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Honen

Moderne LeichtmetaIlwerkstoffefur den Motorenbau und derenEndbearbeitung durch HonenVon JosefSchmid

Einsatz von Leichtmetallen

Der Verbrauch und die Emission von Ver­brennungsmotoren sind zu einem relevan­ten Wettbewerbsfaktor in der Automobilin­dustrie geworden. Auf der anderen Seit ewerden Sonderausstatt ungen immer mehrzum Serienstandard und heben andernortserzielte Gewichts- und Verbrauch sreduzie­rungen zumindest teilweise wieder auf.

Unte r der Betrachtung steigender Kraft­stoffkosten und der Endlichkeit unserer Res­sourcen ist nur mit modernen, leistungs­fahigen,aber zugleich sparsamen und leich­ten Motoren fur die Zukunft ein Imagege­winn zu erwarten.

Dies ver langt neben kon strukt iven Ent­wi cklungen auch zunehmend den Einsatzneuer Mat eriali en. Beides mufs Hand inHand gehen , denn viele kons truk tive Ver­besserungen sind erst durch den Einsatzneuer Werkstoffe realisierbar.

Neue Werkstoffe bieten dem Motorenbau ein wichtiges Potentialan Verbesserungen . Dieses larst sich jedoch im Reibungsbereichnur dann nutzen, wenn dazu bei den Zylinderlaufbahnen funktio­nelle Oberflachen geschaffen werden. Durch die konsequenteWeiterentwicklung von Schneidstoffen und Hontechnik - wie siedie Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH betreibt - wur· .de ein wesentlicher Schritt zur rationellen und reproduzierbarenSerienfertigung erreicht. Dabei steht eine grofse Bandbreite ein­stell barer Oberflachenzustande zur verfugung. Dies ermogllcht,materialspezifisch stets das optimale Ergebnis zu produzieren.

Moderne Leichtmetall-Verbundwerkstoffevereinigen in sich gleich mehrere positiveEigenschaften:- Gewichtsersparnis- hohere Belastbarkeit im Betrieb und da-

mit bessere Wirkungsgrade- tribologisch giinstigere Oberflachen,da­

durch Senkung von Emissionen durch ge­ringe ren 01- und Kraftstoffverbrauch.

1.1 Herstellmogllchkelten

Gegeniiber herk6mmlichem Graugufs bie­ten Leichtmetalle eine grofse Variations­breite, nicht nur an Eigenschaften, sondernauch an Herstellungsm6g1ichkeiten.

1.1.1 GieBen ilbereutektischer Legierungen

Dieser klassische und heute noch haufig

hierzu verwendete ..Verbundwerkstoff"aUSAluminium und aus der Schm elze ausge­schiedenen Siliziumkristallen wird im rela­tiv teuren Niederdruckgufs- Verfahren her­gest ellt.Es werden sowohl Laufbuchsenalsauch Motorb16ckeproduziert, wobei letzte­re sich bisher auf die relativ kleinen Acht­und Zw6lfzylinder-Baureihen beschriinken.Bild 1.

MTZMotorte chnische Zeitscluift 59 (1998)4

1,1.2 Infiltration

Partikeloder Fasern aus unterschiedlichenMaterialien werden zu einem offenporigenGerust (Preform-Zylinder) miteinanderver­bunden und anschliefsend unter langsamsteigendem Druck (Squeeze casting) mit ei­nerLeichtmetallschmelze infiltriert, Bild 2.

Durch die Verwendung von Fasern sind Fe­stigkeitssteigerungen moglich.

1·1.3 Sintern

Nichtmetallische Partikel und Leichtmetall­pulverwerden kalt vorgeprefst und unterSchutzgas gesintert oder heifsgeprefst. Durchdas Sintern konnen relativ gut reproduzier­bare, feinkomige Gefugestrukturen erzeugtWerden.

1.1·4 Einruhren von Hartpartikeln in dieSchmelze

Durchdas spezielles Duralranv-Verfahrenwerden Korund- beziehungsweise SiC-Par­tikelin die Schmelze eingeruhrt und seige­rlingsfrei verteilt. Der Rohling wird danndurchExtrusion zu Buchsen umgeformt. Ei­ne interessante Variante stellt das Co-Ex­trudieren dar, Bild 3.Hier wird in einem Ar­beitsprozess eine innere Schicht aus ver­schleiiMestem, partikelhaltigem WerkstofffQit einer partikelfreien leicht bearbeitbarenDmhullung hergestellt.

