as well as with reference to the embodiments of two indexable inserts explained below 1 according to the first and second embodiments (see. 4 . 9 ) is clear. Like the first smoothing contour or WIPER bevel, this also extends in the working plane perpendicular to the first smoothing contour or WIPER bevel. For a turning process, the forming / smoothing chamfer extends perpendicular to the feed direction.

Im vorliegenden Verfahren weist die Schneidplatte 1 zusätzlich vorzugsweise eine Schutz- oder Druckfase auf, in Verbindung mit der ersten und zweiten Umform-/Glättfase, die zu einer zusätzlich erhöhten Passivkraft führt. Diese trägt zusätzlich zur tribologischen Vorkonditionierung der Werkstückoberfläche 4 bei, die z. B. eine Gleitoberfläche bildet, unter gezielter Oberflächenbeeinflussung des Randschichtgefüges hinsichtlich seiner Feinkörnigkeit (nanokristalline Randschicht).In the present method, the cutting plate 1 additionally preferably a protective or pressure bevel, in conjunction with the first and second forming / smoothing bevel, which leads to an additionally increased passive force. This additionally contributes to the tribological preconditioning of the workpiece surface 4 at, the z. B. forms a sliding surface, with targeted surface modification of the surface layer structure in terms of its fine grain (nanocrystalline surface layer).

Vorzugsweise betragen die Schnittparameter bei Aluminiumlegierungen, d. h. die Schnitttiefe a_p im Bereich einer minimalen Dicke des Spanes 3 ca. 25 μm bis 75 μm bei einem Vorschub f von ca. 5 μm/Umdrehung bis 150 μm/-Umdrehung. Das Finishdrehverfahren wird vorzugsweise mit Schnittgeschwindigkeiten v_c von ca. 500 m/min bis 700 m/min durchgeführt, wobei eine nanokristalline Randschicht mit der vorbeschriebenen feinkörnigen Kornstruktur in einer Dicke der Randschicht von vorzugsweise 1 μm bis 2 μm erreicht wird.The cutting parameters for aluminum alloys, ie the cutting depth a _p, are preferably in the range of a minimum thickness of the chip 3 about 25 microns to 75 microns at a feed f of about 5 microns / revolution to 150 microns / revolution. The finish turning process is preferably carried out at cutting speeds v _c of about 500 m / min to 700 m / min, wherein a nanocrystalline surface layer with the above-described fine-grained grain structure in a thickness of the edge layer of preferably 1 .mu.m to 2 .mu.m is achieved.

Die gemittelte Rautiefe Rz der Oberfläche liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 2 μm. The average roughness Rz of the surface is preferably in the range of 1 μm to 2 μm.

1 zeigt eine Wendeschneidplatte 1 der Form CC mit WIPER-Fase, die sich unmittelbar an einen Eckenradius r_e einer Schneidkante der Wendeschneidplatte 1 anschließt, wobei die WIPER-Fase 2 vorzugsweise eine Breite von 0,5 mm aufweist. Wendeschneidplatten mit WIPER-Geometrie halbieren bei gleicher Schnittgeschwindigkeit durch den mit ihr in Vorschubrichtung verbundenen Glättungseffekt für die kinematische Rauheit bzw. die Oberflächenrauheit, die bei z. B. einer Feindrehbearbeitung mit einer derartigen Wendeschneidplatte erreichbar ist oder lassen bei unveränderter Oberflächenrauheit eine Verdoppelung der Schnittgeschwindigkeit und damit eine wesentlich höhere Produktivität zu. 1 shows an indexable insert 1 of the CC shape with WIPER bevel, which adjoins directly to a corner radius r _{e of} a cutting edge of the indexable insert 1 connects, with the WIPER bevel 2 preferably has a width of 0.5 mm. Indexable inserts with WIPER geometry halve at the same cutting speed due to the smoothing effect for the kinematic roughness or surface roughness associated with them in the feed direction. B. a fine turning with such an indexable insert is achievable or let with unchanged surface roughness, a doubling of the cutting speed and thus a much higher productivity.

