Bohroberflächen-Tribologie durch mechano-chemisches Burnishing verbessern

Dieser „mechano-chemische“ Prozess kann die tribologischen Eigenschaften von ferritischen Werkstoffen wie Stahl und Gusseisen durch Burnishing/Plateauieren verbessern, wobei die Oberfläche auf Nanoebene mit Wolfram imprägniert wird. Foto: Sunnen

Häufig ist das Honen einer der letzten Bearbeitungsschritte für Teile mit Präzisionsbohrungen, die passende Innenkomponenten aufnehmen müssen. Laut Sunnen, Hersteller von Honmaschinen und Schleifmitteln, kann der Prozess diverse ungünstige Bohrungszustände beheben, darunter Durchmessertoleranz, Trichterform, Welligkeit, Konizität, Regenbogenform, Tonnenform, Reibahlenrattern, Bohrmarkierungen und Out-of-round-Bohrungen. Er erreicht Bohrdurchmesser-Toleranzen von ±0,005 mm und hinterlässt sein charakteristisches Kreuzschraffurmuster zur Schmiermittelrückhaltung.

Einen Schritt weiter geht Sunnen nun durch die Partnerschaft mit Schwedens Applied Nano Surfaces (ANS), um die ANS-Triboconditioning-Technologie auf standardmäßigen Sunnen-CNC-Honmaschinen anzubieten. Triboconditioning, ein nach dem Honen durchgeführter Prozess, der einem Honvorgang stark ähnelt, kann die Bohrungs-Oberflächenqualität und die Verbrennungsdichtung verbessern, während Reibung und Verschleiß zwischen passenden Komponenten reduziert werden.

Dies geschieht durch einen sogenannten „mechano-chemischen“ Prozess, der die tribologischen Eigenschaften ferritischer Werkstoffe (wie Stahl und Gusseisen) durch Burnishing/Plateauieren verbessert und gleichzeitig die Oberfläche auf Nanoebene mit Wolfram imprägniert.

Stellen Sie sich einen typischen Honvorgang vor: ein rotierendes Werkzeug (Dorn) mit Schleifsteinen fährt in die Bohrung ein und aus, während es mit Öl geschmiert wird. Dabei expandiert das Werkzeug die Schleifmittel zur Kontaktierung der Bohrungsoberfläche, um mikroskopische Materialmengen abzutragen und die Bohrung auf ihr Sollmaß und die gewünschte Oberfläche zu bringen.

Beim Triboconditioning werden die Schleifsteine durch geschliffene und polierte Hartmetall-„Leisten“ ersetzt und das Öl durch die Prozessflüssigkeit mit Wolfram. Der Druck der Leisten auf die Bohrungsoberfläche in Kombination mit der entstehenden Wärme bewirkt, dass das Wolfram in der Flüssigkeit chemisch eingebunden in die Oberfläche des Grundwerkstoffs auf submikronarer Ebene imprägniert wird. Da das Wolfram in den Grundwerkstoff eingebettet ist, unterliegt es nicht dem Abblättern oder Abplatzen, wie es bei anderen aufgebrachten verschleißfesten Beschichtungen vorkommen kann (Triboconditioning ist also kein Beschichtungsverfahren). Zudem widersteht es besser der Degradation durch Lösungsmittel, Kraftstoffe und Schmierstoffe. Der Prozess erzeugt zudem einen „As-run“-Effekt auf der hongeplateauierten Oberfläche, während die darunterliegende Honkreuzschraffur erhalten bleibt.

Eine ideale Anwendung für Triboconditioning sind Automobilmotorzylinder und -laufbuchsen, wo reduzierte Reibung zwischen diesen Komponenten und Kolbenringen weniger Energieverlust und geringere Emissionen bedeutet. Zusätzlich dient der Burnishing-Effekt als „Einlaufprozess“ für Zylinder und Laufbuchsen, der sonst erst nach Motorinbetriebnahme stattfinden würde. Behandelte Teile sind zudem verträglicher mit niedrigviskosen Schmierstoffen, was zu besserer Kraftstoffökonomie ohne risiko von verschleißbedingten Ausfällen führt.

Für Komponenten wie Zylinderlaufbuchsen erzeugt der Prozess eine „As-run“-Oberfläche auf der hongeplateauierten Fläche, während die zugrundeliegende Honkreuzschraffur erhalten bleibt.

Weitere geeignete Automobilkomponenten für Triboconditioning auf Honmaschinen sind Lager, Ventilführungen und Pleuel. Der Prozess eignet sich auch für Getriebe und hydraulische Baugruppen wie Patronenventile.

Sunnen bietet Triboconditioning für neue Honmaschinen an, die Technologie kann aber auch auf bestehende Maschinen nachgerüstet werden, die die Anforderungen an präzise Vorschub- und Steuerungssysteme erfüllen, um die für den Prozess notwendigen Kräfte zu erzeugen.

Über die Bearbeitung von Innenflächen hinaus hat ANS Triboconditioning-Prozesse für Außenflächen mit komplexer Geometrie entwickelt, einschließlich Nockenwellen, Kurbelwellen und Verzahnungen auf konventionellen Werkzeugmaschinen.