Honen erklärt: Definition, Prozess & wesentliche Werkzeuge

Was ist Honen?

Honen ist ein Schleifbearbeitungsverfahren, das eine präzise Oberfläche auf einem Metallwerkstück erzeugt, indem ein Schleifstein oder Schleifrad entlang eines kontrollierten Pfads daran vorbeigeführt wird. Honen wird hauptsächlich zur Verbesserung der geometrischen Form einer Oberfläche eingesetzt, kann aber auch die Oberflächengüte verbessern.

Typische Anwendungen sind das Finishen von Zylindern für Verbrennungsmotoren, Luftlagerspindeln und Getriebe. Es gibt viele Honearten, aber alle bestehen aus einem oder mehreren Schleifsteinen, die unter Druck gegen die bearbeitete Fläche gepresst werden.

Ähnliche Prozesse sind Läppen und Superfinishing.

Definition des Honens

Honen definiert sich als Akt oder Prozess des Schärfens auf einem Schleifstein. Die Präzisionsausrichtung des Schneidmessers wird durch das Honen der Schneide nicht beeinträchtigt.

Der Honprozess liefert die Enddimensionierung und erzeugt das gewünschte Finishmuster im Inneren von Rohren oder Zylinderbohrungen. Das Finishen erfolgt durch Ausdehnen von Schleifsteinen geeigneter Körnung und Güte gegen die Werkstückoberfläche.

Die Steine werden rotiert und reziprok im Teil mit Honschleifmittel unter kontrolliertem Druck bewegt. Die Kombination aus Rotation und Reziprokation erzeugt ein Kreuzschraffurmuster auf der Oberfläche des gehonten Teils.

Warum brauchen wir den Honprozess?

Honmaschinen sind Metallabschleifwerkzeuge, und der Honprozess nutzt Hartwerkzeuge oder Honsteine und Verbrauchsschleifsteine zur Korrektur von:

• Durchmesser
• Form
• Oberflächengüte
• Lagetoleranzen von Bohrungen

Der Honprozess wurde entwickelt, um Bohrungsgeometrie, Maßkontrolle, endgültige Oberflächengüte und Oberflächenstruktur zu perfektionieren. Er liefert die Enddimensionierung und erzeugt das gewünschte Finishmuster im Inneren von Rohren oder Zylinderbohrungen.

Das Finishen erfolgt durch Ausdehnen von Schleifsteinen geeigneter Körnung und Güte gegen die Werkstückoberfläche. Die Steine werden rotiert und reziprok im Teil mit Honschleifmittel unter kontrolliertem Druck bewegt. Die Kombination aus Rotation und Reziprokation erzeugt ein Kreuzschraffurmuster auf der Oberfläche des gehonten Teils.

Prozessmechanik

Da Honsteine Schleifrädern ähneln, ist es verlockend, Honen als Form des geringen Materialabtrags beim Schleifen zu betrachten. Besser ist es, es als selbstkorrigierenden Schleifprozess zu sehen.

Beim Schleifen folgt das Rad einem einfachen Pfad. Beispiel: Beim Eintauchschleifen einer Welle bewegt sich das Rad zur Achse, schleift und fährt zurück. Da jeder Radabschnitt wiederholt denselben Werkstückabschnitt berührt, werden geometrische Ungenauigkeiten des Schleifrads auf das Teil übertragen.

Daher ist die Genauigkeit der fertigen Werkstückgeometrie auf die Genauigkeit des Abrichtwerkzeugs begrenzt. Die Genauigkeit verschlechtert sich weiter, wenn das Schleifrad verschleißt, sodass periodisch abgerichtet werden muss.

Diese Genauigkeitsbegrenzung wird beim Honen überwunden, weil der Honstein einem komplexen Pfad folgt. Beim Innenhonen bewegt sich der Stein gleichzeitig auf zwei Pfaden. Die Steine werden radial nach außen gedrückt, um die Bohrung zu erweitern, während sie gleichzeitig axial oszillieren.

Durch die Oszillation berührt jeder Abschnitt der Honsteine einen großen Bereich des Werkstücks. Daher können Unvollkommenheiten im Honsteinprofil nicht auf die Bohrung übertragen werden. Stattdessen passen sich sowohl Bohrung als auch Honsteine der durchschnittlichen Form der Honsteinbewegung an, die beim Innenhonen ein Zylinder ist.

