BR112015023549B1 - método de brunimento e ferramenta de brunir - Google Patents

Abstract

"MÉTODO DE BRUNIMENTO E FERRAMENTA DE BRUNIR". Método de brunimento para usinagem da área interna de uma perfuração em uma ferramenta com auxílio de uma operação de brunimento, especialmente para brunimento de áreas de rolamento de cilindro quando da produção de blocos de cilindro ou camisas de cilindro para motores de êmbolo alternativo. Durante uma operação de brunimento, uma ferramenta expansível é movida para produção de um movimento alternativo em direção axial da perfuração para cima e para baixo e, simultaneamente, girada para produção de um movimento de rotação sobreposto ao movimento de elevação. É então produzida uma forma de perfuração em forma de garrafa, que tem em seguida a uma entrada de perfuração um primeiro segmento de perfuração com um primeiro diâmetro, distante da entrada de perfuração, um segundo segmento de perfuração com um segundo diâmetro, que é maior do que o primeiro diâmetro, e entre o primeiro e o segundo segmento de perfuração, um segmento de transição com uma transição do primeiro diâmetro para o segundo diâmetro. Em uma operação de brunimento é empregada uma ferramenta anular (200), que apresenta ao menos um grupo de corte (220) anular com vários corpos de material de corte radialmente avançáveis, distribuídos pela periferia de um corpo de ferramenta, que são equipados com segmentos de brunimento largos em direção periférica e estreitos em direção axial.

Description

ANTECEDENTES

[001] A presente invenção refere-se a um método de brunimento para usinagem da área interna de uma perfuração em uma peça de trabalho com auxílio de ao menos uma operação de brunimento conforme o preâmbulo da reivindicação 1, bem como uma ferramenta de brunir conforme o preâmbulo da reivindicação 6, que pode ser empregada quando da realização do método de brunimento. Uma área de aplicação preferida é o brunimento de áreas de rolamento de cilindros quando da produção de blocos de cilindros ou camisas de cilindros para motores de êmbolo alternativo.

[002] As camisas de cilindro em blocos de cilindros (alojamentos de manivelas de cilindro) ou camisas de cilindro de motores de combustão interna ou outros motores de êmbolo alternativo são expostas a uma forte solicitação tribológica em operação. Por isso, quando da produção de blocos de cilindros ou camisas de cilindros é importante usinar de tal maneira essas áreas de curso de cilindro que, posteriormente, em todas as condições operacionais, seja garantida uma suficiente lubrificação por uma película de lubrificante e mantida tão reduzida quanto possível a resistência de atrito entre partes se movendo relativamente entre si.

[003] A usinagem final determinante da qualidade dessas áreas internas tribologicamente solicitáveis ocorre, via de regra, com métodos de brunimento apropriados, que compreendem tipicamente várias operações de brunimento sucessivas. O brunimento é um método de levantamento de aparas com cortes geometricamente indeterminados. Quando de uma operação de brunir, uma ferramenta de brunir expansível é movida para cima e para baixo ou em vaivém dentro da perfuração a ser usinada para produção de um movimento alternativo em direção axial da perfuração com uma frequência de curso e, simultaneamente, girada com uma frequência de rotação para produção de um movimento de rotação sobreposto ao movimento de elevação. Os corpos de material cortante dispostos na ferramenta de brunir são pressionados contra a área interna a ser usinada por um sistema de avanço com uma força de avanço atuando radialmente ao eixo da ferramenta. Quando do brunimento, resulta na área interna um padrão de esmerilhagem em cruz típico com traços de usinagem se entrecruzando, que são chamados também de "estrias de brunimento".

[004] Com crescentes exigências de economia e compatibilidade ambiental de motores, é de particular significado a otimização do sistema tribológico de área de curso de êmbolo/êmbolos/anéis de êmbolos, para se obter pouco atrito, pequeno desgaste e pequeno consumo de óleo. A fração de atrito do grupo de êmbolos pode importar em até 35%, de modo que a redução de atrito nessa área é desejável.

[005] São acompanhadas distintas propostas para reduzir as perdas mecânicas de um motor. Aí se incluem, entre outros, o aproveitamento de áreas de curso de cilindro termicamente injetadas, o emprego de anéis de êmbolo revestidos, o desenvolvimento de superfícies de brunimento especialmente otimizadas, etc..

