• Firma: Microcut Ltd
  • Land: Schweiz
  • Artikel vom: 08 September 2014
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  • Artikel Nummer: 049-044-d
  • Kategorie(n): Zerspanen, WERKZEUG ANWENDUNGEN
  • Kleine Bohrungen prozesssicher in Präzision fertigen

    Prozessstabilität von Microcut Bore Sizing im Vergleich mit anderen Bearbeitungsprozessen: Zieldurchmesser 1.000 +/-0.001 mm. Die grüne Kurve zeigt die hohe Reproduzierbarkeit des Bohrungsdurchmessers über eine hohe Stückzahl beim Microcut® Bore Sizing an

    Das Bore Sizing findet immer mehr Anwendungen in Schlüsselindustrien: Automobilindustrie, Medizinaltechnik, Motorenbau (Injektoren), Spritzwerkzeugbau und Heisskanaltechnik, Display-Herstellung sowie der Uhrenindustrie. Die Firma Microcut AG bietet hier Maschinen und Lösungen zur Feinstbearbeitung präziser Bohrungen mit Durchmessern von 0,015 mm bis neu 8 mm an.

    Es gibt diverse Gründe für die Feinstbearbeitung einer Rohbohrung: es sind dies einerseits die Oberfläche oder die Maßhaltigkeit und andererseits die Form, welche im Rohzustand Unrundheit, Vorweite, Welligkeit, Konizität oder Bananenform aufweisen kann. Hier setzt die Technologie des Microcut Bore Sizing an.

    Das Microcut Bore Sizing oder auch Dornhonen genannt, stellt eine wirtschaftliche Lösung zur Funktions-optimierung von kleinen Bohrungen, insbesondere auch für harte und schwer zerspanbare Werkstoffe, dar. Diese Technologie erlaubt es, die Form (Rundheit; Zylindrizität) und den Durchmesser in engsten Toleranzfeldern zu fertigen (Rundheiten typischerweise besser 0.2 µm). Durch die "kalte" mikrospanabhebende Bearbeitung werden beschädigte Randstrukturen (beispielsweise entstanden durch Funkenerosion, Härten) verbessert und die Bohrungsrandzone zusätzlich verdichtet (Druckeigenspannungen). Die Oberflächenstruktur kann definiert und beliebig oft reproduziert werden, typischerweise wird ein Rauheitswert von Ra  0.05 µm mit Bearbeitungswerkzeugen mit gebundenem Korn erreicht. In harten Materialien wie Hartmetall kann durch den Einsatz von losem Korn und Spezialwerkzeugen eine spiegelglatte Oberfläche erzeugt werden.

    Prozessvorteile

    Beim Microcut Bore Sizing Verfahren wird spanabhebend und kontrolliert mit einem genauen, für die jeweilige Bohrung spezifizierten Werkzeug bearbeitet. Die einteiligen Werkzeuge mit präzis definiertem Durchmesser erlauben einen Prozess, der jedes Werkstück auf den exakt gleichen Durchmesser bringt. Wie in Abbildung auf Seite 46 schematisch dargestellt, verläuft der Microcut Bore Sizing-Prozess stetig und nicht sprunghaft innerhalb einer Durchmesser-Toleranz von beispielsweise +/-0.001 mm. Die grüne Kurve für den Microcut Bore Sizing-Prozess zeigt einen kontinuierlichen minimalsten Verschleiß des Werkzeuges und somit eine kleiner werdende Bohrung. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass der Bearbeitungsprozess von Microcut nicht Temperatur sensitiv ist, d.h. auch größere Temperaturschwankungen über den Tagesverlauf haben auf das Maß des Bohrungsdurchmessers keinen negativen Einfluß. Bei anderen Prozessen, wie beispielsweise dem herkömmlichen Honen oder dem Innenschleifen, wird mit einer Mess-Steuerung gearbeitet, welche durch eine Nachprozessmessung teilweise auch Vorprozessmessung den Bearbeitungsprozess mittels einer Trendkorrektur steuert (Regelkreis). Der Vorteil dieses Prozesses liegt also unter anderem darin, dass keine Teile außerhalb der Toleranz liegen, aufgrund von Prozessschwankungen wegen Übersteuerung des Regelkreises. Beim herkömmlichen Honen oder dem Innenschleifen müssen über den Regelkreis Maß und auch Form durch die Bewegungen und/oder die Zustellung des Werkzeuges gesteuert werden, was einen stabilen Prozess erschwert. Bei Hon-Schleifsteinen mit Bindung (beispielsweise Kunstharz oder Bronze) müssen zusätzlich die sich ändernden Prozesskräfte über den Regelkreis erfasst und korrigiert werden. Die Messung der Bohrung sowie die Korrektur auf der Maschine sind in Bezug auf die Toleranz mit einem relevanten Fehler behaftet. Bei galvanisch gebundenen Werkzeugen (kleinere Durchmesser) ist eine um den Faktor 200 kleinere Belagslänge im Einsatz als bei den Microcut Bore Sizing Werkzeugen, was auch wiederum zu schneller ändernden Prozesskräften aufgrund von Abnützung führt. Der Verschleiß des Werkzeuges und somit die Anzahl der Teile in der Durchmesser-Toleranz ist beim Microcut Bore Sizing abhängig vom zu bearbeitenden Material, der Bohrungslänge, dem Aufmaß und der Werkzeuggeometrie. Dies kann von < 100 Teilen bis zu mehreren Tausend Teilen bei einem Toleranzfenster von 1 µm variieren.
    Die Werkzeuge werden typischerweise mit Diamant belegt. Es gibt hierbei verschiedene Korngrößen, wobei 6-7 µm die kleinste Korngröße darstellt. Je nach Anwendung ist auch cBN einsetzbar.

