DE2029646A1

DE2029646A1 - Honverfahren sowie Maschine zur Durchfuhrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2029646A1
Application number: DE19702029646
Authority: DE
Inventors: Myron Pherando Royal Oak Gavasso Richard Joseph Detroit Mich Elhs (VStA) P
Original assignee: Micromatic Hone Corp
Current assignee: Micromatic Hone Corp
Priority date: 1969-10-06
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-04-15
Also published as: DE2029646B2; CA947231A; DE2029646C3; JPS5340757B1; GB1314106A; FR2065889A5; US3637469A

Description

DFt.-INS. DIPL.-ΙΝβ. M.SC. ΟΙΓΙ.-PHVS DR. DIPt-PHVS. HÖGER - STELLRECHT - G-RIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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12.Juni 1970

Micromatic Hone Corporation Detroit, Michigan U.S.A.

Honverfahren sowie Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Honen metallischer Werkstückoberflächen unter Verwendung eines Honwerkzeuges, welches ein metallisches Teilstück sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der einstellbar über das metallische Honwerkzeugteilstück vorsteht, wobei mit dem Schleifkörper die Werkstückoberfläche mechanisch bearbeitet wird;' die Erfindung betrifft überdies eine Honmaschine zur Durchführung des genannten Verfahrens, die ein Konwerkzeug aufweist,

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das einen elektrisch leitenden Werkzeugkörper sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist; der im Werkzeugkörper in Richtung auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche einstellbar verschiebbar ist, wobei die Werkstückoberfläche koaxial zur Werkzeugkörperlängsachse gehalten ist. :-.·■.-. ..

Es ist bereits begannt, gleichzeitig zu plattieren und zu glätten oder zu polieren. Dabei wird die Materialoberflache in derselben Zeit poliert oder geglättet, in der auch eine Plattierlösung auf sie einwirkt, die in die Umgebung des Werkstücks gepumpt wird. Bei einem weiteren Verfahren wird geglättet bzw. poliert und gleichzeitig dadurch plattiert, dass das Werkstück in eine Plattierlösung eingetaucht wird. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, durch elektrochemisches Honen eine metallische Oberfläche zu reinigen, die Oberfläche dann durch Elektröplattierung zu veredeln und schliesslich letztere mechanisch teilweise abzutragen und/oder zu glätten (ältere Anmeldung der Anmelderin, amtliches Aktenzeichen: P 20 17 180.6). - .

Aufgabe der Erfindung ist nun, die bekannten Honverfahren und Honmaschinen zur Durchführung dieser Verfahren zu verbessern. ■

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren und einer Honmaschine der eingangs erwähnten Art geraäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das metallische Honwerkzeugteilstück im /abstand von der V.⁷erkstückoberfläche gehalten und mechanisch gehont wird, dass ausserdem in den Spalt zwischen metallischem Konwerkzeugteilstück und Werkstückoberfläche ein Elektrolyt eingeleitet wird, und dass nach dem Honen durch den Elektrolyten ein elektrischer Strom zwischen Honwerkzeug-