3 zeigt schematisch den Schneidkantenbereich der Wendeschneidplatte 1 in vergrößerter schematische Darstellung, während 2 eine Vergrößerung des Schnittes A-A in 1 ist und im Bereich C die Schneidkante aufweist. Dieser Bereich ist in 4 im Maßstab 100:1 vergrößert gezeigt. 3 schematically shows the cutting edge portion of the insert 1 in an enlarged schematic representation, while 2 an enlargement of the section AA in 1 is and in the area C has the cutting edge. This area is in 4 in the scale 100: 1 shown enlarged.

Zur Kombination der spanenden Finishbearbeitung mit einer gezielten umformenden Glattwalz- oder Glattdrück-Bearbeitung und damit zur wesentlichen Verminderung der Oberflächenrauheit und zur gezielten Oberflächenbeeinflussung zur Ausbildung eines Randschichtgefügtes mit nanokristallinen Aufbau, weist die Schneidplatte 1 zusätzlich in Schnittrichtung in der angenommenen Arbeitsebene (It. DIN 6581) eine weitere Glättfase 5 auf, wie sie 4 verdeutlicht, und die sich im Anschluss an eine hier vorzugsweise zusätzlich vorgesehene Schutz- oder Druckfase erstreckt, die die Passivkraft (vgl. 12) zusätzlich erhöht, da sie in Verbindung mit der Spanbildung zu einem zusätzlichen Druck auf die Werkstückoberfläche 4 führt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Umform-/Glättfase 5 in Schnittrichtung hat eine Breite von vorzugsweise 0,05 mm, wohingegen die Schutz- oder Druckfase eine Breite von ca. 0,04 mm aufweist, so dass Glättfase 5 und Schutz- oder Druckfase 6 ungefähr gemeinsam eine Breite von etwa 0,08 mm–0,11 mm, vorzugsweise eine Breite 0,09 mm aufweisen.To combine the machining finish machining with a targeted forming smoothing or smoothing machining and thus to a significant reduction in surface roughness and targeted surface control to form a marginal layer added with nanocrystalline structure, the cutting plate 1 additionally in the cutting direction in the assumed working plane (It DIN 6581), a further smoothing bevel 5 on, like her 4 illustrates, and which extends following a preferably additionally provided here protective or Druckfase that the passive force (see. 12 ) in addition, as it in connection with the chip formation to an additional pressure on the workpiece surface 4 leads. The inventively provided forming / smoothing bevel 5 in the cutting direction has a width of preferably 0.05 mm, whereas the protective or Druckfase has a width of about 0.04 mm, so that smoothing bevel 5 and protective or pressure bevel 6 approximately together have a width of about 0.08 mm-0.11 mm, preferably a width of 0.09 mm.

Eine solche Wendeschneidplatte mit WIPER-Geometrie wurde mit den vorgenannten Schnittbedingungen für die Finish-Drehbearbeitung von Zylinderlaufflächen aus AlSi-Legierungen mittels geometrisch bestimmter Schneide und AlSi-Druckguß-Legierung, AlSi9Cu3 (FE) verwendet, unter Anwendung der vorgenannten Schnittparameter, und es wurde die Ausbildung einer nanokristallinen Randschicht in Verbindung mit einer hohen Oberflächengüte mit den oben genannten Rauheiten erreicht. Dabei treten Passivkräfte von durchschnittlich 6 N bis 50 N auf. Wie weiter unten noch gezeigt wird, ist diese Randschicht charakterisiert durch eine feinkörnige Gefügeausbildung, wobei der Korndurchmesser im Bereich von 100 nm bis 700 nm in Abhängigkeit vom Werkstoff liegt. Je nach Intensität der Bearbeitung weist die so beeinflusste Randschicht eine Dicke von ca. 1 μm bis 2 μm auf. Senkrecht zur Oberfläche in Richtung zur Werkstückmitte hin nimmt der Gefüge-Korndurchmesser in der Werkstoffstruktur des Werkstückes zu.Such a WIPER-type insert was used with the above-mentioned cutting conditions for the finish turning of cylinder faces of AlSi alloys by geometrically-defined cutting edge and AlSi die-cast alloy, AlSi9Cu3 (FE), using the above cutting parameters Forming a nanocrystalline surface layer in conjunction with a high surface quality achieved with the above roughness. Passive forces averaging 6 N to 50 N occur. As will be shown below, this surface layer is characterized by a fine-grained microstructure, wherein the grain diameter is in the range of 100 nm to 700 nm depending on the material. Depending on the intensity of the processing, the edge layer influenced in this way has a thickness of approximately 1 μm to 2 μm. Perpendicular to the surface in the direction of the center of the workpiece, the microstructural grain diameter in the material structure of the workpiece increases.