    Bohrung/Stift Paarung

    Eine immer wiederkehrende Problematik bei Bohrung/Stift-Paarung ist die Schwierigkeit, die bearbeitete Kleinstbohrung zu vermessen und deshalb den passenden Stift zuzuordnen. Durch die heutigen Herstellverfahren und Bearbeitungsmethoden bei Kleinstbohrungen ergibt sich ein relativ großes Toleranzfeld des Durchmessers. Dies bedingt ein entsprechend großes Toleranzfeld bei den Stiften, was letztendlich zu undefiniertem Spiel der jeweiligen Paarung führt. Bisher wird dieser Paarungsprozess vorwiegend manuell durch mehrfaches Ausprobieren mehrerer Stifte pro Bohrung gemacht, was zu hohen Kosten pro endgültiger Paarung führt. Zudem ist bei erfolgreicher Paarung das eigentliche Maß der Bohrung und die Toleranzen unbekannt.

    Seit der Einführung der Bore Sizing-Technologie wird ein anderer Weg beschritten, indem die Bohrung aufgrund des präzisen Werkzeugmaßes und des stabilen Bearbeitungsprozesses auf ein genau definiertes und immer wieder reproduzierbares Maß bearbeitet wird. Somit sind die genauen Bohrungsmaße bekannt und der Stift kann jeweils entsprechend einfacher produziert werden. Verschiedene Schlüsselindustrien haben den großen Vorteil dieses Verfahrens erkannt: Im Werkzeugbau können mit diesem Prozess die Bearbeitungskosten einer Bohrung/Stift-Paarung bis zu 40% reduziert werden.

    Vorteile bei der Bohrung/Stift Paarung:

    • Der stabile Bearbeitungsprozess garantiert, dass Bohrungsgeometrie und Durchmessertoleranz hochgenau und immer wiederkehrend reproduzierbar sind
    • die Stifte können alle auf dasselbe Maß produziert werden,
    • somit entfällt die aufwendige und manuelle Paarungssuche
    • alle Stifte können eingesetzt werden
    • alle Maße sind bekannt
    • das Spiel der Paarungen ist immer gleichbleibend
    • massiv geringere Bearbeitungskosten
    • wesentlich höhere Stückzahlen pro Zeiteinheit möglich
    • die gesamte Bohrungsbearbeitung und Paarung kann vollautomatisiert werden.