Iv1TZMotortechnische Zeitschrift 59 (1998) 4

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Sild1: Monolithi­scher V8-Motor­blockaus AISi 17

Fig. 1: MonolithicVB engine blockmade ofAisi17

1.1.5 Spruhkompaktieren

Peinverduste Aluminiumschmelze und einPartikelstrahl (alternativ eine uberhitzte,ubereutektische Al-Si-Schmelze) werden aufeinen rotierenden Trager gerichtet und dar­aus ein massiver Rohkorper geformt. An­schliefsend werden daraus die Zylinder­buchsen extrudiert. Dieses Verfahren ist gutgeeignet zur Herstellung homogener, fein­disperser Werkstoffe. Zur Verringerung derPorositat mufs allerdings in der Regel in ei-

Sild 2: Infiltrations­werkstoff Locasilvon Kolbenschmidt:Detailaufnahmendes Preformberei­ches und der fertiggehonten Ober­f1ache

Fig. 2: Infiltrationmaterial tocasilit"made by K.s. De­tailed pictures:Preform areaandfinished honed sur­face

nem weiteren Prozefs (Schmieden, Walzen,Hammem) nachverdichtet werden.

1.1.6 Zugabe reaktiver Komponentenin die Schmelze

Durch Reaktionen in der Schmelze konnenHartphasen (zum Beispiel Boride oder Nitri­de) ausgeschieden werden. Die Starke dieserrelativ neuen Methode liegt in der kosten­gunstigen Herstellung ebenfalls feinkorni­ger Materialien.

1.1.7 Thermisches Beschichten

Eine Schicht aus Leichtmetall-Legierung undKeramikpartikeln (zurn Beispiel Al203) wirdmittels Laser oder Plasmakanone auf die Zy­linderlaufflachen aufgespritzt. Der eigentli­che Motorblock kann im preiswerten Druck­gufs-Verfahren hergestellt werden. NebenLeichtmetallen werden auch zunehmendandere Legierungen gespritzt.

All diesen Varianten gemeinsam ist die inder Laufschicht vorhandene Leichtmetall­matrix. Dadurch konnen die bei anderen Lo­sungen, etwa Graugufsbuchse oder galvani­sche Beschichtungen, miiglicherweise auf­tretenden Problerne wie Unbestandigkeitgegenuber bestimmten Kraftstoffen,schlechter Warmeubergang, Spaltbildungund Verzug durch unterschiedliche Aus­dehnungskoeffizienten vermieden oder zu­mindest verringert werden. Man bezeichnetden Uberbegnff der hier behandelten Werk­stoffe als Metal Matrix Composites (MMC).

1.2 Auswahlkriterien

1.2.1 Festigkeit

Die Zugabe oder die Ausscheidung von Hart­stoffen mufs nicht zwangslaufig zu einerhoheren Festigkeit fuhren, Siekann sich beigroberen Partikeln durch die innere Kerb-

Bild 3: Co-extrudierte taufbuchse des LKRRanshofen

Fig.]:Co-extruded cylinder linerfrom LKRRanshof en

wirkung sogar verr in gern. Wesentliche Fe­stigkeitssteigerungen dUTCh die gezielt furdie Laufeigenschaften eingesetzten Hart­phasen lassen sieh erst erzielen,wenn derenPartikelgrofse vorn Mikron- in den Submi­kronbereich ubergeht. Bei den bisher ange­wan dten Werkstoffen ist die s nieht der Fall,deshalb sin d auf diesem Wege allein nur mo­derat e Festigkeitserh6hungen erreicht wor­den.