Während die herkömmliche WIPER-Fase die Einglättung der kinematischen Rauheit in Vorschubrichtung bewirkt, wird durch die neue Umform-/Glättfase 5 eine gezielte umformende Glättung der Oberfläche in Schnittrichtung bewirkt, so dass eine Finish-Drehbearbeitung als letzte Endbearbeitung für Zylinderlaufflächen verwendet werden kann und zusätzliche Hon- oder Feinstbearbeitungsvorgänge entfallen können. Durch eine derartige Finishbearbeitung der Oberfläche wird eine Vorkonditionierung der Werkstückoberfläche 4 mit erhöhter Verschleißbeständigkeit erreicht, wie sie sonst nur durch werkstückpaarende aufwendige Einlaufprozesse erreichbar ist. Auf diese Weise kann auch im Rahmen der Serienfertigung die Oberflächenqualität entsprechender Funktionsflächen, insbesondere von Motorenbauteilen, deutlich verbessert werden, so dass auch bei auftretenden Überbelastungen Schäden von den Bauteilen ferngehalten werden.While the conventional WIPER chamfer causes the kinematic roughness to be smoothed in the feed direction, the new forming / smoothing chamfer is used 5 a targeted reshaping smoothing of the surface in the cutting direction causes, so that a finish turning can be used as a final finishing for cylinder surfaces and can be omitted additional honing or Feinstbearbeitungsvorgänge. By such finish machining of the surface is a preconditioning of the workpiece surface 4 achieved with increased wear resistance, as otherwise achievable only by workpiece pairing consuming inlet processes. In this way, the surface quality of corresponding functional surfaces, in particular of engine components, can also be significantly improved in the context of series production, so that damage is kept away from the components even when overloading occurs.

5 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung, die derjenigen von 4 entspricht, bei einer Drehendbearbeitung der Werkstückoberfläche 4 noch einmal die Glättfase 5 im Anschluss an die Schutz- oder Druckfase 6. 5 shows in a very schematic representation, that of 4 corresponds, at a Drehendbearbeitung the workpiece surface 4 once again the smoothing phase 5 following the protective or pressure bevel 6 ,

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wendeschneidplatte 1 der Form CCMW wird nachfolgend anhand der 6 bis 11 erläutert, wobei die Darstellung der 6 bis 9 denjenigen der 1 bis 4 für das erste Ausführungsbeispiel entsprechen.Another embodiment of an indexable insert 1 The form CCMW is described below on the basis of 6 to 11 explained, the representation of the 6 to 9 those of 1 to 4 correspond to the first embodiment.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass hier die Wendeschneidplatte 1 nicht eine verhältnismäßig flache Schutz- oder Druckfase 6, sondern eine verhältnismäßig steile Druck- oder Schutzfase aufweist, so dass ebenfalls damit eine zusätzliche Druckbelastung der Werkstückoberfläche auftritt. Die Breite der Schutz- oder Druckfase beträgt ca. 0,2 mm.The second embodiment differs from the first embodiment in that here the indexable insert 1 not a relatively flat protective or pressure bevel 6 but has a relatively steep pressure or protective bevel, so that likewise an additional pressure load of the workpiece surface occurs. The width of the protective or pressure bevel is approx. 0.2 mm.