Dieser Mittelungseffekt tritt bei allen Honprozessen auf; sowohl Werkstück als auch Steine erodieren, bis sie der durchschnittlichen Form der Schneidefläche der Steine entsprechen. Da Honsteine tendenziell in eine gewünschte geometrische Form erodieren, müssen sie nicht abgerichtet werden.

Durch den Mittelungseffekt übertrifft die Genauigkeit eines gehonten Bauteils oft die der Werkzeugmaschine, die es erstellt hat.

Der Steinpfad ist nicht der einzige Unterschied zwischen Schleif- und Honmaschinen; sie unterscheiden sich auch in der Steifigkeit ihrer Konstruktion. Honmaschinen sind weit nachgiebiger als Schleifmaschinen. Der Zweck des Schleifens ist enge Maßtoleranz.

Dafür muss das Schleifrad exakt positioniert werden relativ zum Werkstück. Daher muss eine Schleifmaschine sehr steif sein und ihre Achsen mit sehr hoher Präzision bewegen.

Eine Honmaschine ist relativ ungenau und unvollkommen. Statt auf Maschinenpräzision zu vertrauen, nutzt sie den Mittelungseffekt zwischen Stein und Werkstück. Nachgiebigkeit ist eine Anforderung an die Honmaschine, die für den Mittelungseffekt notwendig ist.

Daraus folgt ein offensichtlicher Unterschied: Beim Schleifen ist der Stein starr an einem Schlitten befestigt, beim Honen wird der Stein pneumatisch oder hydraulisch betätigt.

Hochpräzise Werkstücke werden meist geschliffen und dann gehont. Schleifen bestimmt die Größe, Honen verbessert die Form.

Der Unterschied zwischen Honen und Schleifen ist immer derselbe. Einige Schleifmaschinen haben komplexe Bewegungen und sind selbstkorrigierend, einige Honmaschinen haben In-Prozess-Messung für Maßkontrolle. Viele Durchlaufschleifoperationen nutzen denselben Mittelungseffekt wie Honen.

Honewerkzeuge

Honen verwendet ein spezielles Werkzeug, Honstein oder Hone, für präzise Oberflächen. Der Hone besteht aus Schleifkörnern, die mit Klebstoff verbunden sind. Generell sind Hone-Körner unregelmäßig geformt und ca. 10 bis 50 Mikrometer im Durchmesser (300 bis 1500 Mesh). Kleinere Körner erzeugen glattere Oberflächen.

Zweck des Honewerkzeugs ist die Kraftübertragung von der Maschine zum Werkstück. Honen korrigiert Bohrung auf Konizität, Maß, Finish und Geradheit, kann aber normalerweise nicht axiale Ausrichtung oder Lage korrigieren.

Das Werkzeug besteht aus Spindelkonusadapter, Antriebswelle und Honkörper. Der Honkörper enthält einen Kegel, der an einem Druckstift befestigt ist.

Der Druckstift, innen in der Antriebswelle, wird im Honkörper durch Motor oder Hydraulikzylinder auf und ab bewegt. Der Aktuator sitzt im Kopf. Wenn der Kegel nach unten bewegt wird, drückt er die Spreizplatten nach außen und expandiert die Steine.

Die Schleifsteine entfernen Material vom Werkstück. Garter-Federn halten die Steine im Werkzeug und kollabieren sie beim Herausziehen aus der Bohrung.

Honewerkzeuge können Superabrasive oder keramisch gebundene Steine für Rauhhonung, Vorfinish und Endhonung verwenden. Spitzenhonung erfordert typischerweise nur den Rauhvorgang. Plateau-Honung (Auftragen eines „Plateaus“) erfordert feine Steine zum Entfernen der Spitzen. Einige Honewerkzeuge haben Rauh- und Finishsteine in einem Werkzeug.

Honeführungen (Hone Guides)

Honeführungen sind Teil des Honewerkzeugs. Sie schützen die Honsteine beim Ein- und Austritt aus der Bohrung und verhindern Kontakt des Honewerkzeug-Metalls mit der Bohrungsoberfläche.

Führungen müssen häufig auf Verschleiß oder Aufnehmen von Fremdmaterial geprüft werden. Honsteine werden typischerweise unter die Größe der Führungen kollabiert beim Herausziehen, um Steine und Honeführungsbuchse zu schützen.

Honeführungsbuchse (Hone Guide Bushing)

Die Honeführungsbuchse ist an einer festen Halterung vorne an der Säule montiert. Funktion: Honewerkzeug in die Bohrungsmitte führen. Meist aus gehärtetem Stahl oder Hartmetall.