Deutliche Festigkeitserh6hungen werden er­reicht dur ch:- Bei Dispersionsverfestigung der Matrix,

beispielsw eise auf pulvermetallurgi­schem Weg (Spriihkompakti eren, Sintern)aber auch beim Giefsen tragen feinsteAusscheidungen intermetallischer Pha­sen zu hoheren Festigkeit en bei,Wichtigfur den Einsa tz als Wandung eines Ver­brennungsraums ist vor allem die Fest ­igkeit bei erhohten Temperaturen. Des­halb sind intermetallische Verbindungen,die sich bei Temperaturerhiihung (auchbeim EingieBen) wieder auflosen oder zugrofseren Kornern rekristallisieren,zu ver­meiden.Bei der Verwendung von Fasern ist einmiiglichst grofses Lange/Dur chmesser­Verhaltn is entscheiden d. Entsprechen dliege sich m it Bndlos-Fas em die hochst eStabilit atsverbesserung erreichen.Damitwird auch eine Verwendung fur hoch­verdichtet e Motoren moglich. Ein weite­rer Vorteilliegt in der guten Hochtem­peraturfestigkeit.

1.2.2 Tribologie

Hier offnet sich der sy stematischen For-

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schung no ch ein weites Feld. Es sin d bishernur wen ige Erfahru ngen ub er de n EinfluBvon Art, Verteilung, Gehalt u n d Grofse derHartphasen auf die im Motorbetrieb real exi­st ierenden Reibungsverhaltnisse bekannt.Beziiglich der Haftung des Olfilms sin d ver­mutlich wenige r die direkten Mat erialei­genschaften als die durch die Parti kel undda s Honen erzeugbare Oberfl achenstrukturent sche idend.

1.2.3 Hexlbilitat

Hinsichtlich Art, Form und GroBe der Hart­phasen erscheinen Preform-Liisungen wieLocasil" sehr anpassungsfahig. Vor allernbeim Einsatz von Fasem ist deren giinstigeAusrichtung gut beherrschbar.

Nicht nur fur kleinere Serien mit wechseln­den Bohrung sdur chmes sern ist die anpas­sungsfahige Laser- od er Plasmabeschich­tung eine sehr inte ressante Losung.Der Be­schichtungsprozeBkarin beim Motorenher­ste ller in die Produktionslin ie integriert wer­den. Des w eiteren ist man damit in derSchichtzusam me nsetzung sehr flexibel. DieBeschichtung mit Leichtmetall-Legierungenist wegen der erforderlich en Vakuum- undSchutzgas einr ichtung relativ aufwen dig.Deshalb kommen vermehr t atmospharischsprit zbare Legierungen auf Sta hl basis zurAnwendung.Diese gehbren nieht zu der hie rbehandelten Werkstoffgruppe.

Betrachtet m an die nochmals wesent lichniedrigere Dich t e von Ma gnesium (1,74g/cms) gegenuber Aluminium (2,70 g/cms),so mag fur manchen Anwender beim Blickin die Zukunft aueh die Anwendbarke it derhier besprochenen Mbg lichkeit en bei Ma ­gnesium eine Rolle spielen. Dann scheidetzum Beispiel die Verwendung von Siliziumals Hartphase wegen dessen ReaktivitatundVerschlec hterung der mechanischen Eigen­schaften au s.

1.2.4 Konstruktive Kriterien

Aus Grunden der Gewichtseinsparung wirddie Stegbreite ZWisch en den Zylinderboh­rungen oft so schmal ausgelegt ,dafsein Ein­satz von Buchsen nicht mehr moglich ist. Furdiese Fane kommen monolithische,also voll­standig aus einer Metallmatrix u n d Hart­stoffen besteh ende Blocks aus ubereut ekt i­schen Legiemngen oder lokale Werkstoffan­derungen dUTCh Preforminfilt ration oderAufbringen dunn er Schichten (Galvan ik,Plasma) in Frage.

1.2.5 Ver-und Bearbeitbarkeit

Grobe Hartph asen neigen beim Umformen(Extrudieren)verstarkt zum Zerbrechen. Des­halb bleibt diese r Verfahrens weg den fein-

kornigen MMCs wie Dispal " oder Duralcanevorbehalten. Zumindest beim Zerspanenmitgeometrisch definierter Schneide (Bohren,Drehen, Frasen) werden bei abnehmenderPartikelgrofse auch hohere Standzeiten er.zielt.Generell bet ragen - vom Honen der 2y­linderbohrung abgesehen - die Werkzeug,st an dzeit en bei der sonstigen Bearbeitungmonolithisch er MMC-Bliicke nur einenBruchte il im Verglei eh zur Bearbeitung par­ti kelfrei er Druckgufsgehause , Deshalb er­scheinen zumindest fur Grofsserien lokaleWerkstoffliisungen geeigneter.