[006] Uma tecnologia, que tem crescido em importância para a redução do atrito e do desgaste, é evitar ou reduzir as distorções de cilindros ou deformações do bloco do motor (cárter de cilindros) quando da montagem e/ou em operação. Após uma usinagem de brunimento convencional, uma perfuração de cilindro deve ter tipicamente uma forma de perfuração que divirja tão pouco quanto possível, por exemplo, no máximo em poucos micrometros, de uma forma de cilindro circular ideal. Durante a montagem ou a operação do motor, contudo, podem ocorrer nítidos erros de forma, que podem importar em até vários centésimos de milímetro e reduzir a performance do motor. As causas de distorções ou deformações são diversas. Pode se tratar de cargas térmicas e/ou mecânicas estáticas ou quase estáticas ou de solicitações dinâmicas. Também a construção e o design de blocos de cilindros têm influência sobre a tendência a deformações. A função de vedação do pacote de anel de segmento é tipicamente prejudicada por essas deformações dificilmente controláveis, com o que podem aumentar o "blow-by", o consumo de óleo e também o atrito.

[007] Para reduzir problemas devido a distorções quando da montagem ou em determinadas circunstâncias operacionais, foi proposto, por exemplo, na DE 28 10 322 C2 deformar de tal maneira o bloco de motor para a usinagem de brunimento com auxílio de um dispositivo de fixação que seja simulada a posterior deformação pelo cabeçote do motor. No estado deformado, que corresponde ao estado presente posteriormente após a montagem, tem lugar a usinagem de brunimento para produção de uma forma de perfuração cilíndrica circular, que deve então surgir de novo após a montagem.

[008] Outra tecnologia, que deve garantir ou aproximar, por uma inversão da distorção de cilindro (produção de uma forma negativa do erro) quando da usinagem, o surgimento de uma forma ideal após a montagem ou no estado operacional do motor, é a assim chamada afinação de forma. Em uma peça de trabalho não deformada é então, por meio de brunimento, produzida uma forma de perfuração definidamente divergente da força de cilindro circular, por exemplo, uma forma de folha de trevo. Tais formas de perfuração são, via de regra, assimétricas, porque também as deformações do bloco de cilindro via de regra não são simétricas. No estado operacional, então, resulta uma forma de cilindro circular tão ideal quanto possível, de modo que o pacote de anel de segmento pode bem vedar por toda a periferia da perfuração. Diversas variantes do brunimento de forma são descritas, por exemplo, na EP 1 790 435 B1 e no estado atual da técnica aí mencionado.

OBJETIVO E ATINGIMENTO

[009] Constitui um objetivo da presente invenção disponibilizar um método de brunimento segundo o gênero e uma ferramenta de brunir, que possa ser empregada quando de sua realização, que permitam produzir motores de êmbolo alternativo, que possuam melhores propriedades com relação a perdas de atrito, consumo de óleo e "blowby".

[0010] Para atingimento desse objetivo, disponibiliza a invenção um método de brunimento com as características da reivindicação 1. Além disso, é disponibilizada uma ferramenta de brunir com as características da reivindicação 6, que pode ser empregada no âmbito do método de brunimento.

[0011] Outras execuções vantajosas estão indicadas nas reivindicações dependentes. O teor de todas as reivindicações está integrado ao conteúdo da descrição por referência.

[0012] No método de brunimento, é produzida uma perfuração em forma de garrafa, isto é, uma perfuração com uma forma de garrafa. Uma "perfuração em forma de garrafa" tem diretamente em seguida a uma entrada de perfuração um primeiro segmento de perfuração com um primeiro diâmetro, distante da entrada de perfuração um segundo segmento de perfuração com um segundo diâmetro, que é maior do que o primeiro diâmetro, e entre o primeiro e o segundo segmento de perfuração um segmento de transição com uma transição do primeiro diâmetro para o segundo diâmetro. O primeiro segmento de perfuração e o segundo segmento de perfuração têm, via de regra, forma básica cilíndrica circular e jazem coaxialmente entre si. O segmento de transição pode ser executado parcialmente cônico e em suas extremidades voltadas para os segmentos de perfuração exteriores apresentarem transições respectivamente com raios apropriados para os segmentos de perfuração vizinhos.

