Honen-Prozess: Definition, Aufbau, Funktionsweise, Vorteile und industrielle Anwendungen

Hallo, willkommen in unserem Blog. In diesem Artikel untersuchen wir den Honprozess detailliert: Definition, Aufbau, Funktionsprinzip, Vor- und Nachteile sowie Anwendungen.

Geschichte des Honprozesses

Im 16. Jahrhundert nutzte Leonardo da Vinci erstmals ein Werkzeug, um die Innenwände eines Holzrohrs mit einem an Schleifpapier befestigten Stab zu glätten. Dieser Stab konnte sich linear und radial bewegen.

Honwerkzeuge wurden Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt, um Innenbauteile von Verbrennungsmotoren zu honen.

1924 wurde das erste fünfblättrige Honwerkzeug mit Stab- und Federbefestigung entworfen und patentiert. Wenige Jahre später fand der Honprozess in der industriellen Fertigung Anwendung.

Was ist ein Honprozess?

Honen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das Schleifen und Bohren kombiniert. Ein Honwerkzeug mit Schleifsteinen bearbeitet das Werkstück präzise. Der Honprozess verbessert die Oberflächenqualität und gewährleistet Maßgenauigkeit des bearbeiteten Teils.

Ein bewegter Schleifstein wird mit dem zu bearbeitenden Teil in Kontakt gebracht und erzeugt so ein präzise fertiggestelltes Werkstück.

Honen wird in Branchen eingesetzt, wo sowohl Genauigkeit als auch Ästhetik wichtig sind. Generell steuert eine CNC das Werkzeug am Werkstück. Der Honprozess wird vorwiegend zur Endbearbeitung von Bohrungen eingesetzt.

Merkmale des Honprozesses

• Niedrige Schnittgeschwindigkeit, hochpräzises Verfahren.
• Erzeugt eine kreuzförmige Oberflächenstruktur (Kreuzschliff) auf dem Werkstück, die Schmierstoffe aufnimmt.
• Kann zur Korrektur der Rundheit von Bohrungen eingesetzt werden.
• Hohe Toleranz von 2 bis 3 µm erreichbar.
• Sowohl harte als auch weiche Materialien lassen sich honen.
• Schnittgeschwindigkeitsbereich: 0,25 bis 1 m/s.
• Schneidwinkel: 60 bis 90°.
• Auf die Seitenfläche des Werkstücks wirkender Druck: 1000 bis 2500 kPa.

Funktionsprinzip des Honprozesses

Das Grundprinzip ist die Schneidwirkung der Schleifpartikel bei Anwendung einer linearen und tangentialen Kraft. Die durch den Kontakt von Schleifsteinen und Werkstück entstehende Reibung bewirkt den Materialabtrag.

Die einzelnen Schritte des Honprozesses:

1. Das zu honende Werkstück wird auf dem Arbeitstisch montiert und mit Vorrichtungen gespannt.
2. Ein passendes Honwerkzeug wird an der Spindel befestigt und die Stabilität geprüft.
3. Der Bediener wählt Parameter wie Vorschub und Drehzahl.
4. Beim Einfahren in die Bohrung expandiert das Werkzeug durch den konischen Querschnitt des innenliegenden Kegels.
5. Kräfte wirken senkrecht und parallel zur Seitenfläche der Bohrung. Diese bewirken durch die Schleifsteine die Schneidwirkung und erzeugen eine hervorragende Oberflächengüte.
6. Bei Bedarf wird Kühlmittel zugeführt, um Überhitzung zu vermeiden.
7. Nach Abschluss wird das Werkzeug aus der Bohrung gezogen; die Steine werden durch Federkraft nach innen gezogen.
8. Das Werkstück kühlt ab und wird durch Lösen der Vorrichtungen entnommen.

Arten von Honmaschinen

Es gibt zwei Haupttypen:

• Vertikale Honmaschine
• Horizontale Honmaschine

Der Aufbau ähnelt Bohrmaschinen. Ein Honwerkzeug kann auch an Dreh- oder Bohrmaschinen montiert werden. Einzige Voraussetzung: Das Werkzeug muss sich drehen und parallel zur Bohrungsachse bewegen.

Vertikale Honmaschine – Aufbau und Komponenten

Säule und Hubspindel sind auf dem Gusseisenbasisrahmen montiert. Die Säule verbindet die CNC mit dem Motor und enthält Stützenelemente.

Die Hubspindel ist mit dem Arbeitstisch verbunden; Vorrichtungen sind am Arbeitstisch befestigt.

Ein Ende der Spindel ist mit dem Motor, das andere über ein Stützelement mit dem Werkzeug verbunden. Der Aufbau ähnelt stark einer Bohrmaschine.