Vorzugsweise wird auch hier im Anschluss an die vorzugsweise vorgesehene Schutz- oder Druckfase 6 die erfindungsgemäße Umform-/Glättfase 5 mit einer Breite von ca. 0,05 mm gewählt, während in der Ebene der Umform-/Glättfase 5 (Arbeitsebene) die Schutz- oder Druckfase wiederum eine Breite von ca. 0,04 mm besitzt und insgesamt wiederum beide Fasen eine Ausdehnung von ca. 0,08 mm bis 0,11 mm vorzugsweise insgesamt 0,09 mm aufweisen.Preferably also here after the preferably provided protective or Druckfase 6 the forming / smoothing bevel invention 5 with a width of about 0.05 mm, while in the plane of the forming / smoothing bevel 5 (Working plane) the protective or bevel again has a width of about 0.04 mm and in turn both Chamfers have an extent of about 0.08 mm to 0.11 mm, preferably a total of 0.09 mm.

Hinsichtlich der Prozessparameter und erreichten Rauheitsresultaten wird wiederum auf die obigen Angaben verwiesen.With regard to the process parameters and achieved roughness results, reference is again made to the above information.

Durch die erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten 1 wird auf der Grundlage von Wendeschneidplatten 1 mit einer zusätzlichen Glättfase 2 (WIPER-Fase) eine wesentliche Verbesserung der Oberflächenqualität durch Ausweitung der Glättbearbeitung in Kombination mit der Schneidbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide der Werkstückoberfläche 4 als Finish-Bearbeitung erreicht, in dem die zusätzliche, zweite Umform-/Glättfase 5 in Schnittrichtung eine Verdichtung unter Gefügeharmonisierung der Randschicht (nanokristalline Schicht) erreicht, die zu deutlich erhöhten Belastbarkeiten und höherer Standfestigkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche 4, wie sie als Funktionsoberfläche in hoch beanspruchten Werkstückpaarungen erfordert, führt.By the inserts according to the invention 1 is based on indexable inserts 1 with an additional smoothing chamfer 2 (WIPER-bevel) a significant improvement of the surface quality by extending the smoothing processing in combination with the cutting process with a geometrically determined cutting edge of the workpiece surface 4 achieved as a finish machining, in which the additional, second Umform- / Glättfase 5 In the cutting direction, densification under microstructural harmonization of the surface layer (nanocrystalline layer) is achieved, which leads to significantly increased load capacities and higher stability of the machined workpiece surface 4 , as required as a functional surface in highly stressed workpiece pairings leads.

Dies wird auch dadurch befördert, dass zusätzlich eine Schutz- oder Druckfase 6, die eine erhöhte gezielte Umform- und Glättbehandlung der Werkstückoberfläche 4 in Verbindung mit dem End-Dreh- oder Fräsprozess erreicht, wobei diese Wirkungen denjenigen eines längeren Einlaufprozesses zwischen Werkstückpaarungen entsprechen. Sowohl die herkömmliche WIPER-Fase 2 als auch die neuartige Umform-/Glättfase 5 und die Schutz- oder Druckfase 6 führen zu einer Erhöhung der Passivkraft und damit zu einer erhöhten Umformbeanspruchung der Werkstückoberfläche 4. Diese hat eine nanokristalline Randschicht im Bereich von 1 μm bis 2 μm mit wesentlich erhöhten Festigkeitseigenschaften und drastisch verminderter Rauheit zur Folge.This is also promoted by the fact that in addition a protective or Druckfase 6 , the increased targeted forming and smoothing treatment of the workpiece surface 4 achieved in connection with the end-turning or milling process, these effects correspond to those of a longer run-in process between workpiece pairings. Both the traditional WIPER bevel 2 as well as the novel forming / smoothing bevel 5 and the protective or pressure bevel 6 lead to an increase of the passive force and thus to an increased Umformbeanspruchung the workpiece surface 4 , This has a nanocrystalline edge layer in the range of 1 micron to 2 microns with significantly increased strength properties and drastically reduced roughness result.