[0013] Com projeção apropriada da macroforma de garrafa podem ser obtidas essenciais vantagens com relação à redução de atrito, "blow-by" reduzido bem como consumo de óleo reduzido. Além disso, podem resultar melhorias na resistência a desgaste do pacote de anel de segmento e influências positivas sobre o desenvolvimento de ruído durante a operação. No primeiro segmento de perfuração, relativamente mais estreito, próximo à entrada da perfuração, portanto no "gargalo da garrafa", tem lugar uma parte essencial da combustão em um motor de combustão interna. Uma eventual alta oferta de óleo nesse segmento poderia levar a problemas de emissão e consumo de óleo. Nesse primeiro segmento de perfuração, mais estreito, o pacote de anel de segmento pode bem cumprir suas funções convencionais (especialmente a vedação contra gases de combustão bem como a raspagem da película de óleo no movimento de retorno) devido a tensão anular relativamente alta. Pelas ondas de pressão da combustão o êmbolo se acelera no primeiro segmento de perfuração e atinge o segmento de transição com diâmetro gradativamente maior. No segmento de transição, a tensão de segmento é reduzida pelo aumento do diâmetro. Como aqui, porém, já há uma considerável velocidade de êmbolo e a pressão interna no compartimento de cilindro cede, "blowby", valor de consumo de óleo e emissão de ruído de motor não são desvantajosamente influenciados. Graças a raios apropriados entre o segmento de transição e o primeiro e segundo segmentos de perfuração aí contíguos pode ser obtida uma suave entrada e saída dos anéis de segmentos no segmento de transição, de modo que podem ser evitados desgaste de segmento ou grimpagem do motor. No movimento descendente, o segmento de anel depois de passar pelo segmento de transição, quando da entrada no segundo segmento de perfuração, atinge sua menor fixação, de modo que ali, onde o êmbolo atinge sua máxima velocidade, a perda de atrito é automaticamente reduzida.

[0014] No âmbito do método de brunimento, que leva a uma perfuração em forma de garrafa com uma estrutura de superfície otimizada, em ao menos uma operação de brunimento é empregada uma ferramenta de brunir particularmente útil para esse fim, que é chamada aqui também de "ferramenta anular" devido à sua construção. Uma "ferramenta anular" nos termos deste pedido tem ao menos um grupo de corte anular com três ou mais corpos de material de corte radialmente ajustáveis, distribuídos pela periferia do corpo de ferramenta da ferramenta de brunir, os quais são configurados como segmentos de brunimento relativamente largos em direção periférica da ferramenta de brunir e relativamente estreitos em direção axial da ferramenta de brunir. O comprimento axial dos segmentos de brunimento, medido em direção axial da ferramenta de brunir, é então menor do que a largura medida em direção periférica, e o comprimento axial da região de corte configurada com corpos de material de corte é menor do que o diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir.

[0015] Quando são previstos ao menos três segmentos de brunimento, então as forças de usinagem podem ser distribuídas bem e relativamente uniformes pela periferia por toda a região de diâmetro externo da ferramenta de brunir ativa, disponível pelo avanço radial. Por exemplo, em um grupo de corte podem ser previstos três, exatamente quatro, exatamente cinco ou exatamente seis segmentos de brunimento de largura periférica igual ou distinta. Mais de seis segmentos de brunimento dentro de um grupo de corte são de fato possíveis, mas tornam a construção mais complicada e não são via de regra necessários. Em muitos casos, eventualmente basta que a ferramenta de brunimento tenha apenas dois segmentos de brunimento.

[0016] Pelo ajuste radial (deslocamento dos segmentos de brunimento em direção radial quando do avanço) pode ser conseguido que as condições de engate entre corpo de material de corte e área interna de perfuração permaneçam praticamente constantes independentemente do diâmetro ajustado. Evitando-se cambamento de corpo de material de corte durante o avanço radial pode ser evitado desgaste irregular.

[0017] Essas medidas podem ter efeito positivo, individualmente e em combinação, sobre a qualidade de superfície obtida, especialmente com relação à uniformidade da qualidade de superfície por distintos segmentos de perfuração.

[0018] O comprimento axial dos segmentos de brunimento pode por exemplo, se situar em menor de 30% do diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir, especialmente entre 10% e 20% desse diâmetro externo. Em ferramentas anulares para a usinagem de perfurações de cilindro típicas em blocos de motor para automóveis de passageiros ou caminhões, o comprimento axial pode se situa por exemplo, na faixa de 5 mm a 20 mm. Com relação ao comprimento de perfuração de uma perfuração a ser usinada, o comprimento axial se situa tipicamente em menos de 10$ desse comprimento de brunimento. Sendo nitidamente ultrapassados os limites superiores, então, via de regra, é prejudicada a possibilidade para acompanhamento de contorno axial ou produção de contorno. Além disso, pequenos comprimentos axiais são vantajosos para produção de uma suficiente pressão de área para a usinagem. De outro lado, um comprimento mínimo em direção axial é vantajoso para possibilitar um excedente de brunimento para usinagem das extremidades da perfuração e limitar uma tendência à basculação da ferramenta de brunir.