1.2.6 Festigkeit des 5toffverbundes

Entgegen weitverbreiterer Me inung sindselbst in Aluminium kurbelgehausen einge­gossene Laufbuchsen aus Aluminiumlegie­rungen nicht wie .aus ein em GuB" mit demBlock verbunden. Der Grund dafiir liegt so­wahl in der Oxid haut der Laufbuchse alsauch in deren Tem peraturuntersch ied zurheifsen Schmelze . Weder ein Beschichtennoeh ein Vorwarmen der Buchs en konntebisher ein vollstandiges Anschmelzen be­wirken. Diese Beobachtung wurde iibrigensbei allen bisher verwendeten Laufbuchsen­Typen gemaeht. Aus diesem Grund werdenfast aile Buchsen zusatzlich mechanisch ver­ankert. Unter die sem Gesichtspunkt sindwiederu m monolithische Blbcke oder Infil­trations-Lbsungen von Vorte iLUber die Haft­festi gkeit der plasmagesp ritzten Lauf­sehichten liegen derzeit noch keine ausrei­che n den Erfahrungen im Dau erbetrieb vor,

1.2 .7 Warmeleitfahigkeit und -ausdehnung

Gegeniiber reinern Aluminium fuhren Hart­stoffzugaben von Korund un d Siliziumcar­bid zu einer erheblichen, Zugabe n von rei­nem Silizium zu einer gerin gen Binbufse inde r Warmeleitfahigkeit . Ent sprechend ver­ring ert sich diese auch mit dem zunehm en­den Gehalt solcher Stoffe. Umgekehr t ver·halt es sich mit der Warmeausdehnung.Zu­mindest bei der Verwendung von eingegos­senen oder eingepressten Buchsen ist in die­ser Hinsicht auf eine mbglichst geringe Ab­weichung vom Grundmaterial zu achten.

2 Feinbearbeitung

Die be st en Eigenschaften im Innern einesWerkstoffes sind nut zlos, we nn eine unge­

eignete Oberflachenbeschaffenheit zu ei­nem schlechten Reib- und VerschleiBver­halten fuhrt. Werks t offe von Reibu ngspart·nern sind deshalb nur so gut wie ihre ober­flachen, Somit kommt dem Honen als letz­tern Bearbeitungsschritt zur Her st ellungfu nktioneller Laufflachen die en tscheiden­de Bedeutung zu.

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Gerade bei aus harten und weichen Kom­panenten zusammengesetzten Verbund­werkstoffen war die bisherige Endbearbei­tung auf Grund des leichten Umkippensvarnreibungsgunstigen in den ungunstigenzustand kostenintensiv und fur Grofsseri­ennicht geeignet. Eswird im folgenden ge­zeigt, dafs sich durch konsequente Weiter­entwicklung der Hontechnik moderne, vor­teilhafte Werkstoffe sowohl kostengunstigals auch in grofsen Stuckzahlen reprodu­zierbarbearbeiten lassen.

2.1 Bearbeitung vor dem Honen

Inder Regelwird bei den hier besprochenenMaterialien mit PKD (polykristallinem Dia­mant) feingebohrt oder feingedreht. DerGehalt an abrasiven Partikeln wie Siliziumund Korund erlaubt derzeit keine sinnvolleAlternative.

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Bild 4b: Auch bei unterhalb der oberflache liegenden Kristallen sind wegen der tiefgehendenKaltverformung Risse vorhanden

Fig. nb. Even with crystals lyingbeneath the surfacethere are cracks due to the penetrating colddistortion

Bild 4a: Seitlicher Anschliffeiner feingedrehten Zylinderbuchse.Allein durch die Welligkeitderfeingebohrten Oberflache ist hier ein Mindestabtrag von ioourn (pro Seite) erforderlich

Fig. aa. Lateral polishedsectionofafine turned cylinder bush.Onlybecauseof the corrugationof the fine boredsurfaceisa minimum removalof100f-Jm (perside)necessary

Trotz der Verwendung von Diamant wird diegeometrisch definierte Schneide des Werk­zeugs bereits nach wenigen Bohrungen ver­rundet. Die Folgen fur das Werkstuck sindtiefgehende Kaltverformung und Ausbruchedereigentlich zur Verstarkung eingebrach­ten Hartphasen. Selbst bei unterhalb derOberflache liegenden Partikeln sind nochRiEbildungen zu beobachten, Bilder4a + b.