12 verdeutlicht die an der Schneidkante der Wendeschneidplatte 1 auftretende Kräfte: Zerspankraft F, Schnittkraft F_c, Vorschubkraft F_f und der Passivkraft F_p. 13 ist eine Simulations-Schnittdarstellung des Bearbeitungsvorganges unter Bildung eines Spanes 3 darstellt, die jeweils den Darstellungen von 4 und 5 für das erste Ausführungsbeispiel der Wendeschneidplatte 1 bzw. 9 und 10 für das zweite Ausführungsbeispiel der Wendeschneidplatte 1 entspricht. 12 illustrates the at the cutting edge of the insert 1 Forces occurring: cutting force F, cutting force F _c , feed force F _f and passive force F _p . 13 is a simulation sectional view of the machining process to form a Spanes 3 represents, respectively, the representations of 4 and 5 for the first embodiment of the indexable insert 1 respectively. 9 and 10 for the second embodiment of the indexable insert 1 equivalent.

In 13 ist die sich unter der Umform-Glättfase 5 gezielt ausbildende Umformzone zur Glättbearbeitung der Werkstückoberfläche 4 besonders gut zu erkennen. 13 zeigt dabei eine Wendeschneidplatte 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.In 13 is under the forming trowel 5 specifically forming forming zone for smoothing the workpiece surface 4 particularly easy to recognize. 13 shows an indexable insert 1 according to the second embodiment.

In 14 sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen eines herkömmlich durch einen Einlaufprozess erreichten Randschichtgefüges einer Werkstückoberfläche gezeigt (14a), wie er über spezielle Einlaufprozeduren von Werkstückpaarungen mittels spezieller Belastungskennfelder erreicht wird, während auf der rechten Seite in 14 das Randschichtgefügte gezeigt ist, wie es als Ergebnis der Finish- oder Endbearbeitung einer planbearbeiteten Probe mit einer Wendeschneidplatte 1 nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen erreicht wird.In 14 Scanning electron micrographs of a conventionally achieved by an enema process surface layer structure of a workpiece surface are shown ( 14a ), as it is achieved by special intake procedures of workpiece pairings by means of special load maps, while on the right side in 14 the skin layer is shown as resulting from the finish of a planed sample with an indexable insert 1 is achieved according to one of the embodiments described above.

Während sich im herkömmlichen Einlaufprozess ein Randschichtgefüge einstellt, das immer noch verhältnismäßig große und wenig homogenisierte Körner der Aluminium-Matrix zeigt, die in 14a mit 7 bezeichnet sind, zeigt das durch Endbearbeitung so erreichte Gefüge in der Randschicht eine wesentlich feinkörnigere Aluminium-Matrix 7, in die ebenfalls gleichmäßiger die Silizium-Partikel 8 eingebettet und homogenisiert sind. Die REM-Aufnahmen gehen auf Beobachtungsflächen zurück, die durch Ionenstrahlschnitte erhalten wurden.While in the conventional run-in process adjusts a surface layer structure, which still shows relatively large and less homogenized grains of the aluminum matrix, the 14a With 7 are designated, the structure achieved by finishing in the surface layer shows a much finer-grained aluminum matrix 7 , in which also more uniformly the silicon particles 8th embedded and homogenized. The SEM images are based on observation surfaces obtained by ion beam cutting.

In den 15 und 16 ist nochmals eine REM-Aufnahme, jeweils mit vergrößerten Bereichen A in den 15a und 16a, erreicht mit den Wendeschneidplatten nach dem vorerläuterten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt. Hierbei ist auch der Einfluss der Drängfase 6 und ihre unterschiedliche Konfiguration in beiden Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 5 einerseits und den 6 bis 11 andererseits erkennbar. Die nanonkristalline Randschicht hat eine Dicke von ca. 2 μm und zeigt eine deutliche Verringerung der Korngröße auch der Aluminium-Matrix als Ergebnis der kombinierten Schneid- und Umform-Glättbearbeitung, erreicht durch die Vergrößerung der umformend wirkenden Glättfasen (neue Glättfase 5 in Schnitt- bzw. Drehrichtung), so dass auf diese Weise eine tribologische Oberfläche auch ohne aufwendigen Einlaufprozess im Zuge einer Finishbearbeitung der Oberfläche in Serienprozessen erreichbar ist.In the 15 and 16 is again a SEM image, each with enlarged areas A in the 15a and 16a achieved with the indexable inserts according to the above-explained first and second embodiments, shown. Here is also the influence of the Drängfase 6 and their different configuration in both embodiments according to the 1 to 5 on the one hand and the 6 to 11 on the other hand visible. The nanocrystalline surface layer has a thickness of about 2 microns and shows a significant reduction in the grain size of the aluminum matrix as a result of the combined cutting and forming-smoothing, achieved by increasing the forming effect of the smoothing bevels (new smoothing bevel 5 in cutting or rotating direction), so that in this way a tribological surface can be reached even in the course of a finish machining of the surface in series processes, even without a complicated running-in process.

