DE102019201246B4 - Method for mechanically roughening a workpiece cylinder bore using a roughening tool - Google Patents

Abstract

Verfahren zum mechanischen Aufrauen einer Werkstück-Zylinderbohrung (3) mittels eines Aufrau-Werkzeugs, wobei die Werkstück-Zylinderbohrung (3) in Axialrichtung in einen Werkzeug-Freigang (5), insbesondere Honfreigang, übergeht, wobei in einem Aufrau-Schritt das Aufrau-Werkzeug mit einem Vorschub (fA) sowie mit damit synchronisierter Drehzahl (nA) in die Zylinderbohrung (3) abgesenkt wird, so dass das Aufrau-Werkzeug unter Spanbearbeitung eine spiralförmige Aufraustruktur (9) in der Innenwandung der Zylinderbohrung (3) erzeugt, wobei zum Ende eines Aufrau-Hubes (I) das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei im Werkzeug-Freigang (5) angeordnet ist und dort zur Vorbereitung eines Reversier-Hubes (II) um einen Radialversatz (Δr) freigefahren wird, so dass im Reversier-Hub (II) das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur (9) aus der Zylinderbohrung (3) herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrau-Werkzeug zumindest ein erstes Schneidelement (17) und ein zweites Schneidelement (19) aufweist, die in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Schneidenwinkel (α) voneinander beabstandet sind, dass die beiden Schneidelemente (17, 19) im Aufrau-Schritt unter Spanbearbeitung die Aufraustruktur (9) in der Innenwandung der Zylinderbohrung (3) erzeugen, dass die zumindest zwei Schneidelemente (17, 19, 63, 65) in Axialrichtung in unterschiedlichen Höhenpositionen (H, H1, H2, H3), das heißt zueinander mit axialem Höhenversatz, am Aufrau-Werkzeug angeordnet sind, dass der axiale Höhenversatz zwischen den Schneidelementen (17, 19, 63, 65) derart bemessen ist, dass die Schneidelement-Belastung pro Schneidelement in etwa gleich ist, das heißt der Vorschub (vfz) pro Schneidelement gleich ist, und dass die Höhenpositionen (H, H1, H2, H3) der Schneidelemente (17, 19, 63, 65) mittels der folgenden Formeln ermittelbar sind, wonachH1=Vƒz[(z−1)−zπD∗(a+b+c+⋯)]H2=Vƒz[(z−2)−zπD∗(b+c+⋯)]H3=Vƒz[(z−4)−zπD∗(c+d+⋯)]H4=Vƒz[(z−4)−zπD∗(d+⋯)]…,wobeiz Anzahl der SchneidelementevfzVorschub pro SchneidelementD Durchmesser Aufrau-Werkzeuga, b, c, ... Teilungsabstände zwischen den Schneidelementen.Method for mechanically roughening a workpiece cylinder bore (3) by means of a roughening tool, the workpiece cylinder bore (3) transitioning in the axial direction into a tool clearance (5), in particular a honing clearance, the roughening being carried out in a roughening step. Tool is lowered into the cylinder bore (3) with a feed (fA) and with a speed (nA) synchronized with it, so that the roughening tool produces a spiral roughening structure (9) in the inner wall of the cylinder bore (3) using chip machining, whereby for At the end of a roughening stroke (I), the roughening tool is arranged stress-free in the tool clearance (5) and is moved there by a radial offset (Δr) in preparation for a reversing stroke (II), so that in the reversing stroke (II ) the roughening tool is guided out of the cylinder bore (3) without any load and out of engagement with the roughening structure (9), characterized in that the roughening tool has at least a first cutting element (17) and a second cutting element (19), which are in the tool circumferential direction are spaced apart from one another by a cutting angle (α), that the two cutting elements (17, 19) produce the roughening structure (9) in the inner wall of the cylinder bore (3) in the roughening step under chip machining, that the at least two cutting elements ( 17, 19, 63, 65) are arranged on the roughening tool in the axial direction in different height positions (H, H1, H2, H3), that is to say with an axial height offset from one another, so that the axial height offset between the cutting elements (17, 19, 63 , 65) is dimensioned such that the cutting element load per cutting element is approximately the same, that is, the feed (vfz) per cutting element is the same, and that the height positions (H, H1, H2, H3) of the cutting elements (17, 19 , 63, 65) can be determined using the following formulas, according to which H1=Vƒz[(z−1)−zπD∗(a+b+c+⋯)]H2=Vƒz[(z−2)−zπD∗(b+c+⋯). )]H3=Vƒz[(z−4)−zπD∗(c+d+⋯)]H4=Vƒz[(z−4)−zπD∗(d+⋯)]…,wherein Number of cutting elementsevfzFeed per cutting elementD Diameter roughening toola , b, c, ... pitches between the cutting elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Aufrauen einer Werkstück-Zylinderbohrung mittels eines Aufrau-Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for mechanically roughening a workpiece cylinder bore using a roughening tool according to the preamble of claim 1.

Die Zylinder-Laufbahn in einem Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse eines Kraftfahrzeugs kann in einer Prozesskette hergestellt werden, bei der zunächst in einem Anlieferungszustand das Zylinderkurbelgehäuse mit einer zum Beispiel konischen Vorbohrung bereitgestellt wird. In einem Aufbohr-Schritt wird die Vorbohrung zu der durchmessergrößeren Zylinderbohrung ausgeweitet. Anschließend erfolgt ein Zirkularfräs-Schritt, bei dem am Bohrungsgrund ein Honfreigang erzeugt wird. Danach wird in einem Aufrau-Schritt die Innenwandung der Zylinderbohrung mittels eines Aufrau-Werkzeugs mechanisch aufgeraut. Anschließend kann eine APS-Beschichtung erfolgen, bei der mittels eines Brenners ein aufgeschmolzenes APS-Beschichtungsmaterial auf die Innenwandung der Zylinderbohrung aufgeschleudert wird. Der Brenner nutzt den Honfreigang als einen Werkzeugauslauf, in den der Brenner einfahrbar ist und an einem Umkehrpunkt in Reversierrichtung reversierbar ist. Nach dem Aushärten der aufgeschleuderten APS-Schicht erfolgt eine Honbearbeitung der APS-Schicht, und zwar unter Bildung der Zylinder-Laufbahn in der Zylinderbohrung.The cylinder raceway in an aluminum cylinder crankcase of a motor vehicle can be produced in a process chain in which the cylinder crankcase is first provided in a delivery state with, for example, a conical pilot bore. In a drilling step, the pilot hole is expanded to form the cylinder bore with a larger diameter. This is followed by a circular milling step in which a honing clearance is created at the bottom of the hole. Afterwards, in a roughening step, the inner wall of the cylinder bore is mechanically roughened using a roughening tool. An APS coating can then be carried out, in which a melted APS coating material is spun onto the inner wall of the cylinder bore using a burner. The torch uses the honing clearance as a tool outlet into which the torch can be moved and reversible in the reversing direction at a reversal point. After the spin-on APS layer has hardened, the APS layer is honed, forming the cylinder raceway in the cylinder bore.