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teilstück und Werkstückoberfläche, insbesondere vom Honwerk-' zeugteilstück zur Werkstückoberfläche, erzeugt wird; bei einer obengenannten Honmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Aufgabe gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass eine Stromquelle an den Werkzeugkörper und die Werkstückoberfläche so anschliessbar ist, dass die Werkstückoberfläche plattiert wird, und dass ferner eine Elektrolytzufuhrvorrichtant, zum Einleiten eines Elektrolyten in den Spalt zwischen Werkstückoberflache und Werkzeugkörper vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemägse Kombination einer elektrolytischen Werkstückbearbeitung und vorzugsweise gleichzeitigen mechanischen Abtragung durch Honen vermittels eines Schleifkörpers wird ausser der Lösung der gestellten Aufgabe der Vorteil erzielt, dass das gleichzeitige, vorzugsweise mit geringem Anpressdruck durchgeführte Honen zu einer Korrektur geometrischer Formfehler, einer Reinerhaltung der Werkstückoberfläche sowie einer Verbesserung der Konstruktur des plattierten Werkstücks führt. Vorteilhafterweise kann dem Plattierprozess ein reiner mechanischer Honvorgang vermittels des Schleifkörpers bei wachsendem Anpressdruck zwischen Schleifkörper und Werkstückoberfläche folgen. Gemäss der Erfindung werden die Vorteile einer hohen Metallniederschlagsgeschwindigkeit infolge hoher elektrischer Ströme bei,der Elektroplattierung sowie der· geometrisch sehr genauen Abtragung durch mechanisches Honen miteinander vereinigt. Auf diese Weise erübrigt sich eine Ätzung der zu plattierenden Oberflächen mittels einer Säure und/oder eine Maskierung der benachbarten, nicht zu plattierenden.Oberflächen, da sich die Metallniederschlage nur an den Teilen der Werkstückoberfläche bilden, die sich in nächster Nachbarschaft der Elektrode befindet. Als Elektrode dient also das Honwerkzeug selbst.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den {

beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung {

entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung *

dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient. Es ;

zeigen: ' \

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen '

Honmaschine; ;

Fig. 2 ein Werkzeugteil der Maschine der Fig.l, ;

durch welches das erfindungsgemässe Verfahren · an einem Werkstück durchgeführt wird; ';

Fig. 3 den Vorgang des mechanischen Honens der Ober- j

fläche des Werkstücks zum Zwecke der Rei- ■

nigung vor Beginn der Elektaroplattierung; j

Fig.4 den Vorgang des Elektroplattierens bei gleichzeitigem mechanischem Honen und

Fig. 5 den nun folgenden mechanischen Honvorgang zur
Endbearbeitung der Oberfläche des Werkstückes.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
h erfindungsgemässen Honmaschine, welche auf einem hehlen Unterbau 10 ruht. Eine von Pfeiler/i 11 getragene Tauchspindeleinheit 12 führt als wichtigstes Arbeitsteil eine Tauchspindel 13 nach unten. Am unteren Ende der Tauchspindel 13 ist
ein teilweise elektrisch leitendes Honwerkzeug 14 befestigt.
Das sich ebenfalls nach unten erstreckende Werkzeug 14 ist
in ein Werkstück 16 zu dessen Bearbeitung eingeführt. Die
Honmaschine enthält Vorrichtungen zum Drehen und Auf- und Abbewegen des Werkzeugs 14, wobei die Bewegung relativ zum Werk-

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stück 16 in üblicher Weise erfolgen kann. Das Werkstück ist in dem Ausführuhgsbeispiel der Fig.l als ein Zahnrad dargestellt; es wird durch einen Werkstückhalter 17 innerhalb eines Werkstückgehäuses 15 gehalten. Letzteres kann aus einem transparenten Werkstoff bestehen. Das Honwerkzeug 14ist so ausgebildet und mit solchen Vorrichtungen versehen, dass zwischen ihm und dem Werkstück ein bestimmter Spalt frei bleibt. Die Bearbeitung geschieht z.B. so, wie es im US-Patent 3 390 beschrieben wird. Wie später im einzelnen gezeigt wird, wird eine Elektrolytlösung, insbesondere eine Plattierlösung, in den Spalt zwischen dem Werkstück 16 und dem Werkzeug 14 eingefüllt, wodurch die Werkstückoberfläche, im Falle der Fig.l die Innenfläche des Zahnrades, bei Anlegen eines Gleichstromes zwischen dem Werkzeug 14 und dem Werkstück 16 während des mechanischen Honvorgangs gleichzeitig elektrolytisch bearbeitet werden kann.

Die Tauchspindeleinheit 12 ist zur vertikalen Auf- und Abbewegung in Führungen 17 und 18 geführt. Dies geschieht vermittels über die Führungen 17, 18 greifender Führungshülsen 20, 21, wobei sich zwischen letzteren ein Gehäuse 19 befindet, welches die nach unten weisende Tauchspindel 13 hält.