Der Erfindung wurde anhand von Leichtmetalllegierungen (AlSi-Legierungen) erläutert, ist aber in entsprechender Weise auch auf Stahl-, Gußeisen- oder Bronzewerkstoffe anwendbar. Die Wendeschneidplatten bestehen vorzugsweise aus PKD oder CVD Diamant, wobei für ALSi9Cu3 Passivkräfte im Durchschnitt von 6 bis 50 N erreichbar sind.The invention has been explained with reference to light metal alloys (AlSi alloys), but is also applicable in a corresponding manner to steel, cast iron or bronze materials. The indexable inserts are preferably made of PCD or CVD diamond, with ALSi9Cu3 passive forces on average from 6 to 50 N can be achieved.

Die Erfindung schafft eine Werkzeugschneidengeometrie, erläutert anhand einer Wendeschneidplatte, die gleichzeitig eine spanende Fein-Bearbeitung mit einer gezielt umformenden Glättungsbearbeitung verbindet.The invention provides a tool cutting geometry, explained with reference to an indexable insert, which simultaneously combines a machining fine machining with a targeted reshaping smoothing processing.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Gestaltung von Wendeschneidplatten für eine Feinbearbeitung von Oberflächen durch Drehen oder Fräsen anwendbar, ohne hierauf beschränkt zu sein. Vielmehr können gleichermaßen nicht nur Schneideinsätze, sondern Vollwerkzeuge in korrespondierender Weise mit einer Umform-/Glättfase 5 versehen sein, insbesondere iVm. einer WIPER-Kontur oder ersten Glättfase, wie z. B. Drehmeißel, Fräswerkzeuge oder Bohrwerkzeuge, wie auch Reibahlen oder vergleichbare Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide.The invention is particularly advantageously applicable to the design of indexable inserts for surface finishing by turning or milling, without being limited thereto. Rather, equally not only cutting inserts, but full tools in a corresponding manner with a forming / smoothing bevel 5 be provided, in particular iVm. a WIPER contour or first smoothing chase, such as As turning tools, milling tools or drilling tools, as well as reamers or similar cutting tools with geometrically defined cutting edge.

Beim Drehen erstreckt sich die Umform-/Glättfase 5 im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung in einer hier betrachteten, durch Vorschubkraft F_f und Schnittkraft F_c ausgespannten Arbeitsebene.When turning, the forming / smoothing chase extends 5 essentially perpendicular to the feed direction in a working plane, which is considered here and is stretched by feed force F _f and cutting force F _c .

Wesentlich ist also die hier geschaffene Werkzeugschneidengeometrie für Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide, die neben einer spanenden Trennbearbeitung zu einer gezielt umformenden Glättungsbearbeitung für die betreffende Werkstückoberfläche aufgrund der Ausbildung der Umform-/Glättfase 5 führt, insbesondere in Verbindung mit einer weiteren, sich an den Schneidbereich des Werkzeuges anschließenden Glättungskontur ((WIPER-Fase).What is essential here is the tool cutting geometry created here for cutting tools with a geometrically determined cutting edge, which, in addition to a cutting cutting operation, leads to a specifically shaping smoothing machining for the relevant workpiece surface due to the formation of the forming / smoothing chamfer 5 leads, in particular in conjunction with another, subsequent to the cutting area of the tool smoothing contour ((WIPER chamfer).