In einem gattungsgemäßen Aufrau-Schritt wird das Aufrau-Werkzeug mit einem Vorschub sowie mit damit synchronisierter Drehzahl in die Zylinderbohrung abgesenkt, so dass das Aufrau-Werkzeug unter Spanbearbeitung eine spiralförmige Aufraustruktur in der Innenwandung der Zylinderbohrung erzeugt. Die spiralförmige Aufraustruktur kann im Querschnitt ein Schwalbenschwanzprofil mit Hinterschnitten aufweisen, wodurch nach erfolgter APS-Beschichtung eine feste Formschlussverbindung zwischen der APS-Schicht und der Aufraustruktur sichergestellt ist.In a generic roughening step, the roughening tool is lowered into the cylinder bore with a feed and with a speed synchronized therewith, so that the roughening tool creates a spiral roughening structure in the inner wall of the cylinder bore using chip machining. The spiral-shaped roughened structure can have a dovetail profile with undercuts in cross section, which ensures a firm positive connection between the APS layer and the roughened structure after the APS coating has been carried out.

Zum Ende eines Aufrau-Hubes ist das Aufrau-Werkzeug im Honfreigang angeordnet, in dem es zur Vorbereitung des Reversier-Hubes um einen Radialversatz freigefahren wird. Dadurch ist gewährleistet, dass im Reversier-Hub das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur aus der Zylinderbohrung herausführbar ist.At the end of a roughening stroke, the roughening tool is arranged in the honing clearance, in which it is moved free by a radial offset in preparation for the reversing stroke. This ensures that during the reversing stroke the roughening tool can be moved out of the cylinder bore without any load and out of engagement with the roughening structure.

Um ein störkonturfreies radiales Freifahren sicherzustellen, ist ein konventionelles Aufrau-Werkzeug wie folgt aufgebaut: So weist das Aufrau-Werkzeug einen Werkzeug-Grundkörper auf, an dessen Außenumfang genau ein Schneidelement (insbesondere eine Wendeschneidplatte) befestigt ist. An der zum Schneidelement diametral gegenüberliegenden Seite ist der Querschnitt des Werkzeug-Grundkörpers nach radial innen reduziert. Dadurch ergibt sich ein Werkzeug-Freiraum zwischen dem Werkzeug-Außenumfang und einer Schneidenkontur-Kreisbahn, auf der sich die Schneidenkontur des Werkzeugs bewegt. Beim radialen Freifahren wird der Werkzeug-Freiraum teilweise aufgebraucht, damit das Aufrau-Werkzeug im anschließenden Reversier-Hub belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der erzeugten Aufraustruktur aus der Zylinderbohrung herausgeführt werden kann.In order to ensure radial retraction without interference contours, a conventional roughening tool is constructed as follows: The roughening tool has a tool base body, on the outer circumference of which exactly one cutting element (in particular an indexable insert) is attached. On the side diametrically opposite the cutting element, the cross section of the tool base body is reduced radially inwards. This results in a tool clearance between the outer circumference of the tool and a cutting contour circular path on which the cutting contour of the tool moves. During radial retraction, the tool free space is partially used up so that the roughening tool can be moved out of the cylinder bore in the subsequent reversing stroke without any load and out of engagement with the roughening structure created.

Im obigen konventionellen Aufrau-Schritt ist das genau eine Schneidelement des Aufrau-Werkzeugs hohen Werkzeug-Belastungen ausgesetzt. Zur Reduzierung dieser Werkzeug-Belastungen kann der Vorschub sowie die damit synchronisierte Drehzahl verringert werden. Dadurch ergeben sich jedoch längere Prozesszeiten.In the conventional roughening step above, exactly one cutting element of the roughening tool is exposed to high tool loads. To reduce this tool load, the feed and the speed synchronized with it can be reduced. However, this results in longer process times.

Aus der DE 10 2006 045 275 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes mittels eines Schneidwerkzeugs bekannt. Aus der DE 10 2015 118 341 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Verkrallstruktur für Zylinderlaufflächen bekannt. Aus der DE 10 2014 210 636 A1 ist ein Schneidwerkzeug mit zylindrischem Oberflächenprofil bekannt. Aus Köhler, Eduard: Verbrennungsmotoren. 2. Auflage. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 2001 (ATZ-MTZ-Fachbuch). S. 197. Bild 4-97. - ISBN 978-3-322-99884-2. [DOI 10.1007/978-3-322-99883-5] ist eine Zylinderbohrung mit Honfreigang bekannt. Aus der DE 10 2011 080 308 B3 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Haftvertiefungen in einer zu beschichtenden Oberfläche eines Metallbauteils bekannt. Aus der DE 10 2017 102 883 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen einer Beschichtung von einem Substrat bekannt.From the DE 10 2006 045 275 B3 a method for producing a product using a cutting tool is known. From the DE 10 2015 118 341 A1 a device for producing a claw structure for cylinder surfaces is known. From the DE 10 2014 210 636 A1 a cutting tool with a cylindrical surface profile is known. From Köhler, Eduard: Internal combustion engines. 2nd Edition. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 2001 (ATZ-MTZ specialist book). P. 197. Figure 4-97. - ISBN 978-3-322-99884-2. [DOI 10.1007/978-3-322-99883-5] a cylinder bore with honing clearance is known. From the DE 10 2011 080 308 B3 a method for producing adhesion depressions in a surface of a metal component to be coated is known. From the DE 10 2017 102 883 A1 a method and apparatus for removing a coating from a substrate is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem der Aufrau-Schritt im Vergleich zum Stand der Technik mit reduzierter Prozesszeit und/oder reduzierter Werkzeug-Belastung durchführbar ist.The object of the invention is to provide a method in which the roughening step can be carried out with reduced process time and/or reduced tool load compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The task is solved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches weist das Aufrau-Werkzeug nicht mehr nur genau ein Schneidelement auf, sondern vielmehr zumindest ein erstes Schneidelement und ein zweites Schneidelement. Die beiden Schneidelemente sind in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Schneidenwinkel voneinander beabstandet. Beide Schneidelemente erzeugen im Aufrau-Schritt unter Spanbearbeitung die Aufraustruktur in der Innenwandung der Zylinderbohrung. Auf diese Weise kann im Aufrau-Schritt die Werkzeug-Belastung auf die beiden Schneidelemente aufgeteilt werden. Zudem kann der Aufrau-Schritt im Vergleich zum Stand der Technik mit reduzierter Prozesszeit durchgeführt werden.According to the characterizing part of the claim, the roughening tool no longer has just one cutting element, but rather at least a first cutting element and a second cutting element. The two cutting elements are spaced apart from one another in the tool circumferential direction by a cutting angle. Both cutting elements create the roughening structure in the inner wall of the cylinder bore in the roughening step using machining. In this way In the roughening step, the tool load can be divided between the two cutting elements. In addition, the roughening step can be carried out with reduced process time compared to the prior art.

In einer technischen Umsetzung ist der Schneidenwinkel in Kombination mit dem verfügbaren Radialversatz so zu bemessen, dass das Aufrau-Werkzeug mitsamt der beiden Schneidelement im Reversier-Hub belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur aus der Zylinderbohrung herausführbar ist. Der zwischen dem ersten Schneidelement und dem zweiten Schneidelement aufgespannte Schneidenwinkel kann rein exemplarisch kleiner als 180°, z.B. im Bereich von 120°, sein.In a technical implementation, the cutting angle in combination with the available radial offset must be dimensioned such that the roughening tool together with the two cutting elements can be moved out of the cylinder bore in the reversing stroke without any load and out of engagement with the roughening structure. The cutting angle spanned between the first cutting element and the second cutting element can, purely as an example, be smaller than 180°, for example in the range of 120°.