Die Tauchspindeleinheit 12 kann über zwei nicht gezeichnete Hydraulikzylinder entsprechend dem Honprozess auf- und abwärts bewegt werden. Dies wird im US-Patent 3 390 068 ebenfalls beschrieben. Eine zugehörige Steuerung zeigt die Fig.51 dieser Patentschrift.

Die erfindungsgemässe Honmaschine dient erstrangig zum Honen. Vorzugsweise wird über gleichrichtende Bauteile ein Gleichstrom oder ein pulsierender Gleichstrom erzeugt, vermittels dem elektrolytische Plattierungsverfahren zusätzlich zum mecha-

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nischen Honprozess durchgeführt werden können. Geraäss Fig.2 wird eine Elektrolytlösung 24 vermittels einer Pumpe in den zwischen dem Werkstück 16 und dem Werkzeug 14 befindlichen Spalt eingebracht. Liegt am Werkstück 16 eine negative und am Werkzeug 14 eine positive Spannung, erfolgt eine elektrochemische Plattierung der Werkstückoberfläche, welche in Fig.2 durch das Bezugszeichen 23 gekennzeichnet ist.

Im folgenden wird ein typischer Zyklus des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.

1. In einem ersten kurzen Verfahrensschritt wird ungefähr 10 Sekunden lang Werkstoff mittels mechanischen Honens oder eines anderen mechanischen Bearbeitungsverfahrens abgetragen. Fig.3 zeigt diesen Verfahrensschritt- Das Werkzeug 14 ist so gespreizt, dass die letzteren das Werkstück 16 abziehen. Durch den Spalt zwischen Werkstück 16 und Werkzeug 14 fliesst eine Elektrolyt- oder Plattierlösung 24.

2. Der nach Ende des ersten Verfahrensschritts beginnende zweite Verfahrensschritt ist durch Einschalten eines Stroms gekennzeichnet, welcher eine Wanderung von Metallionen an die zu bearbeitende Oberfläche 23 des Werkstücks 16 verursacht. Das Werkstück 16 bildet also die Kathode, das Werkzeug 14 die Anode. Der Anpressdruck zwischen den Honsteinen 22 und der Oberfläche 23 des Werkstücks 16 wird gegenüber dem ersten Verfahrennsschritt verringert. Entsprechend erfolgt an der Oberfläche eine Metallplattierung, deren Geschwindigkeit von der verwendeten Elektrolytlösung 24, der Stromdichte und in bestimmten Fällen auch von der Temperatur der Elektrolytlösung 24 abhängt. Der Anpressdruck der Honsteine wird deshalb gering gehalten, weil diese vor-

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zugsweise nur einen rauhen Oberflächenbelag verhindern sowie eine Verbesserung der Kornstruktur des aufplattierten Metalls und die Einhaltung genauer geometrischer Abmessungen während dieses Verfahrensschritts bewirken sollen.

3. Istdie Wer^st^ckoberflache, im Falle der Fig.l die Bohrung des Zahnrads, auf das gewünschte Mass plattiert, schaltet man den Strom wieder ab und erhöht den Anpressdruck der Honsteine; auf diese Weise vollführt man wieder einen Honvorgang durch Abarbeitung mittels der Honsteine auf das gewünschte Endmass. Dieser Verfahrensschritt ist somit wie der erste Verfahrensschritt durch blosse mechanische Abtragung der zu bearbeitenden Oberfläche 23 des Werkstücks 16 gekennzeichnet. Die Fig.5 zeigt diesen Verfahrensschritt, dem der zweite Verfahrensschritt des elektrolytischen, durch Honen unterstützten Plattierverfahrens gemäss Fig.4 voranging.

Durch eine solche Plattierung auf die Werkstückoberfläche kann eine Metallschicht beliebiger Dicke aufgetragen werden, da durch das gleichzeitige leichte Honen die Werkstückoberfläche sauber und glatt gehalten wird. Eine Beendigung des Plattierens kann durch eine vorbestimmte Zeitbegrenzung oder eine Messautomatik erfolgen, bei welcher mit Messabf.ühlung während des Plattierens und entsprechender Prozessteuerung gearbeitet wird.