2.2 Honstufe 1

Fur das Vorhonen wurden folgende Ent­wicklungsziele gesetzt:1. Hohe Abtragsrate wegen den tiefgehen­

den Zerstiirungen in der Vorbearbeitung.2. Gute Schneidfreudigkeit bei geringem

Anprefsdruck zum Erreichen einer opti­malen Bohrungsgeometrie.

3- Miiglichst geringe Beschadigung der ein­gelagerten Hartstoffe.

4· Hohe Werkzeugstandzeit.

Diese Ziele wurden folgendermafSen er­reicht:

Ein Werkstoffabtrag von mehr als 0,3 mmwurde bei 60 s Honzeit bereits erzielt(AlusH®, Locasil® und Silitec" bei Bohrungs­durchmessernurn 80 mm). Selbst bei den alsschwer zerspanbar geltenden Verbund­werkstoffen aus Aluminium und Korundcder Silizium-Karbid (zum Beispiel Dural­can®) lassen sich - nach werkstoffbezogenerAnpassung des Schneidmittels - mit demHonen von Graugufs vergleichbare Ab­tragsleistungen erreichen.

Der grofSe Vorteil des Honens gegenuber je­derBearbeitung mit definierter Schneide istdIe permanente Selbstscharfung der Hon-

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leisten. Bei richtiger Abstimmung vonSchneidkorn und Bindung werden dieseauch bei der Bearbeitung von MNlC niemalsstumpf. Somit lassen sich auch die Werk­zeuge fur das Feinbohren langere Zeit ein-

setzen, weil selbst tiefgehende Verformun­gen und Zerstorungen in relativ kurzer Zeitabgetragen werden. Mit entsprechender Ma­schinen- und Werkzeugausrustung erzieltman auch beim Honen die Rechtwinkligkeit

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zwischen Zylinder-und Hauptlagerbohrung.Selbst Korrekturen des Bohrungszentrumssind damit noch moglich. Damit kann dasFeinbohren sogar volhg durch das Honen er­setzt werden. Durch die wesentlich h6herenWerkzeugstandzeiten beim Honen ergebensich deutliche Vorteile in den Bearbeitungs­kosten. Zusatzlich werden durch die Selbst­scharfung konstante und niedrigere Verfor­mungstiefen erreicht. Damit lassen sich beiden nachfolgenden Operationen die Bear­beitungszeiten verkurzen.

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Bild 6: Spruhkornpaktierte Aluminium-5ili­zium-Legierung nach der zweiten Honstufe

Fig. 6: Spray-compacted aluminium-siliconalloyafter the secondhoningstage

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Bild 5:Alusil nach der zweiten Honstufe

Fig. 5:Alusil after the second honingstage

Bild 7:Ober­flachenschrlebeiner ubereutek­tischen Alumini­umlegierungnach der drittenHonstufe (Freile­gungstiefe zirkar urn)

Fig. 7:Surfacechartof a hyper­eutecticalumi­nium alloyafterthe thirdhoningstage (exposuredepth about1urn)

Durch die Verwendung von Diamant alsSchneidkornung konnen Standmengen voneinigen tausend bis weit uber zehntausendBohrungen erzielt werden. Wie auch bei derBearbeitung gelaufiger Werkstoffe bestehtdabei eine uberproportionale Abhangigkeitvom bezogenen Zeitspanvolumen.

Sowohl die verbesserte Bohrungsgeometrieals auch die geringe Schadigungstiefe derKristalle verlangen nach dem Vorhonen nurnoch einen geringen Abtrag. Damit konnenin der zweiten Honstufe die Schwerpunkteuberwiegend auf die Bereiche Oberflachen­qualitat und Werkzeugstandzeit gelegt wer­den. Dabei wurde der Zerstorungsgrad derSiliziumkristalle bei Alusil® in der Serie vonuber 40 % aufunter 10 % verringert. Ober­flachenrauhigkeiten hinunter bis zu Ra =

0,03 urn sind moglich. Die Oberflachenqua­litat ist nahezu mit der eines metallogra­phischen Schliffes vergleichbar, selbst Pha­senunterschiede innerhalb der Aluminium­matrix werden deutlich. Weiterhin konntedie durch Riefenbildung bedingte, relativ ho­he Ausschufsquote fast auf Null gesenkt wer­den, Bilder5und 6.