Zusätzlich zu den ersten und zweiten Schneidelementen kann das Aufrau-Werkzeug zumindest ein weiteres, drittes Schneidelement aufweisen, das in der Werkzeug-Umfangsrichtung zwischen den beiden ersten und zweiten Schneidelementen positionierbar ist. Die Schneidelemente können jeweils eine radial äußere, in Axialrichtung verlaufende Schneidenkontur aufweisen.In addition to the first and second cutting elements, the roughening tool can have at least one further, third cutting element, which can be positioned in the tool circumferential direction between the two first and second cutting elements. The cutting elements can each have a radially outer cutting contour that runs in the axial direction.

Die Schneidenkontur kann zumindest einen, insbesondere mehrere Profilzähne aufweisen. Diese können in der Axialrichtung voneinander beabstandet sein. Die Profilzähne bewirken im Aufrau-Schritt eine Vorbearbeitung, Zwischenbearbeitung und Fertigbearbeitung der spiralförmigen Aufraustruktur. Hierzu sind die auf der Schneidenkontur ausgebildeten Profilzähne in der Axialrichtung voneinander über Zahnabstände beabstandet.The cutting contour can have at least one, in particular several, profile teeth. These can be spaced apart from one another in the axial direction. In the roughening step, the profile teeth cause pre-machining, intermediate machining and finishing of the spiral-shaped roughening structure. For this purpose, the profile teeth formed on the cutting edge contour are spaced apart from one another in the axial direction via tooth spacing.

Alternativ und/oder zusätzlich kann die Schneidenkontur des ersten Schneidelementes und/oder des zweiten Schneidelementes zumindest eine Spindelschneide aufweisen, mittels der der Zylinderbohrungsdurchmesser ausweitbar ist, um einen definierten Materialabtrag an den Profilzähnen der Schneidenkontur zu gewährleisten. Jeder der Profilzähne kann von einem Schneidengrund nach radial außen um eine Zahnhöhe abragen. Der jeweilige Profilzahn kann eine radial äußere, axial verlaufende Längsschneidkante aufweisen, die axial beidseitig an Schneidenecken in radial verlaufende Querschneidkanten übergehen. Diese erstrecken sich bis zum Schneidengrund. Der Profilzahn kann die Spindelschneide in der Werkzeug-Radialrichtung um ein vordefiniertes Übermaß überragen.Alternatively and/or additionally, the cutting contour of the first cutting element and/or the second cutting element can have at least one spindle cutting edge, by means of which the cylinder bore diameter can be expanded in order to ensure a defined material removal on the profile teeth of the cutting contour. Each of the profile teeth can protrude radially outward from a cutting edge base by one tooth height. The respective profile tooth can have a radially outer, axially extending longitudinal cutting edge, which merge axially on both sides into radially extending cross-cutting edges at cutting corners. These extend to the base of the cutting edge. The profile tooth can protrude beyond the spindle cutting edge in the tool radial direction by a predefined excess.

In einer ersten Ausführungsvariante kann das erste Schneidelement ausschließlich die zumindest eine Spindelschneide, ohne Profilzahn, aufweisen. Demgegenüber kann das zweite Schneidelement ausschließlich den zumindest einen Profilzahn, ohne Spindelschneide, aufweisen. Auf diese Weise wirkt das erste Schneidelement als ein Vorbearbeitungs-Schneidelement, das den Durchmesser der Innenwandung der Zylinderbohrung unter Materialabtrag geringfügig ausweitet. Das zweite Schneidelement wirkt dagegen als ein Aufraustruktur-Schneidelement, mittels dem die Aufraustruktur in der Innenwandung der Zylinderbohrung erzeugt wird.In a first embodiment variant, the first cutting element can exclusively have at least one spindle cutting edge, without a profile tooth. In contrast, the second cutting element can only have the at least one profile tooth, without a spindle cutting edge. In this way, the first cutting element acts as a pre-processing cutting element, which slightly expands the diameter of the inner wall of the cylinder bore while removing material. The second cutting element, on the other hand, acts as a roughening structure cutting element, by means of which the roughening structure is produced in the inner wall of the cylinder bore.

Alternativ dazu können in beliebiger Anzahl und/oder in beliebiger axialer Reihenfolge dem ersten Schneidelement und/oder dem zweiten Schneidelement Spindelschneiden und/oder Profilzähne zugeordnet sein. Beispielhaft kann die Schneidenkontur eines Schneidelementes in Axialrichtung in abwechselnder Reihenfolge Profilzähne und Spindelschneiden aufweisen.Alternatively, spindle cutting edges and/or profile teeth can be assigned to the first cutting element and/or the second cutting element in any number and/or in any axial order. For example, the cutting contour of a cutting element can have profile teeth and spindle cutting in alternating order in the axial direction.

Um ein störkonturfreies Freifahren des Aufrau-Werkzeugs in der Radialrichtung zu unterstützen, kann nachfolgend der Werkzeug-Querschnitt im Bereich der Werkzeugspitze angepasst sein. Der Werkzeug-Querschnitt ist aufteilbar in einen ersten Werkzeug-Querschnitt, der außerhalb eines vom Schneidenwinkel aufgespannten Drehwinkelbereiches liegt, und in einen zweiten Werkzeug-Querschnitt innerhalb des Drehwinkelbereiches. Der außerhalb des Drehwinkelbereiches liegende ersten Werkzeug-Querschnitt kann bevorzugt - im Vergleich zum zweiten Werkzeug-Querschnitt - nach radial innen reduziert sein, und zwar unter Bildung eines Werkzeug-Freiraums zwischen dem Werkzeug-Außenumfang und der Schneidenkontur-Kreisbahn. Der Werkzeug-Freiraum wird beim Freifahren in der Radialrichtung teilweise aufgebraucht, damit das Aufrau-Werkzeug mitsamt der beiden Schneidelemente im Reversier-Hub belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur aus der Zylinderbohrung herausgeführt werden kann.In order to support the roughening tool in the radial direction without disturbing contours, the tool cross section in the area of the tool tip can subsequently be adjusted. The tool cross section can be divided into a first tool cross section, which lies outside a rotation angle range spanned by the cutting angle, and into a second tool cross section within the rotation angle range. The first tool cross-section lying outside the rotation angle range can preferably be reduced radially inwards - compared to the second tool cross-section - to form a tool clearance between the tool outer circumference and the cutting contour circular path. The tool free space is partially used up when retracting in the radial direction, so that the roughening tool together with the two cutting elements can be moved out of the cylinder bore in the reversing stroke without any stress and out of engagement with the roughening structure.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the attached figures.

Es zeigen:

• 1 einen Ausschnitt aus einem Zylinderkurbelgehäuse mit einer Zylinderbohrung, an deren Bohrungsgrund ein Honfreigang ausgebildet ist;
• 2 in vergrößerter Teilansicht eine Aufraustruktur in der Innenwandung der Zylinderbohrung;
• 3 und 4 jeweils Ansichten eines Aufrau-Werkzeugs;
• 5 und 6 jeweils Ansichten eines ersten Schneidelements und eines zweiten Schneidelements;
• 7 bis 9 jeweils Ansichten, die einen Aufrau-Schritt veranschaulichen;
• 10 und 11 ein konventionelles Bohrwerkzeug in unterschiedlichen Ansichten;
• 12 und 13 ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel in Ansichten entsprechend der 10 und 11; sowie
• 14 und 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Ansichten entsprechend der 10 und 11.

