Simulationsbasierte Auslegung mehrstufiger Werkzeugsysteme zur Bohrungsfeinbearbeitung am Beispiel der Ventilführungs- und Ventilsitzbearbeitung

Die mehrstufige Bearbeitung mittels Stufenwerkzeugen stellt eine in der industriellen Serienfertigung oftmals eingesetzte Zerspanungsaufgabe dar. Aufgrund der engen Tolerierung hinsichtlich Form und Lage der Ventilführung und des Ventilsitzes im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ist eine spanende Nachbearbeitung beider Bauteile unumgänglich. Das Streben nach individueller Mobilität führt zudem weltweit zu einer stetig ansteigenden Anzahl an zugelassenen Personenkraftwagen. Die gleichzeitig steigenden Anforderungen an Verbrennungsmotoren hinsichtlich der CO2-Emission erfordern Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, z. B. durch eine Verlagerung des Motorbetriebspunktes in wirkungsgradgünstigere Kennfeldbereiche. In der Folge erhöht sich jedoch auch das thermo-mechanische Belastungskollektiv. Als Konstruktionswerkstoffe kommen daher vermehrt verschleißbeständige Sinterstähle zum Einsatz.
Zunächst erfolgt eine Identifikation von Schneidstoffsystemen, die eine prozesssichere Bearbeitung unter den gegebenen Randbedingungen ermöglichen. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse wird eine Prozesssimulation entwickelt, welche die Bearbeitung mit Stufenwerkzeugen in aufeinander folgenden Bearbeitungsoperationen simuliert. Einen signifikanten Einfluss auf den Mittenverlauf der geriebenen Bohrung hat die bisher unbeachtete Unsicherheit infolge der Neigung der Anbohrfläche, welche durch den Einsatz einer modifizierten Pilot-Reibahle mit Senkfase deutlich verringert werden kann. Die Länge der Dichtfläche des Ventilsitzes kann durch den Einsatz von Sekundärschneiden und Einstelladaptern zur Minimierung des Rundlauffehlers robust gefertigt werden. Bei Berücksichtigung der vorgestellten Erkenntnisse kann die Prozesssicherheit unter Unsicherheit signifikant gesteigert werden.