2.3 Honstufe 2

Die Rundheitsfehler unter Serienbedingun­gen betragen beim Vorhonen zwischen 2

und 5 fJffi. Fast alle neuen Motoren erlaubenwegen der gewichtssparenden Bauweisenurnoch einen geringen Werkzeuguberlauf. ZurErzielung einer guten Zylinderform ist ne­ben der Wahl des richtigen Schneidstoffesauch der Einsatz dazu geeigneter Honwerk­zeuge entscheidend. Auch hier gibt es Ver­besserungen, die ein wiederholtes Ober­schleifen der Werkzeuge auch bei Sackloch­bearbeitung ganz oder teilweise ersparen.Der eingangs erwahnte, hohe Materialab­trag wurde mit relativ feinen Schneidstoff­k6rnungen erreicht. Die Hartstoff-Partikelsind nach dem Vorhonen dadurch nichtmehr durchgehend zerstort, Deren Ober­flache ist durch Mikro-Ausbriiche gegen­uber der Metallmatrix meist etwas zuruck­gesetzt.

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Durch die Umstellung von keramischenSchneidkbrnungen auf Diamant werden inder Serie Standmengen von 10 000 bis20 000 Bohrungen erreicht. Auch dies ist ei­ne wichtige Voraussetzung zu mehr Kon­stanz im BearbeitungsprozeK

2·4 Honstufe 3

Zeit erreichbare Freilegungstiefe ist nicht furalle Werkstoffe gleich. Zusammensetzungund Gefiige haben einen gewissen Binflufs,so dafs zum Erreichen eines optimalen Ge­samtergebnisses eine fruhzettige Zusam­menarbeit von Werkstoff-Entwicklung undBearbeitungstechnik sinnvoll ist, Bilder 8,9,10 und n,

Prinzipiell kann mit den neu entwickeltenSchneidstoffen ein Freilegen der Hartpha­sen auch schon in der zweiten Honstufe er­reicht werden. Esbedingt aber einige Zuge­standnisse an die Taktzeit und Werkzeug­standzeit, wodurch sich eine dreistufige Ho­nung zumindest bei Grofsserien als renta­bler erweist.

Wie Bild 9 am Beispiel Duralcan<!) zeigt,sindextreme Freilegungstiefen (4bis 5urn) auchbei der Aufsenbearbeitung mbglich. Die da­bei erreichte oberflache ist optisch mit dervon geatzten Werkstoffen vergleichbar. Ne­ben der enormen Kosteneinsparung hat sichbei diesem Honverfahren noch ein weite-

Iper!h;J HAGEL GnBH FOBERBOIHIHGERSTR.69 ARBG.: FERTIGGEHOHTo 72622 HUERT IHGEH TElL HR .: 7POSTFACH 1789 FA.: AVL 125 298

LT 8.560 nn o 72687 HU ERTIHGEHLn 8.488 nn nESS.-HR.:VB 12.58 Yn nESSRAUn T2 RHT 6-58 59 CAL

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Speziell bei Zylinderlaufflachen von Moto­ren wird fur deren Punktiorialitat ein teil­weises Herausragen der Hartphasen aus derMetallmatrix gefordert. Dies erfolgt bishermit einem sehr kostenintensiven Atzver­fahren. Auch hinsichtlich seiner Reprodu­zierbarkeit (Probleme mit der Reinigung derMotorblbcke, unterschiedliche Reaktivitatbeim Atzen) hat es sich nicht als unproble­matisch erwiesen. Deshalb wurde eine drit­te Honstufe mit dem Ziel entwickelt, das At­zen durch ein kostengunstigeres, zuverlas­siges mechanisches Verfahren zu ersetzen.Erreicht wurden Freilegungstiefen bis zu 4um.Die erforderlichen Honzeiten liegen zwi­schen 30 und 90 s. Die in einer bestimmten