Show it:

• 1 a section of a cylinder crankcase with a cylinder bore, at the bottom of which a honing clearance is formed;
• 2 an enlarged partial view of a roughened structure in the inner wall of the cylinder bore;
• 3 and 4 each view of a roughening tool;
• 5 and 6 each showing views of a first cutting element and a second cutting element;
• 7 until 9 each view illustrating a roughening step;
• 10 and 11 a conventional drilling tool in different views;
• 12 and 13 a comparative example not covered by the invention in views corresponding to 10 and 11 ; as well as
• 14 and 15 a further embodiment of the invention in views corresponding to 10 and 11 .

In der 1 ist ein Ausschnitt aus einem Zylinderkurbelgehäuse 1 mit einer Zylinderbohrung 3 gezeigt. Die Zylinderbohrung 3 weist einen um die Bohrungsachse B rotationssymmetrischen Honfreigang 5 auf, der in einer Bohrungstiefe t_B an einem Bohrungsgrund 7 der Zylinderbohrung 3 ausgebildet ist. Der Honfreigang 5 ist als eine ringförmige Umlaufnut mit einem radial äußeren Nutboden in einer Innenwandung der Zylinderbohrung 3 ausgebildet. Der Nutboden-Durchmesser d_N des Honfreigangs 5 ist größer bemessen als der Durchmesser dz der Zylinderbohrung 3.In the 1 a section of a cylinder crankcase 1 with a cylinder bore 3 is shown. The cylinder bore 3 has a honing clearance 5 which is rotationally symmetrical about the bore axis B and which is formed at a bore depth t _B on a bore base 7 of the cylinder bore 3. The honing clearance 5 is designed as an annular circumferential groove with a radially outer groove base in an inner wall of the cylinder bore 3. The groove bottom diameter _dN of the honing clearance 5 is larger than the diameter dz of the cylinder bore 3.

Auf der Oberfläche der Innenwandung der Zylinderbohrung 3 ist eine spiralförmige Aufraustruktur 9 ausgebildet, die nach Art eines Innengewindes mit einer Gewindesteigung β verläuft. In der 2 ist die Aufraustruktur 9 in stark vergrößerter Ansicht als eine nutförmige Schwalbenschwanzkontur mit seitlichen Hinterschnitten realisiert. Dadurch ist eine feste formschlüssige Verbindung zwischen der nicht gezeigten APS-Schicht und der Innenwandung der Zylinderbohrung 3 gewährleistet.On the surface of the inner wall of the cylinder bore 3, a spiral-shaped roughening structure 9 is formed, which runs in the manner of an internal thread with a thread pitch β. In the 2 the roughening structure 9 is realized in a greatly enlarged view as a groove-shaped dovetail contour with lateral undercuts. This ensures a firm, positive connection between the APS layer (not shown) and the inner wall of the cylinder bore 3.

Die Aufraustruktur 9 wird mit Hilfe eines in den 3 und 4 gezeigten Aufrau-Werkzeugs in einem später beschriebenen Aufrau-Schritt erzeugt. Das Aufrau-Werkzeug weist einen, an einer gestrichelt angedeuteten Maschinenspindel 11 (3) befestigbaren Werkzeug-Grundkörper 13 auf. An einer Werkzeugspitze 15 weist der Werkzeug-Grundkörper 13 außenumfangsseitig zwei als Wendeschneidplatten realisierte Schneidelemente 17 und 19 auf. Die beiden Schneidelemente 17, 19 sind auf gleicher axialer Höhe am Aufrau-Werkzeug positioniert. Die beiden Schneidelemente 17, 19 sind in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Schneidenwinkel α ( 4) voneinander beabstandet. Jedes der beiden Schneidelemente 17, 19 weist eine radial äußere sowie achsparallel verlaufende Schneidenkontur SK1, SK2 auf, die später anhand der 5 und 6 beschrieben wird. An der Schneidenkontur SK1, SK2 laufen in der 4 jeweils eine in einer Rotationsrichtung vorauseilende Spanfläche 21 mit einer radial äußeren umfangsseitigen Freifläche 23 zusammenlaufen. Die Spanfläche 21 begrenzt in der 4 einen nutförmigen Spanraum 25.The roughening structure 9 is made with the help of one in the 3 and 4 The roughening tool shown is generated in a roughening step described later. The roughening tool has a machine spindle 11 indicated by dashed lines ( 3 ) attachable tool base body 13. On a tool tip 15, the tool base body 13 has two cutting elements 17 and 19 implemented as indexable cutting inserts on the outer circumference. The two cutting elements 17, 19 are positioned at the same axial height on the roughening tool. The two cutting elements 17, 19 are in the tool circumferential direction by a cutting angle α ( 4 ) spaced apart. Each of the two cutting elements 17, 19 has a radially outer and axially parallel cutting contour SK1, SK2, which is later based on 5 and 6 is described. On the cutting edge contour SK1, SK2 run in the 4 in each case a cutting surface 21 leading in a direction of rotation converges with a radially outer circumferential free surface 23. The cutting surface 21 limits in the 4 a groove-shaped chip space 25.

In der 5 ist in vergrößerter Darstellung das erste Schneidelement 17 gezeigt, das über eine Schraubverbindung 27 am Werkzeug-Grundkörper 13 befestigt ist. Die Schneidenkontur SK1 des ersten Schneidelementes 17 weist unmittelbar an der Werkzeugspitze 15 eine Spindelschneide 29 auf. Die Spindelschneide 29 ist mit einer in Axialrichtung verlaufenden Längsschneidkante 31 ausgebildet, die an einer gerundeten Schneidenecke 32 in eine stirnseitige Querschneidkante 33 übergeht. Die Längsschneidkante 31 der Spindelschneide 29 liegt in der 5 auf einem Spindelschneiden-Durchmesser ds, der größer bemessen ist als ein Schneidengrund-Durchmesser d_G, auf dem ein radial zurückgesetzter Schneidengrund 35 liegt, der im Aufrau-Schritt außer Materialeingriff mit dem Werkstückmaterial ist.In the 5 the first cutting element 17 is shown in an enlarged view, which is attached to the tool base body 13 via a screw connection 27. The cutting contour SK1 of the first cutting element 17 has a spindle cutting edge 29 directly on the tool tip 15. The spindle cutting edge 29 is designed with a longitudinal cutting edge 31 running in the axial direction, which merges into a frontal cross-cutting edge 33 at a rounded cutting corner 32. The longitudinal cutting edge 31 of the spindle cutting edge 29 lies in the 5 on a spindle cutting diameter ds, which is larger than a cutting base diameter d _G , on which lies a radially recessed cutting base 35, which is out of material engagement with the workpiece material in the roughening step.

In der 6 ist das zweite Schneidelement 19 gezeigt, deren Schneidenkontur SK2 unterschiedlich zur Schneidenkontur SK1 des ersten Schneidelementes 17 ist. Die Schneidenkontur SK2 des zweiten Schneidelementes 19 weist im Unterschied zum Schneidelement 17 keine Spindelschneide 29 auf, sondern eine Vielzahl von Profilzähnen 37, die von einem Schneidengrund 35 der Schneidenkontur SK2 radial nach außen in unterschiedlichen Zahnhöhen radial abragen. Mittels der Profilzähne 37 wird im Aufrau-Schritt die in der 2 gezeigte spiralförmige Schwalbenschwanzstruktur 9 erzeugt, wobei jeder der Profilzähne 37 unterschiedliche Schneidaufgaben übernimmt, um die in der 2 gezeigte Schwalbenschwanzstruktur 9 auszubilden.In the 6 the second cutting element 19 is shown, the cutting contour SK2 of which is different from the cutting contour SK1 of the first cutting element 17. In contrast to the cutting element 17, the cutting contour SK2 of the second cutting element 19 does not have a spindle cutting edge 29, but rather a plurality of profile teeth 37 which protrude radially outwards from a cutting base 35 of the cutting contour SK2 at different tooth heights. The profile teeth 37 are used in the roughening step 2 shown spiral dovetail structure 9 generated, each of the profile teeth 37 taking on different cutting tasks in order to achieve the 2 dovetail structure 9 shown.