Durch die Erfindung wird eine auch für kontinuierliche Serienfertigungsprozesse anwendbare Finishbearbeitungsstrategie mit Wendeschneidplatten, insbesondere Wendeschneidplatten mit WIPER-Geometrie, vorgeschlagen, wobei durch Ausweitung der neuformenden Glättbearbeitung in Kombination mit der Trennbearbeitung durch die Wendeschneidplatte durch Vorsehen einer Glättfase auch in Schnittrichtung, sowie vorzugsweise die Ausbildung einer Schutz- oder Druckfase zur Erhöhung des Druckes auf die Werkstückoberfläche 4 durch die Spanbildung eine nanokristalline Randschicht hoher Belastbarkeit ausgebildet wird. Auf der Grundlage einer Weiterbildung der Wendeschneidplatten, die im Fertigungsprozess zum Einsatz kommen (entweder in Dreh- oder Fräsbearbeitung), wird so eine Lösung gefunden, die eine Konditionierung von Funktionsoberflächen ohne lange Einlaufprozesse gestattet, die Oberflächenrauheit der zu bearbeitenden Oberflächen wesentlich reduziert und zusätzliche Feinstbearbeitungen entbehrlich macht.The invention also proposes a finish machining strategy with indexable inserts, in particular indexable inserts with WIPER geometry, which can also be used for continuous series production processes, wherein the expansion of the reforming polishing in combination with the cutting by the indexable insert by providing a smoothing bevel also in the cutting direction, and preferably the formation of a Protective or pressure chamfer to increase the pressure on the workpiece surface 4 formed by the chip formation of a nanocrystalline edge layer high resilience. Based on a development of the inserts used in the manufacturing process (either in turning or milling), a solution is found that allows conditioning of functional surfaces without long lead-in processes, significantly reduces the surface roughness of the surfaces to be machined and additional microfinishing dispensable.

Claims (16)

Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide zur spanabhebenden Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche, aufweisend eine erste Glättkontur- oder Glättfase (2), gekennzeichnet durch eine zweite Umform-/Glättfase (5), die sich im Wesentlichen in einer Schnittrichtung des Werkzeuges (1) und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Glättfase (2) in einer Arbeitsebene, die beide Glättfasen (2, 5) enthält, erstreckt.Tool with a geometrically determined cutting edge for machining finish machining of a workpiece surface, having a first smoothing or smoothing bevel (US Pat. 2 ), characterized by a second forming / smoothing bevel ( 5 ), which are essentially in a cutting direction of the tool ( 1 ) and substantially perpendicular to the first smoothing bevel ( 2 ) in a working plane, both trowelling ( 2 . 5 ) extends. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Wendeschneidplatte (1) ist.Tool according to claim 1, characterized in that the tool is an indexable insert ( 1 ). Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Glättkontur- oder Glättfase (2) eine WIPER-Fase ist, deren Breite ca. 0,5 mm beträgt.Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the first smoothing or smoothing bevel ( 2 ) is a WIPER bevel whose width is about 0.5 mm. Werkzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Schutz- oder Druckfase (6) zur gezielten Erhöhung einer Passivkraft.Tool according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized by a protective or pressure chamfer ( 6 ) for the targeted increase of a passive force. Werkzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umform-/Glättfase (5) eine Breite von ca. 0,05 mm aufweist.Tool according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the second forming / smoothing bevel ( 5 ) has a width of about 0.05 mm. Werkzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtbreite von zweiter Umform-/Glättfase (5) und Schutz- oder Druckfase (6) ca. 0,08 mm bis 0,11 mm beträgt.Tool according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that a total width of the second forming / smoothing bevel ( 5 ) and protective or pressure bevel ( 6 ) is about 0.08 mm to 0.11 mm. Werkzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtbreite von zweiter Umform-/Glättfase (5) und Schutz- oder Druckfase (6) 0,09 mm beträgt.Tool according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that a total width of second forming / smoothing bevel ( 5 ) and protective or pressure bevel ( 6 ) Is 0.09 mm. Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide zur spanabhebenden Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche, gekennzeichnet durch eine Umform-/Glättfase (5), die sich zwischen einem Werkzeugschneidenbereich und einer Freifläche des Werkzeuges erstreckt.Tool with a geometrically determined cutting edge for machining finish machining of a workpiece surface, characterized by a forming / smoothing bevel ( 5 ) extending between a tool cutting area and an open space of the tool. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Wendeschneidplatte ist.Tool according to claim 8, characterized in that the tool is an indexable insert. Werkzeugschneidengeometrie für ein Schneidwerkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide, gekennzeichnet durch eine Umform-/Glättfase (5) in einer Arbeitsebene in Schnittrichtung, und im Wesentlichen senkrecht zu einer weiteren Glättkontur- oder Glättfase (2) in der Arbeitsebene in Vorschubrichtung des Schneidwerkzeuges.Tool cutting geometry for a cutting tool with a geometrically determined cutting edge, characterized by a forming / smoothing bevel ( 5 ) in a working plane in the cutting direction, and substantially perpendicular to a further smoothing or smoothing bevel (US Pat. 2 ) in the working plane in the feed direction of the cutting tool. Verfahren zur Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche, mit einem Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit geometrisch bestimmter Schneide, gekennzeichnet durch ein integriertes Trennen und gezieltes Umformen der Werkstückoberfläche (4) in einem Bearbeitungsvorgang mit dem Werkzeug (1) unter Ausbildung einer nanokristallinen Randschicht der Werkstückoberfläche (4) mit einer umformenden Glättbearbeitung der Werkstückoberfläche (4) in Schnittrichtung des Werkzeuges (1).Process for finish machining a workpiece surface, with a tool according to one of claims 1 to 9 with a geometrically determined cutting edge, characterized by an integrated separation and targeted reshaping of the workpiece surface ( 4 ) in a machining operation with the tool ( 1 ) with formation of a nanocrystalline surface layer of the workpiece surface ( 4 ) with a reshaping smoothing of the workpiece surface ( 4 ) in the cutting direction of the tool ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Gefügestruktur in der nanokristallinen Randschicht der Werkstückoberfläche (4) mit einem Korndurchmesser im Bereich von ca. 100 nm bis ca. 700 nm und/oder einer Dicke von ca. 1 μm bis ca. 2 μm. A method according to claim 11, characterized by a microstructure in the nanocrystalline surface layer of the workpiece surface ( 4 ) having a grain diameter in the range of about 100 nm to about 700 nm and / or a thickness of about 1 micron to about 2 microns. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Oberflächenrauheit der Werkstückoberfläche (4) (R_z) im Bereich von ca. 1 μm bis 2 μm.Method according to claim 11 or 12, characterized by a surface roughness of the workpiece surface ( 4 ) (R _z ) in the range of about 1 micron to 2 microns. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Schnitttiefe (a_p) von ca. 25 μm bis 75 μm im Bereich minimaler Spandicke und/oder einem Vorschub (f) von ca. 5 μm/Umdrehung bis ca. 150 μm/Umdrehung und/oder einer Schnittgeschwindigkeit (v_c) von ca. 500 m/min bis 700 m/min, insbesondere für Aluminiumlegierungen.Method according to at least one of the preceding claims 11 to 13, characterized by a cutting depth (a _p) of about 25 microns to 75 microns in the region of minimum chip thickness and / or a feed (f) of about 5 microns / rev to about 150 μm / revolution and / or a cutting speed (v _c ) of about 500 m / min to 700 m / min, especially for aluminum alloys. Werkstück mit einer Funktionsoberfläche, hergestellt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, mit einer feinkörnigen Randschicht mit einer Gefüge-Kornstruktur mit einem Korndurchmesser im Bereich von 100 nm bis 700 nm und einer Dicke der Randschicht von ca. 1 μm bis ca. 2 μm.Workpiece having a functional surface, produced according to at least one of the preceding claims 11 to 14, having a fine-grained boundary layer with a microstructure grain structure having a grain diameter in the range of 100 nm to 700 nm and a thickness of the surface layer of about 1 μm to about 2 microns. Werkstück nach Anspruch 15, mit einer Funktionsoberfläche als Zylinderlaufbahn, Gleitlagerfläche, Gleitlagerschale, Wellenoberfläche, zylindrischen Funktionsfläche (innen/außen) oder ebenen Bauteilen oder ebenen Führungsflächen.Workpiece according to claim 15, having a functional surface as a cylinder bore, sliding bearing surface, sliding bearing shell, shaft surface, cylindrical functional surface (inside / outside) or planar components or planar guide surfaces.

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