Bild 10 (rechts).Aus spruhkorn­paktiertem Ma­terial hergestell­te Laufbuchse,Oberflache nachmechanischerFreilegung

Fig. 70: Linermadefromspray-compactedmaterial. Surfaceafter mechanicalexposure

Bilder 9: REM-Aufnahmeneines Aluminium­fiC-Verbundwerkstoffes des LKR Ranshofen.e ~ach Anforderung ist sowohl einseitige(M.ltte) als auch allseitige (oben) Freilegungrnoglich

Fig. 9: REM recordings of an aluminium-SiC­~mpound materialfrom LKR Ranshofen..epending on requirementsexposureon one

side (centre) and allsides(above) ispossible

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Bild 8: links:Duralcan (mit SiC-Partikeln)nach der dritten Honstufe, Mitte: Duralcan(mit SiC-Partikeln) nach der zweiten Hon­stufe, rechts: Duralcan (mit AI,03-Partikeln)nach der dritten Honstufe

Fig. 8: left:Duralcan (with SiC particles) afterthe thirdhoning stage,centre: Duralcan (withSiC particles) after the secondhoning stage,right: Duralcan (with AI,03particles) after thethird honing stage

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Bild 11: Bearbeitungsablaufbeim Honen von MCCs. DasBild zeigt von oben nachunten den Ausgangs­zustand sowie das Honender Stufen 1 bis 3

Fig. 11: Processing sequencewhen honing MCCs. Fromtop to bottom the figureshows the original stateand honing in stages 1 to 3

kantigen Hartphasen von Duralcan oder Lo.calsil, so sind bei der letzteren Gruppe dieVorteile des mechanischen Freilegens deut,licher ersichtlich, Bild 11.

Aber auch bei der Bearbeitung faserver.starkter Werkstoffe ist dies ein wichtigerAspekt. An oder knapp unter der Oberflachsin Langsrichtung liegende Fasern kbnnennamlich nach dem Atzen wie Nadeln aus derMatrix herausragen.

chemlsch frelgelegt

3 Randbedingungen

Die beschriebenen Honoperationen wurdensowohl mit hydraulischer als auch mecha­nischer Zustellung erfolgreich durchgefuhrt.Beim Vorhonen ist allgemein eine mecha­nische Zustellung zu bevorzugen, beim Zwi­schenhonen sind beide Aufweitsystemesinnvoll einsetzbar. Hinsichtlich optimal re­produzierbarer Oberflache empfiehlt sich furdie dritte Honstufe wegen der konstant wir­kenden Anprefskraft ein hydraulisches Auf­weitsystem.

3.1 Aufweitsysteme

Eine interessante Neuentwicklung beson.ders fur feinkbrnige Werkstoffe stellt das zu.satzliche Strukturieren der Oberflache dar.Mit geringem Kostenaufwand laf?t sich inder letzten Bearbeitungsstufe mit einernDoppelhonwerkzeug in wenigen Sekundeneine variable Struktur uberlagern, die durcheine Vergrofserung der spezifischen Ober­flache die Haftung des Olfilms vor allem inder Einlaufphase verbessert, Bilder 12 und13-

ringes verhindern, die durch Riefenbildungzu hohem Olverbrauch und schlechten Ab­gaswerten fuhren konnen.

Vergleicht man die noch relativ gleichfor­migen, aus der Schmelze ausgeschiedenenSi-Kristalle, zum Beispiel bei Alusil, mit dendurch Zerkleinerung hergestellten, scharf-

rer Vorteil herausgestellt. Beim Rucksetzender Leichtmetallmatrix durch Atzen werdendie Kristalle mit ihren relativ scharfkantigenRandern freigelegt. Im Gegensatz dazu sindderen Kanten durch die mechanische Frei­legung bei der dritten Honstufe leicht ver­rundet. Dadurch lassen sich bereits in derEinlaufphase Beschadigungen des Kolben-

Bild 12: Beispiel einer Oberflachenstrukturlerung auf einem spruh­kompaktierten Material

Fig. 12: Example ofsurfacestructuringon a spray-compactedmaterial

Bild 13:Detailaufnahme: die zusatzltche Strukturierung bewirkt keineZerstbrung der Siliziumkristalle

Fig. 13: Detail: the additionalstructuring does not causedestructionofthe silicon crystals

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Der Verfasser

Dipl.-Mineraloge JosejSchmid ist Leiterder Werkstoffentwicklung der NagelMaschinen - und Werkzeugfabrik GmbHund von Eigan Diamantwerkzeuge,beide Niirtinqen.

gleich eine optimale Basis fur eventuel­le weitere Schritte wie das Rucksetzen derMetallmatrix.