Von daher wirkt das erste Schneidelement 17 (5) als ein Vorbearbeitungs-Schneidelement, das im später beschriebenen Aufrau-Schritt zur Vorbereitung des mechanischen Aufrauens den Durchmesser der Zylinderbohrung 3 unter Materialabtrag geringfügig ausweitet. Das zweite Schneidelement 19 wirkt als ein Aufraustruktur-Schneidelement, mittels dem die in der 2 gezeigte Schwalbenschwanzstruktur 9 profiliert wird.Therefore, the first cutting element 17 ( 5 ) as a pre-processing cutting element, which slightly expands the diameter of the cylinder bore 3 while removing material in the roughening step described later in preparation for the mechanical roughening. The second cutting element 19 acts as a roughening structure cutting element, by means of which the in the 2 dovetail structure 9 shown is profiled.

Jeder der Profilzähne 37 (6) der Schneidenkontur SK2 des zweiten Schneidelements 19 weist eine, in der Axialrichtung verlaufende Längsschneidkante 39 auf, die axial beidseitig an Schneidenecken 41 in radial verlaufende Querschneidkanten 43 übergehen. Die Querschneidkanten 43 gehen jeweils in den zurückgesetzten Schneidengrund 35 über.Each of the profile teeth 37 ( 6 ) the cutting contour SK2 of the second cutting element 19 has a longitudinal cutting edge 39 running in the axial direction, which merge axially on both sides at cutting corners 41 into radially running cross-cutting edges 43. The cross-cutting edges 43 each merge into the recessed cutting base 35.

Nachfolgend wird anhand der 7 bis 9 ein Aufrau-Schritt beschrieben: So wird das Aufrau-Werkzeug in einem Aufrau-Hub I (7) mit einem Vorschub f_A sowie mit einer damit synchronisierten Drehzahl n_A in die Zylinderbohrung 3 abgesenkt, und zwar bei einer zur Bohrungsachse B koaxialen Werkzeug-Rotationsachse R. Auf diese Weise erzeugen die beiden Schneidelemente 17, 19 des Aufrau-Werkzeugs unter Spanbearbeitung die spiralförmige Aufraustruktur 9 der Innenwandung der Zylinderbohrung 3, und zwar mit einer Gewindesteigung β, deren Größe von den Prozessparametern (d.h. Vorschub f_A und Drehzahl n_A) abhängt. Zum Ende des Aufrau-Hubs I ( 8) sind die beiden Schneidenkonturen SK1, SK2 der Schneidelemente 17, 19 im Honfreigang 5 positioniert.The following is based on the 7 until 9 a roughening step is described: This is how the roughening tool is used in a roughening stroke I ( 7 ) is lowered into the cylinder bore 3 with a feed f _A and with a speed n _A synchronized therewith, with a tool rotation axis R coaxial with the bore axis B. In this way, the two cutting elements 17, 19 of the Roughening tool under chip machining the spiral roughening structure 9 of the inner wall of the cylinder bore 3, with a thread pitch β, the size of which depends on the process parameters (ie feed f _A and speed n _A ). At the end of the roughening stroke I ( 8th ), the two cutting contours SK1, SK2 of the cutting elements 17, 19 are positioned in the honing clearance 5.

Anschließend wird in der 9 das Aufrau-Werkzeug zur Vorbereitung eines Reversier-Hubes II um einen Radialversatz Δr freigefahren. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass im Reversier-Hub II das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur 9 aus der Zylinderbohrung 3 herausführbar ist.Then in the 9 the roughening tool is moved free by a radial offset Δr in preparation for a reversing stroke II. In this way it is ensured that in the reversing stroke II the roughening tool can be moved out of the cylinder bore 3 without any load and out of engagement with the roughening structure 9.

Um ein störkonturfreies Freifahren des Aufrau-Werkzeugs in der Radialrichtung zu unterstützen, ist ein in der 4 gezeigter Werkzeug-Querschnitt im Bereich der Werkzeugspitze 15 aufteilbar in einen ersten Werkzeug-Querschnitt 47, der außerhalb eines vom Schneidenwinkel α aufgespannten Drehwinkelbereiches liegt, und in einen zweiten Werkzeug-Querschnitt 49 innerhalb dieses vom Schneidenwinkel α aufgespannten Drehwinkelbereiches. Der außerhalb des Drehwinkelbereiches liegende ersten Werkzeug-Querschnitt 47 ist in der 4 - im Vergleich zum zweiten Werkzeug-Querschnitt 49 - nach radial innen reduziert. Dadurch ergibt sich ein Werkzeug-Freiraum 51 (4) zwischen dem Werkzeug-Außenumfang und einer gedachten Schneidenkontur-Kreisbahn 45. Der Werkzeug-Freiraum 51 wird beim Freifahren in der Radialrichtung teilweise aufgebraucht, damit das Aufrau-Werkzeug mitsamt der beiden Schneidelemente 17, 19 im Reversier-Hub II belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur 9 aus der Zylinderbohrung 3 herausführbar sind.In order to support the roughening tool in the radial direction without disturbing contours, a 4 shown tool cross section in the area of the tool tip 15 can be divided into a first tool cross section 47, which lies outside a rotation angle range spanned by the cutting angle α, and into a second tool cross section 49 within this rotation angle range spanned by the cutting angle α. The first tool cross section 47, which lies outside the rotation angle range, is in the 4 - Compared to the second tool cross section 49 - reduced radially inwards. This results in a tool clearance 51 ( 4 ) between the outer circumference of the tool and an imaginary cutting contour circular path 45. The tool clearance 51 is partially used up when retracting in the radial direction, so that the roughening tool together with the two cutting elements 17, 19 in the reversing stroke II are free of load and out of engagement the roughening structure 9 can be led out of the cylinder bore 3.

Erfindungsgemäß ist der Schneidenwinkel α in Kombination mit dem verfügbaren Radialversatz Δr so bemessen, dass das Aufrau-Werkzeug mitsamt der beiden Schneidelemente 17, 19 im Reversier-Hub II belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur 9 aus der Zylinderbohrung 3 herausführbar ist.According to the invention, the cutting angle α in combination with the available radial offset Δr is dimensioned such that the roughening tool together with the two cutting elements 17, 19 can be moved out of the cylinder bore 3 in the reversing stroke II without any load and out of engagement with the roughening structure 9.