• Basis: Tragendes Element aus Gusseisen zur Schwingungsdämpfung und Stabilität.
• Säule: Hauptstütze für Motor, Spindel, Werkzeug, Werkstück; verbindet Arbeitskomponenten.
• Führungen: Ermöglichen vertikale Bewegung des Werkstücks.
• Arbeitstisch: Hält Vorrichtungen; kann beweglich oder starr sein.
• Vorrichtungen: Spannelemente zum Fixieren des Werkstücks; müssen für Honpräzision stark und starr sein.
• Spindel: Verbindet Werkzeug mit Motor für Drehbewegung.
• Stützelement: Stützt die Spindel, verhindert Bruch.
• Hubspindel: Verstellt die Höhe des Arbeitstisches.
• CNC: Steuert Werkzeugbewegung relativ zum Werkstück oder umgekehrt.
• Stromversorgung: Gleichstromversorgung.
• Honwerkzeug: Wichtigstes Element; unterscheidet Honen von Schleifen und Bohren. Werkzeuge für vertikale und horizontale Maschinen sind ähnlich (siehe unten).

Horizontale Honmaschine – Aufbau und Komponenten

Der Aufbau ist einfach. Die Basis dient als Plattform für alle Elemente.

Reitstock an einem Ende, Hauptspindelstock am anderen; Arbeitstisch dazwischen. Der Arbeitstisch bewegt sich in der Horizontalen. Die Spindel ist am Hauptspindelstock befestigt und überträgt die Motorbewegung auf das Werkzeug. Vorrichtungen auf dem Arbeitstisch spannen das Werkstück.

• Hauptspindelstock: Enthält Motor-Getriebe zur Drehzahlverstellung.
• Bett: Entspricht der Basis der vertikalen Maschine; Gusseisen, dämpft Schwingungen.
• Spindel: Verbindet Motor und Werkzeug.
• Säule: Stützt den Hauptspindelstock.
• Vorrichtungen: Spannen das Werkstück, beschränken Freiheitsgrade; müssen sehr präzise sein, da große Kräfte wirken.
• CNC: Für bessere Genauigkeit und Minimierung menschlicher Fehler.
• Honwerkzeug: Wichtigstes Element (siehe unten).
• Reitstock: Am anderen Ende der Basis; stützt das Werkstück.

Honwerkzeug

Es gibt diverse Honwerkzeuge für unterschiedliche Zwecke. Die Abbildung zeigt ein Doppelkegel-Honwerkzeug.

Es besteht aus Schleifsteinen am Außendurchmesser des Werkzeugs. Der Stein kontaktiert das Werkstück.

Im Steinträger befinden sich zwei Kegel. Bei axialer Krafteinwirkung auf die Welle werden die Steine nach außen gedrückt – aufgrund des konischen Querschnitts. Durch Federkraft werden sie zurückziehbar.

Verwendete Schleifpartikel

Schleifsteine sind Schleifpartikel, die zu einer festen Struktur gebunden sind und durch Reibung an anderem Material Materialabtrag erzeugen. Es gibt diverse Schleifpartikel je nach Korngröße, gewünschter Oberflächengüte etc. Am häufigsten: Aluminiumoxid, Siliciumkarbid, Wolframkarbid.

Wichtige Parameter des Honprozesses

#1. Schleifmittelauswahl

Der Honvorgang hängt stark vom verwendeten Schleifmittel ab. Die Wahl richtet sich nach Werkzeughärte und gewünschter Oberflächengüte. Für sehr harte Werkstücke wird Diamant eingesetzt.

#2. Spindeldrehzahl

Werkzeugdrehzahl bestimmt diverse Werkstückmerkmale. Hoher Materialabtrag → niedrige Drehzahl. Hohe Oberflächengüte → hohe Drehzahl.

#3. Hubgeschwindigkeit

Die Hubgeschwindigkeit relativ zum Werkstück beeinflusst die Oberflächengüte. Höhere Hubgeschwindigkeiten verschlechtern die Oberflächengüte.

#4. Hondruck

Wie erwähnt: 1000–2500 kPa. Zu niedriger Druck → geringer Materialabtrag; zu hoher Druck → schlechte Oberflächengüte.

Vorteile des Honprozesses

• Genauigkeit: Hochpräzise; vorteilhaft, wo Bohrungsdurchmesser exakt sein muss.
• Werkzeughärte: Bearbeitet jedes Material unabhängig von Härte und Gefüge.
• Mittellinienhaltung: Erhält die Mittellinie der Bohrung; andere Endbearbeitungsverfahren können diese stören.
• Materialabtrag: Geringer Abtrag, Feinbearbeitung durch Schleifwerkzeug.
• Erzeugtes Muster: Kreuzschliffmuster ermöglicht Schmierstoffhaltung.

Nachteile des Honprozesses

• Hohe Anschaffungskosten: Ökonomischer Nachteil.
• Hoher Werkzeugverschleiß: Rauheit der Schleifsteine nimmt schnell ab.
• Geradheit der Bohrung: Honen verbessert nur die innere Oberflächenqualität, nicht die Geradheit.
• Materialarten: Geeignet nur für ferritische Werkstoffe; bei nicht-ferritischen weniger wirksam.

Anwendungen des Honprozesses

• Endbearbeitung von Kurbelwellen in der Automobilindustrie
• Endbearbeitung von Zahnrädern in der Automobilindustrie
• Produktionszwecke, wo zylindrische Bohrungen präzise endbearbeitet werden müssen
• Endbearbeitung des Innendurchmessers von Verbrennungsmotoren
• Verbesserung der Lochrundheit