3- Der Ersatz des chemischen Atzens durcheinen Honprozefs, Durch die Entwicklungeines dafur geeigneten, selektiv schnei­denden Werkzeuges wurde ein weitereBeitrag zur wirtschaftlichen Bearbeitungmoderner Verbundwerkstoffe geleistet.

Kiihlschmierstoffe

Von den bisher erprobten Kuhlschrnierstof­fenhaben sich als praktikabel erwiesen:_ ein dunnflussiges, mineralisches Produkt_ ein dickflussiges, mineralisches Produkt_ ein mittelviskoses, verestertes Honol auf

pflanzlicher Basis.

Nebendem Schneidmittel hat auch der Kuhl­schmierstoff einen Einflufs auf Abtragslei­stung und Erhaltungszustand der Hartpha­sen.Der Schwerpunkt sollte hier jedoch aufdieFiltrierbarkeit gelegt werden, da die Rei­nigung von Kuhlschmierstoffen bei derLeichtmetallbearbeitung technisch an­spruchsvoller ist.Somufs auf die bei der GuB­bearbeitung ublichen Magnetabscheiderverzichtet werden.

Bei hoch konzentrierten, wassrigen Emul­sionen(mehr als 10 %Mineralalanteil) kannbeigutem Schneidverhalten ein Zuschmie­render Honleisten durch den Materialabtragzwarverhindert werden. Dennoch ist derenEinsatz nur bei geringen Zeitspanvoluminaempfehlenswert, da sonst durch das ag­gressive Schneidverhalten die Kristallzer­storung relativ grofs und die Werkzeug­standzeiten wesentlich niedriger sind.

3.3 Schnittgeschwindigkeiten

Untersuchungen haben gezeigt, dafs eineOptimierungder Schnittgeschwindigkeit bei

den einzelnen Honstufen Vorteilebringt. Dierichtige Anpassung hangt stark vom Werk­stoff, der Zustellung, dem Kuhlschmierrnit­tel und der geforderten Oberflacheab, so dafshier keine generellen Empfehlungen gege­ben werden konnen, Auf jeden Fall emp­fiehlt sich bei der Verwendung von Doppel­honwerkzeugen eine Maschine mit ansteu­erbarer, varia bler DrehzahL

4 Zusammenfassung

Der Honprozefs wurde im Hinblick auf dieneuen Leichtmetall-Verbundwerkstoffe imMotorenbau optimiert. Dabei konnte fol­gendes erreicht werden:1. Die Entlastung oder der Ersatz des Fein­

bohrens durch Honen mit hoher Ab­tragsleistung. Das selbstscharfende Sy­stem beim Honen ermoglicht hohe Werk­zeugstandzeiten. Im Zusammenhang miteinem bereits bewahrten Maschinen­konzept, das sowohl das Bohrungszen­trum als auch die Rechtwinkligkeit zurHauptlagerbohrung garantiert, ist diesvor allem bei Materialien mit stark ver­schleifsenden Hartstoffen wie Al203einewirtschaftlich interessante Losung.

2. Die Verwendung spezieller Diamant­honleisten mit hoher Werkzeugstandzeitin der zweiten Honstufe. Damit konnenbei allen Aluminiumwerkstoffen extremglatte Oberflachen mit unzerstortenHartphasen erreicht werden. Dies ist zu-

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DOsennadelhub • Kolbensekundarbewegung • Ventilbewegung •Oberer Totpunkt • Wellenbahn- und Verlagerung im Kurbelwellen­oder Pleuellager • Axiale oder radiale Bewegung der Kolbenringe •Lagerschwingungen • "Atmen der Kopfdichtung"

MICRO-EPSILON

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Wir stellen aus: Hannover Messe· Halle 14· Stand K13· 20.-25. April! CONTROL Sinsheim· Halle 3· Stand R80S ·12.-15. Mai