Allgemein sind bei der Auslegung eines Bohr-Prozessschrittes die Prozessparameter (das heißt Drehzahl n sowie Vorschub f des Bohrwerkzeugs) so mit den Positionen der Schneidelemente am Bohrwerkzeug abzustimmen, dass die Schneidelement-Belastung pro Schneidelement in etwa gleich ist, das heißt der Vorschub v_fz (Zahnvorschub) pro Schneidelement idealerweise gleich ist. Dies wird bei einem konventionellen Bohrwerkzeug 61 (10 und 11) durch einen konstanten Teilungsabstand a zwischen den Schneidelementen 17, 19, 63, 65 erzielt. In der 11 ist die Mantelfläche des konventionellen Bohrwerkzeugs 61 in einer Abwicklung gezeigt. Demnach sind die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 allesamt auf gleicher axialer Höhe H positioniert. Die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 sind in der 11 jeweils über identische Schnittbreiten s in Spaneingriff mit der Innenwandung einer Werkstück-Bohrung. In der 11 sind die sich im Bohrprozess ergebenden Schnittwege w₁ bis w₄ der ersten bis vierten Schneidelemente 17, 19, 63, 65 eingezeichnet. Die Schnittwege w₁ bis w₄ verlaufen mit einem Steigungswinkel β spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung, so dass sich in der Abwicklung (11) ein geradliniger Verlauf der Schnittwege w₁ bis w₄ ergibt. Die Schnittwege w₁ bis w₄ überlappen sich in der 11 nicht, sondern gehen vielmehr in der Axialrichtung überlappungsfrei ineinander über.In general, when designing a drilling process step, the process parameters (i.e. speed n and feed f of the drilling tool) must be coordinated with the positions of the cutting elements on the drilling tool in such a way that the cutting element load per cutting element is approximately the same, i.e. the feed v _fz (tooth feed) per cutting element is ideally the same. This is done with a conventional drilling tool 61 ( 10 and 11 ) achieved by a constant pitch a between the cutting elements 17, 19, 63, 65. In the 11 the lateral surface of the conventional drilling tool 61 is shown in a developed form. Accordingly, the cutting elements 17, 19, 63, 65 are all positioned at the same axial height H. The cutting elements 17, 19, 63, 65 are in the 11 each over identical cutting widths s in chip engagement with the inner wall of a workpiece bore. In the 11 The cutting paths w ₁ to w ₄ of the first to fourth cutting elements 17, 19, 63, 65 resulting from the drilling process are shown. The cutting paths w ₁ to w ₄ run spirally along the inner wall of the bore with a pitch angle β, so that in the development ( 11 ) a straight line course of the cutting paths w ₁ to w ₄ results. The cutting paths w ₁ to w ₄ overlap in the 11 not, but rather merge into one another in the axial direction without overlapping.

In dem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel der 12 und 13 sind die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 nicht mehr in identischen Teilungsabständen a gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet. Vielmehr spannen in der 12 und 13 das erste Schneidelement 17 und das zweite Schneidelement 19 einen Schneidenwinkel α (hier beispielhaft etwa 120°) auf. Zwischen den ersten und zweiten Schneidelementen 17, 19 sind ein drittes und ein viertes Schneidelement 63, 65 positioniert. Aus der Abwicklung der 13 geht hervor, dass die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 allesamt auf gleicher axialer Höhe H positioniert sind.In the comparative example not covered by the invention 12 and 13 the cutting elements 17, 19, 63, 65 are no longer arranged at identical pitches a evenly distributed around the circumference. Rather, tension in the 12 and 13 the first cutting element 17 and the second cutting element 19 have a cutting angle α (here, for example, approximately 120°). A third and a fourth cutting element 63, 65 are positioned between the first and second cutting elements 17, 19. From the processing of the 13 It can be seen that the cutting elements 17, 19, 63, 65 are all positioned at the same axial height H.

Im Vergleichsbeispiel der 12 und 13 sind - im Unterschied zur 10 und 11 - die Teilungsabstände a, b, c zwischen den vier Schneidelementen 17, 19, 63, 65 nicht mehr identisch, sondern zumindest teilweise unterschiedlich. Entsprechend ist in der 13 auch der Vorschub v_fz pro Schneidelement nicht mehr für jedes Schneidelement gleich, sondern unterschiedlich. Das heißt, dass die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 im Aufrau-Schritt nicht mehr gleichmäßig, sondern unterschiedlich stark belastet sind. Gemäß der 13 ist dem ersten Schneidelement 17 der größte Vorschub v_fz pro Schneidelement zugeordnet, d.h. das ersten Schneidelement 17 ist der größten Schneidenbelastung ausgesetzt.In the comparative example 12 and 13 are - in contrast to 10 and 11 - The pitch distances a, b, c between the four cutting elements 17, 19, 63, 65 are no longer identical, but at least partially different. Accordingly, in the 13 The feed v _fz per cutting element is no longer the same for each cutting element, but different. This means that the cutting elements 17, 19, 63, 65 are no longer evenly loaded in the roughening step, but are loaded to varying degrees. According to the 13 the first cutting element 17 is assigned the greatest feed v _fz per cutting element, ie the first cutting element 17 is exposed to the greatest cutting load.

Um trotz der teilweise unterschiedlicher Teilungsabstände a, b, c eine gleichmäßige Belastung der Schneidelemente 17, 19, 63, 65 zu gewährleisten, sind in dem Ausführungsbeispiel der 14 und 15 die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 nicht mehr auf gleicher axialer Höhe H positioniert, sondern vielmehr auf unterschiedlichen Höhenpositionen H, H₁, H₂, H₃. Diese Höhenpositionen sind so gewählt, dass sich eine gleichmäßige Schneidelement-Belastung der vier Schneidelemente 17, 19, 63, 65 ergibt. Die Höhenpositionen sind in Abhängigkeit von den Prozessparametern im Aufrau-Schritt (das heißt Werkzeug-Drehzahl n_A, Werkzeug-Vorschub f_A) sowie in Abhängigkeit von den jeweiligen Teilungsabständen a, b, c gewählt.In order to ensure an even load on the cutting elements 17, 19, 63, 65 despite the partially different pitch distances a, b, c, in the exemplary embodiment the 14 and 15 the cutting elements 17, 19, 63, 65 are no longer positioned at the same axial height H, but rather at different height positions H, H ₁ , H ₂ , H ₃ . These height positions are chosen so that there is an even cutting element load on the four cutting elements 17, 19, 63, 65. The height positions are dependent speed chosen by the process parameters in the roughening step (i.e. tool speed n _A , tool feed f _A ) and depending on the respective pitch distances a, b, c.

Wie aus der 15 hervorgeht, sind die Schneidelemente 17, 19, 63, 65 - analog zur 11 - jeweils über identische Schnittbreiten s in Spaneingriff mit der Bohrungs-Innenwandung. Zudem überlappen die Schnittwege w₁ bis w₄ einander nicht, sondern gehen diese vielmehr überlappungsfrei ineinander über.Like from the 15 As can be seen, the cutting elements 17, 19, 63, 65 are analogous to 11 - each with identical cutting widths s in chip engagement with the inner wall of the bore. In addition, the cutting paths w ₁ to w ₄ do not overlap one another, but rather merge into one another without overlapping.

Die Höhenpositionen H₁ bis H_n der Schneidelemente sind allgemein mit folgenden Formeln zu bestimmen: $$H_1=V_{ƒz}\left[\left(z-1\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(a+b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_2=V_{ƒz}\left[\left(z-2\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_3=V_{ƒz}\left[\left(z-3\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(c+d+\cdots \right)\right]$$

$$\begin{array}{l}{H}_4=V_{ƒz}=\left[\left(z-4\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(d+\cdots \right)\right]\hfill \\ \dots ,\hfill \end{array}$$

wobei

z

Anzahl der Schneidelemente

vfz

Vorschub pro Schneidelement

D

Durchmesser Aufrau-Werkzeug

a, b, c, ...

Teilungsabstände.