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Plattiertes Material	Plattiergeschwindigkeit zur Erzielung einer Dicke von 25 /^m (0.001") :
Kupfer	1 min
Bronze	2 min
Kobal	2,5 min
Nickel	2 min
Zinn	1/2 min . . ■

In Fig.2 wird überdies dargestellt, wie der Anpressdruck der Honsteine durch eine Bewegung eines Konus 30 verändert werden kann. Letzterer ist mit einer Stange 31 starr verbunden, und beide sind im Werkzeug 40 verschiebbar gelagert. Das andere Ende der Stange 31 führt zu einem Kolben 33 in einem Zylinder 35, welcher über hydraulische Druckleitungen 37, 39 Druckmittel auf die Ober- oder Unterfläche des Kolbens zu bringen erlaubt. Bei überdruck auf die Oberfläche des Kolbens 33 wird somit der Konus 30 nach unten geführt, wodurch ein hoher Anpressdruck entsteht; bei überdruck auf die Unterfläche des Kolbens 33 wird umgekehrt der Anpressdruck verringert bzw. aufgehoben. Die Bewegung des Werkzeugs 14, welche eine Auf-, Ab- und Drehbewegung sein sollte, wird durch bekannte Vorrichtungen ausgelöst, wie sie beispielsweise in dem obengenannten Patent erwähnt werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abänderungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel möglich. So kann sich der erfindungsgemässe Gedanke ebenso auf die Bearbeitung von Oberflächen erstrecken, welche eben oder nach aussen gewandt sind, wie beispielsweise bei zylindrischen oder sphärischen Körpern.

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Claims

A 38 188 b . - Λ - .12. Juni 1970 onnne/r 202Β646 Patentansprüche

1.j Verfahren zum Honen metallischer Werkstückoberflächen unter Verwendung eines Honwerkzeugs, welches ein metallisches Teilstück sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der einstellbar üb^r das metallische Honwerkzeugteilstück vorsteht, wobei mit dem Schleifkörper die Werkstückoberfläche mechanisch bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Honwerkzeugteilstück im Abstand von der Werkstückoberfläche gehalten und mechanisch gehont wird, dass ausserdem in den Spalt zwischen metallischem Honwerk-

, zeugteilstück und Werkstückoberfläche ein Elektrolyt eingeleitet wird, und dass nach dem Honen durch den Elektrolyten ein elektrischer Strom zwischen Honwerkzeugteilstück und Werkstückoberflache, insbesondere vom Honwerkzeugteilstück zur Werkstückoberfläche erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem Elektroplattieren gehont wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Elektroplattieren der Anpressdruck des Schleifkörpers erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Elektrolyt schon zum Honen vor dem Elektroplattieren in den Spalt eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Elektroplattieren mit höherem Anpressdruck gehont wird als während des Elektroplattierens.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Anwesenheit des Elektrolyten und vor dem Einschalten des Stroms mit geringerem Anpressdruck gehont und so die Werkstückoberfläche gereinigt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übliche Honbewegung während des Elektroplattieren durchgeführt wird.

8. Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, mit einem Honwerkzeug, das einen elektrisch leitenden Werkzeugkörper sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der im Werkzeugkörper in Richtung auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche einstellbar verschiebbar ist, wobei die Werkstückoberfläche koaxial zur Werkzeugkörperlängsachse gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle an den Werkzeugkörper und die Werkstückoberfläche so anschliessbar ist, dass die Werkstückoberfläche plattiert wird, und dass ferner eine Elektrolytzufuhrvorrichtung zum Einleiten eines Elektrolyten in den Spalt zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeugkörper vorgesehen ist.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein P Endschalter zur Abschaltung des Gleichstroms bei Erreichen einer gewünschten Abmessung der Werkstückoberfläche vorgesehen ist.

10. Honmaschine nach Anspruch 8 oder 9,, gekennzeichnet durch Abstandshalter zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Abstands zwischen Honwerkzeug und Werkstückoberfläche.

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