    Anwendungsbeispiele aus dem Formenbau

    Mit dem Microcut Bore Sizing Prozess werden die Bohrungen mit einen Durchmesser von 0.8 mm für die Auswerferstifte nachgearbeitet. In der Regel werden solche Bohrungen mittels Funkenerosion hergestellt und weisen dementsprechend typische Oberflächen, Randzonenbeschädigungen und limitierte Formgenauigkeiten auf. Um sicherzustellen, dass die beschädigte Randzone komplett abgetragen ist, müssen normalerweise mindestens 20 µm im Durchmesser abgetragen werden. Mit der Microcut-Technologie werden die in der Einleitung erwähnten Parameter signifikant verbessert und ein eindeutiger Kundennutzen generiert, trotz des zusätzlichen Bearbeitungsschrittes:

    Aufgrund der nun geometrisch viel präziseren Bohrung kann der Durchmesser des Auswerferstiftes genauer definiert werden, was zu einem minimalen Paarungsspiel führt. Dadurch wird eine Gratbildung am Spritzteil vom ersten Schuss an vermieden, da kein Material zwischen Bohrungswand und Auswerferstift eindringen kann. Langwierige Inbetriebnahmen mit Korrekturen am Werkzeug werden vermieden.

    Die Vorteile einer sehr zylindrischen Bohrung mit optimierter Oberfläche zeigen sich vor allem über die Zeit der Produktionsphase: die Spritzwerkzeuge können länger auf der Maschine eingesetzt werden, da der Verschleiß an Auswerferstift und Bohrung viel kleiner ausfällt. Dies führt zu einer höheren Verfügbarkeit von Maschine und Spritzwerkzeug und weniger Unterhaltsarbeiten am Werkzeug.

    Eine weitere Anwendung im Spritzwerkzeugbau sind Verschlussdüsen bei Heißkanalsystemen, welche ebenfalls beste Oberflächen und Rundheiten aufweisen müssen. Es ist hierbei wichtig, dass die Nadel sehr exakt dichtet, was eine bestmögliche Form (Rundheit, Zylindrizität), Oberfläche sowie Maß der Bohrung voraussetzt. Dadurch wird eine minimalste Gratbildung am Spritzteil erreicht.

    Mit der Microcut Bore Sizing Technologie werden alle Bearbeitungsbewegungen und Kraftmessungen durch das Werkzeug bewerkstelligt. Damit können auch kleine, sehr kurze, abgesetzte Bohrungen in relativ großen Einsätzen bearbeitet werden. Die Lage der Bohrung im Werkstück wird dabei nicht verändert.

    Beispiel aus der Uhrenindustrie

    Abbildung auf Seite 44 zeigt das Werkstück „Herz“ eines Automatik-Uhrwerkes, welches nicht-rotationssymmetrisch und aus Stahl ist. Mittels Bore Sizing wird hierbei die Bohrung auf das Endmaß 1.296 mm (größte Bohrung im Bauteil) bearbeitet. Das Bauteil „Herz“ wird im Pellaton-Aufzuge (Uhrenmodell „Ingenieur“) der Uhrenmanufaktur IWC Schaffhausen, Schweiz, eingesetzt. Der "Pellaton-Aufzug" wird weithin als eines der effektivsten und zuverlässigsten bi-direktionalen Systeme zum aufziehen einer mechanischen Uhr angesehen. Der Passungssitz für den Lagerstein wird mit dem MBS Verfahren in eine Genauigkeit von 2 µm bearbeitet. So kann ein optimaler Presssitz des Uhrensteins gewährleistet werden. Defekte an Herz oder Stein beim Einpressen des Steins werden verhindert. Durch den schonenden Spann- und Bearbeitungsprozess beim MBS wird der dünne Steg zwischen Bohrung und Außenkontur nicht beeinträchtigt. Ein weiterer wichtiger Anspruch an die Bohrungsbearbeitung ist, dass die Lage der Bohrung nicht verändert wird. Durch den Einsatz von hochpräzisen Bearbeitungsverfahren wie dem Microcut Bore Sizing können Schweizer Uhrenhersteller Ihr weltweit hoch angesehenes Qualitätsniveau noch weiter steigern.

    Fazit

    Das Microcut Bore Sizing findet Anwendung in diversen Industrien wie Automotive, Medizinaltechnik, Dosiersysteme, Formenbau, Spritzguss- und Heißkanaltechnik sowie der Uhrenindustrie. Durch den Einsatz der Bore Sizing Technologie können Bohrungen unterhalb von 8 mm im Durchmesser hochpräzise, effizient und somit wirtschaftlich gefertigt werden. Die Technologie bietet systembedingte Vorteile auch bei Bohrungen mit Querlöchern oder Freistellungen wie Sie bei Hydraulikbauteilen oft zu sehen sind. Die Anlagen von Microcut sind für alle Seriengrössen konfigurierbar. Zusätzlich kann die Automation mit einem Palettenladessystem oder einem Roboter ausgebaut werden.

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