The height positions H ₁ to H _n of the cutting elements can generally be determined using the following formulas: $${\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0016.png,DE102019201246B4\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_1=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-1\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(a+b+c+\cdots \right)\right]$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0026.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_2=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-2\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(b+c+\cdots \right)\right]$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0016.png,DE102019201246B4\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_3=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-3\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(c+d+\cdots \right)\right]$$

$$\begin{array}{l}{\mathrm{<figure-callout\; id="4"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0024.png,DE102019201246B4\_0026.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_4=v_{ƒ\mathrm{e.g}}=\left[\left(\mathrm{e.g}-4\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(d+\cdots \right)\right]\hfill \\ \dots ,\hfill \end{array}$$

where

e.g

Number of cutting elements

vfz

Feed per cutting element

D

Diameter roughening tool

a, b, c, ...

Pitch distances.

Bei einem Aufrau-Werkzeug mit vier Schneidelementen 17, 19, 53, 65 (d.h. z = 4) gemäß dem Ausführungsbeispiel der 14 und 15 ergeben sich daher die folgende Formeln, wonach $$H_1=V_{ƒz}\left[3-\frac{4}{\pi D}\ast \left(a+b+c\right)\right]$$

$$H_2=V_{ƒ\zeta }\left[2-\frac{4}{\pi D}\ast \left(b+c\right)\right]$$

$$H_3=V_{ƒz}\left(1-\frac{4c}{\pi D}\right)$$

In a roughening tool with four cutting elements 17, 19, 53, 65 (ie z = 4) according to the exemplary embodiment of 14 and 15 This results in the following formulas, according to which: $${\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0016.png,DE102019201246B4\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_1=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[3-\frac{4}{\pi D}\ast \left(a+b+c\right)\right]$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0026.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_2=v_{ƒ\zeta }\left[2-\frac{4}{\pi D}\ast \left(b+c\right)\right]$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="H"\; filenames="DE102019201246B4\_0016.png,DE102019201246B4\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">H</figure-callout>}}_3=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left(1-\frac{4c}{\pi D}\right)$$

BEZUGSZEICHENLISTE:REFERENCE SYMBOL LIST:

11

Werkstückworkpiece

33

ZylinderbohrungCylinder bore

55

HonfreigangHoning release

77

BohrungsgrundDrilling base

99

AufraustrukturRoughening structure

1111

Maschinenspindelmachine spindle

1313

Werkzeug-GrundkörperTool base body

1515

WerkzeugspitzeTool tip

17, 1917, 19

Schneidelementecutting elements

2121

Spanflächerake face

2323

FreiflächeOpen space

2525

Spanraumchip space

2727

SchraubverbindungScrew connection

2929

SpindelschneideSpindle cutting edge

3131

LängsschneidkanteLongitudinal cutting edge

3232

gerundete Schneideneckerounded cutting corner

3333

QuerschneidkanteCross cutting edge

3535

zurückgesetzter Schneidengrundrecessed cutting edge base

3737

Profilzähneprofile teeth

3939

LängsschneidkanteLongitudinal cutting edge

4343

QuerschneidkanteCross cutting edge

4545

Kreisbahncircular path

47,4947.49

Werkzeug-QuerschnitteTool cross sections

5151

Werkzeug-FreiraumTool clearance

6161

konventionelles Bohrwerkzeugconventional drilling tool

63, 6563, 65

drittes und viertes Schneidelementthird and fourth cutting elements

SK1, SK2SK1, SK2

SchneidenkonturenCutting contours

Bb

ZylinderbohrungsachseCylinder bore axis

RR

Werkzeug-RotationsachseTool rotation axis

αα

SchneidenwinkelCutting angle

ββ

GewindesteigungThread

ΔrΔr

RadialversatzRadial offset

fAfa

Vorschubfeed

nAn/a

Drehzahlnumber of revolutions

II

Aufrau-HubRoughening Hub

IIII

Reversier-HubReversing stroke

dzcurrently

Zylinderbohrungs-DurchmesserCylinder bore diameter

dKdK

Schneidenkontur-DurchmesserCutting contour diameter

dSdS

Spindelschneiden-DurchmesserSpindle cutting diameter

dPdp

Profilzahn-DurchmesserProfile tooth diameter

tBtB

Bohrungstiefedrilling depth

dNdN

Nutboden-DurchmesserGroove bottom diameter

dGdG

Schneidengrund-DurchmesserCutting base diameter

w1 bis w4w1 to w4

Schnittwege der SchneidelementeCutting paths of the cutting elements

a, b, ca, b, c

TeilungsabständePitch distances

H, H1, H2, H3H, H1, H2, H3

HöhenpositionenElevation positions

ss

Schnittbreitecutting width

Claims (11)

Verfahren zum mechanischen Aufrauen einer Werkstück-Zylinderbohrung (3) mittels eines Aufrau-Werkzeugs, wobei die Werkstück-Zylinderbohrung (3) in Axialrichtung in einen Werkzeug-Freigang (5), insbesondere Honfreigang, übergeht, wobei in einem Aufrau-Schritt das Aufrau-Werkzeug mit einem Vorschub (f_A) sowie mit damit synchronisierter Drehzahl (n_A) in die Zylinderbohrung (3) abgesenkt wird, so dass das Aufrau-Werkzeug unter Spanbearbeitung eine spiralförmige Aufraustruktur (9) in der Innenwandung der Zylinderbohrung (3) erzeugt, wobei zum Ende eines Aufrau-Hubes (I) das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei im Werkzeug-Freigang (5) angeordnet ist und dort zur Vorbereitung eines Reversier-Hubes (II) um einen Radialversatz (Δr) freigefahren wird, so dass im Reversier-Hub (II) das Aufrau-Werkzeug belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur (9) aus der Zylinderbohrung (3) herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrau-Werkzeug zumindest ein erstes Schneidelement (17) und ein zweites Schneidelement (19) aufweist, die in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Schneidenwinkel (α) voneinander beabstandet sind, dass die beiden Schneidelemente (17, 19) im Aufrau-Schritt unter Spanbearbeitung die Aufraustruktur (9) in der Innenwandung der Zylinderbohrung (3) erzeugen, dass die zumindest zwei Schneidelemente (17, 19, 63, 65) in Axialrichtung in unterschiedlichen Höhenpositionen (H, H₁, H₂, H₃), das heißt zueinander mit axialem Höhenversatz, am Aufrau-Werkzeug angeordnet sind, dass der axiale Höhenversatz zwischen den Schneidelementen (17, 19, 63, 65) derart bemessen ist, dass die Schneidelement-Belastung pro Schneidelement in etwa gleich ist, das heißt der Vorschub (v_fz) pro Schneidelement gleich ist, und dass die Höhenpositionen (H, H₁, H₂, H₃) der Schneidelemente (17, 19, 63, 65) mittels der folgenden Formeln ermittelbar sind, wonach $$H_1=V_{ƒz}\left[\left(z-1\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(a+b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_2=V_{ƒz}\left[\left(z-2\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_3=V_{ƒz}\left[\left(z-4\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(c+d+\cdots \right)\right]$$

$$\begin{array}{l}{H}_4=V_{ƒz}\left[\left(z-4\right)-\frac{z}{\pi D}\ast \left(d+\cdots \right)\right]\hfill \\ \dots ,\hfill \end{array}$$