Hartmetall wird verwendet, wenn die Buchse auch als „Kollapsbuchse“ dient. Diese drücken die Steine bei zu kleinen Werkzeugen, die keine Garter-Federn haben, bündig mit dem Werkzeugkörper zurück.

Verstellbarer Kegel (Adjustable Cone)

Beim Honen blinder Bohrungen kann ein verstellbarer Kegel verwendet werden, um den unteren Teil der Steine zu expandieren, um Verschleiß auszugleichen und das Maß unten zu halten. Blinde Bohrung Überfahrt gezeigt. Steine können nicht wie bei Durchgangsbohrungen am Boden vorbeifahren.

Dies verursacht ungleichmäßigen Steinverschleiß und Konizität am Boden. Das Problem kann durch verstellbaren Kegel und Verweilzeit am Boden gemildert werden.

Einzelpass-Honewerkzeuge (Single Pass Honing Tools)

Das Honewerkzeug kann aus einem Diamant-Schleifbohrstab bestehen, der aus einem expandierbaren weichen Gusseisenhülse mit permanenter 100/120er natürlicher Diamantbeschichtung besteht, oder ein gesinterter Hülse mit eingebettetem Schleifmittel.

Das Werkzeug ist expandierbar, um Diamanthülsenverschleiß auszugleichen. Der Dorn enthält Kühlmittelkanäle zu den Nuten in der Hülse. Das Honewerkzeug durchläuft die Bohrung einmal und wird zurückgezogen.

Diese Maschine verwendet ein schwimmendes Honewerkzeug, das sich an die bestehende Bohrung ausrichtet. Das Werkzeug ist für offene Bohrungen konzipiert, die durch vorherige Bearbeitung erzeugt wurden. Es kann Auslauf, Konizität und Unrundheit korrigieren. Erzeugt in einem Hub gerade, runde, konizitätsfreie Bohrungen.

Honeführungsbügel und -buchsen sind an einem festen Bügel an der Säulenvorderseite montiert. Funktion des Honeführungsbügels: Honewerkzeug in die Bohrung führen. Die Buchse ist bearbeitet für Kühlmittelfluss zum Einzelpass-Honewerkzeug.

Vorteile des Honprozesses

• Weniger komplexe oder kostengünstige Vorrichtungen.
• Sehr hohe Genauigkeit.
• Für lange und kurze Bohrungen einsetzbar.
• Erhält die ursprüngliche Bohrungsmittellinie.
• Jedes Material bearbeitbar, unabhängig von Härte.
• Werkstück muss nicht kraftseitig rotieren, keine Spannzangen, Planscheiben oder Drehtische nötig, also keine Spann- oder Zentrierfehler.
• Hone wird von zentraler Welle angetrieben, sodass Biegung der Welle keine konischen Bohrungen verursacht wie beim Bohren.
• Ergebnis: wahrhaft runde Bohrung, ohne Konizität oder Hoch-/Tiefstellen, vorausgesetzt, Voroperationen ließen genug Material, damit der Hone alle Unregelmäßigkeiten beseitigen kann.
• Honen nutzt große Kontaktfläche bei niedriger Geschwindigkeit im Vergleich zu Schleifen oder Feinbohren (kleine Kontaktfläche, hohe Geschwindigkeit). Durch kombinierte Dreh- und Hubbewegung entsteht Kreuzschraffurmuster, hervorragend für Schmiermittelhalt. Durchmesser mit 0,001 bis 0,0001 Zoll und engerer Genauigkeit durch Diamantsteine (ähnlich Diamanträder) honbar.

Grenzen des Honprozesses

• Honen gilt als langsamer Prozess. Neue Maschinen und Steine haben Honzeiten jedoch erheblich verkürzt.
• Horizontales Honen kann ovale Bohrungen erzeugen, es sei denn, das Werkstück wird rotiert oder abgestützt. Bei dünnen Werkstücken kann sogar Handdruck leichte Ovalität verursachen.

Anwendungen des Honprozesses

• Finishen von Kurbelwellenlagerzapfen im Automobilbau
• Finishen runder Bohrungen
• Finishen hohler Zylinderteile
• Finishen von Motorzylindern, Lagern, Gewehrläufen, Ringlehren, Wellen und Planflächen, Kolbenbolzen, Kurbelwellenlagerzapfen etc.
• Zahnradhobeln