wobei z Anzahl der Schneidelemente v_fz Vorschub pro Schneidelement D Durchmesser Aufrau-Werkzeug a, b, c, ... Teilungsabstände zwischen den Schneidelementen.Method for mechanically roughening a workpiece cylinder bore (3) by means of a roughening tool, the workpiece cylinder bore (3) transitioning in the axial direction into a tool clearance (5), in particular a honing clearance, the roughening being carried out in a roughening step. Tool is lowered into the cylinder bore (3) with a feed (f _A ) and with a speed (n _A ) synchronized with it, so that the roughening tool creates a spiral roughening structure (9) in the inner wall of the cylinder bore (3) using chip machining, wherein at the end of a roughening stroke (I), the roughening tool is arranged in the tool clearance (5) without any load and is moved there by a radial offset (Δr) in preparation for a reversing stroke (II), so that in the reversing stroke (II) the roughening tool is guided out of the cylinder bore (3) without any load and out of engagement with the roughening structure (9), characterized in that the roughening tool has at least a first cutting element (17) and a second cutting element (19), which are spaced apart from one another in the tool circumferential direction by a cutting angle (α), that the two cutting elements (17, 19) produce the roughening structure (9) in the inner wall of the cylinder bore (3) in the roughening step under chip machining, that the at least two Cutting elements (17, 19, 63, 65) are arranged on the roughening tool in the axial direction in different height positions (H, H ₁ , H ₂ , H ₃ ), that is to say with an axial height offset from one another, so that the axial height offset between the cutting elements ( 17, 19, 63, 65) is dimensioned such that the cutting element load per cutting element is approximately the same, that is, the feed (v _fz ) per cutting element is the same, and that the height positions (H, H ₁ , H ₂ , H ₃ ) of the cutting elements (17, 19, 63, 65) can be determined using the following formulas, according to which $$H_1=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-1\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(a+b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_2=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-2\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(b+c+\cdots \right)\right]$$

$$H_3=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-4\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(c+d+\cdots \right)\right]$$

$$\begin{array}{l}{H}_4=v_{ƒ\mathrm{e.g}}\left[\left(\mathrm{e.g}-4\right)-\frac{\mathrm{e.g}}{\pi D}\ast \left(d+\cdots \right)\right]\hfill \\ \dots ,\hfill \end{array}$$

where z number of cutting elements v _fz feed per cutting element D diameter roughening tool a, b, c, ... pitch distances between the cutting elements. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenwinkel (α) so bemessen ist, dass das Aufrau-Werkzeug mitsamt der beiden Schneidelemente (17, 19) im Reversier-Hub (II) belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Aufraustruktur (9) aus der Zylinderbohrung (3) herausführbar ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the cutting angle (α) is dimensioned such that the roughening tool together with the two cutting elements (17, 19) is free of load in the reversing stroke (II) and out of engagement with the roughening structure (9) from the cylinder bore (3 ) can be removed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeug-Umfangsrichtung zwischen den beiden ersten und zweiten Schneidelementen (17, 19) zumindest ein drittes Schneidelement (63, 65) für die Erzeugung der Aufraustruktur (9) angeordnet ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least one third cutting element (63, 65) for producing the roughening structure (9) is arranged in the tool circumferential direction between the two first and second cutting elements (17, 19). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Schneidelement (17, 19) eine radial äußere, in Axialrichtung verlaufende Schneidenkontur (SK1, SK2) aufweist, und dass insbesondere die Schneidenkontur (SK1, SK2) zumindest einen, insbesondere mehrere, in Axialrichtung voneinander über Zahnabstände beabstandete Profilzähne (37) aufweist.Procedure according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the first and/or second cutting element (17, 19) has a radially outer cutting contour (SK1, SK2) running in the axial direction, and in particular the cutting contour (SK1, SK2) has at least one, in particular several, in the axial direction has profile teeth (37) spaced apart from one another via tooth distances. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenkontur (SK1, SK2) des ersten und/oder zweiten Schneidelements (17, 19) zumindest eine Spindelschneide (29) aufweist, mittels der der Zylinderbohrungsdurchmesser (d_z) ausweitbar ist.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the cutting contour (SK1, SK2) of the first and/or second cutting element (17, 19) has at least one spindle cutting edge (29), by means of which the cylinder bore diameter (d _z ) can be expanded. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilzahn (37) von einem Schneidengrund (35) nach radial außen um eine Zahnhöhe abragt, und/oder dass der Profilzahn (37) eine radial äu-ßere, axial verlaufende Längsschneidkante (39) aufweist, die axial beidseitig an Schneidenecken in radial verlaufende Querschneidkanten (43) übergeht, die jeweils in den Schneidengrund übergehen.Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that the profile tooth (37) projects radially outwards from a cutting base (35) by a tooth height, and / or that the profile tooth (37) has a radially outer, axially extending longitudinal cutting edge (39) which extends axially on both sides at cutting corners merges into radially extending cross-cutting edges (43), each of which merges into the base of the cutting edge. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilzahn (37) die Spindelschneide (29) in der Werkzeug-Radialrichtung mit einem Übermaß radial nach außen überragt.Procedure according to Claim 5 or 6 , characterized in that the profile tooth (37) projects radially outwards beyond the spindle cutting edge (29) in the tool radial direction with an oversize. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidelement (17) ausschließlich die zumindest eine Spindelschneide (29), ohne Profilzahn, aufweist, und ein anderes Schneidelement (19) ausschließlich den zumindest einen Profilzahn (37), ohne Spindelschneide, aufweist.Procedure according to Claim 5 , 6 or 7 , characterized in that a cutting element (17) exclusively has the at least one spindle cutting edge (29), without a profile tooth, and another cutting element (19) exclusively has the at least one profile tooth (37), without a spindle cutting edge. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Schneidelement (17) und/oder dem zweiten Schneidelement (19) in beliebiger Anzahl und/oder in beliebiger axialer Reihenfolge Spindelschneiden (29) und/oder Profilzähne (37) zugeordnet sind.Procedure according to one of the Claims 5 until 7 , characterized in that spindle cutting (29) and/or profile teeth (37) are assigned to the first cutting element (17) and/or the second cutting element (19) in any number and/or in any axial order. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneidenkontur (SK1, SK2) des Aufrau-Werkzeugs auf einer Schneidenkontur-Kreisbahn (45) mit einem Schneidenkontur-Durchmesser (d_K) bewegt, und/oder dass der Schneidenwinkel (α) kleiner als 180°, insbesondere kleiner oder gleich 120°, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting contour (SK1, SK2) of the roughening tool moves on a cutting contour circular path (45) with a cutting contour diameter (d _K ), and / or that the cutting angle (α ) is less than 180°, in particular less than or equal to 120°. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrau-Werkzeug an der Werkzeugspitze (15) einen Werkzeug-Grundkörper (13) aufweist, an dessen Außenumfang die ersten und zweiten Schneidelemente (17, 19) angeordnet sind, und dass insbesondere ein Werkzeug-Querschnitt (47) außerhalb eines vom Schneidenwinkel (α) aufgespannten Drehwinkelbereiches nach radial innen reduziert ist, und zwar unter Bildung eines Werkzeug-Freiraums (51) zwischen dem Werkzeug-Außenumfang und der Schneidenkontur-Kreisbahn (45), und dass der Werkzeug-Freiraum (51) beim Freifahren in Radialrichtung teilweise aufgebraucht wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the roughening tool has a tool base body (13) on the tool tip (15), on the outer circumference of which the first and second cutting elements (17, 19) are arranged, and in particular a tool cross section (47) outside of a rotation angle range spanned by the cutting angle (α) is reduced radially inwards, forming a tool clearance (51) between the tool outer circumference and the cutting contour circular path (45), and that the tool clearance (51) at Free movement in the radial direction is partially used up.

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