[0019] Uma tal ferramenta anular representa uma inversão de conceitos convencionais da projeção de ferramenta de brunir, que parte do pressuposto de que para obtenção de menor erros de forma de uma perfuração brunida devam ser empregadas ferramentas de brunir com barra de brunimento relativamente longa em direção axial, mas relativamente pequena em direção periférica. Uma ferramenta anular é particularmente bem apropriada à usinagem de perfurações em forma de garrafa ou em geral de perfurações com diâmetro de perfuração significativamente variável em direção axial. Em um grupo de corte anular o material de corte (grãos de corte ligados de granulação, densidade e dureza apropriada) é concentrado em um anel axialmente relativamente estreito, podendo tipicamente mais da metade da periferia de um grupo de corte anular ser ocupado com meio de corte e correspondentemente contribuir ativamente para o desbaste de material.

[0020] A região de corte, em que se situam um ou vários grupos de corte anulares, é curta ou estreita em comparação com o diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir em direção axial, com o que é possível a produção e/ou acompanhamento de um contorno se estendendo em direção axial.

[0021] Um grupo de corte anular se destaca, em comparação com soluções de brunimento convencionais pelo fato de que no segmento axial coberto pelo grupo de corte anular existe essencialmente mais área de contato entre corpos de material de corte e área interna de perfuração do que em um segmento axial relativamente estreito de uma ferramenta de brunir convencional. Em algumas formas de execução, em um grupo de corte anular mais de 60% da periferia são cobertos com meios de corte, eventualmente até mais do que 70% ou mais do que 80% da periferia da ferramenta de brunir.

[0022] De preferência, um grupo de corte é de tal maneira disposto nas proximidades de uma extremidade do corpo de ferramenta oposto ao fuso que o grupo de corte se encontra exclusivamente na metade da ferramenta oposta ao fuso. Quando estão previstos vários grupos de corte anulares, essa condição pode se aplicar a todos os grupos de corte. Uma disposição próxima à extremidade distante do fuso possibilita entre outras usinagens com pequeno excesso de brunimento.

[0023] Quando de uma usinagem de brunimento, a posição de curso da ferramenta de brunir pode ser utilizada dentro da perfuração como grandeza de condução, para prover com alta resolução local a pressão de compressão ou força de avanço como função da posição de curso do grupo de corte anular. Assim é possível, com auxílio de um grupo de corte anular ajustável, produzir uma perfuração com contorno axialmente variável ou também acompanhar um contorno axialmente variável já previamente produzido sem indesejáveis picos de força de compressão. Com emprego de uma ferramenta anular, em todas as regiões axiais da perfuração se pode usinar com sobreposição essencialmente igual, de modo que, se necessário, podem ser produzidas imagens de aspereza ou estruturas de superfície muito uniformes. Com emprego de uma ferramenta anular, eventualmente, se pode também usinar com excesso de brunimento muito pequeno nas extremidades axiais de uma perfuração, sem que ocorram problemas desgaste de corte de corte irregulares.

[0024] De preferência, se trabalha com um sistema de avanço de grupos de corte eletromecânico. Diferentemente de uma expansão hidráulica, é possível assim uma provisão precisa do trajeto de avanço (controle de caminho), podendo assim ser especificamente produto um contorno axial e/ou acompanhado precisamente um contorno axial pré- dado.

[0025] Na ferramenta de brunir podem estar dispostos um ou vários sensores de um sistema de medição de diâmetro, de modo que é possível uma medição de diâmetro durante o método. Por exemplo, entre segmentos de brunimento vizinhos no corpo de ferramenta podem estar dispostos respectivamente bocais de medição de um sistema de medição de diâmetro pneumático. Assim, pode ser melhorada a precisão dos contornos de perfuração passíveis almejados.

[0026] Mediante emprego de uma ferramenta anular garante-se um uniforme desgaste dos corpos de material de corte e valores de forma muito bons bem como uniformes asperezas de superfície da perfuração por toda a vida útil do grupo de corte anular.

[0027] São possíveis distintas configurações de ferramentas anulares, entre as quais um usuário pode selecionar em função da tarefa de usinagem a ser cumprida.

[0028] Em algumas formas de execução, a ferramenta anular tem um grupo de corte anular, cujos segmentos de brunimento podem ser radialmente avançados ou recuados por um único sistema de avanço comum. Tipicamente, o grupo de corte anular tem três ou mais segmentos de brunimento uniformemente ou não uniformemente distribuídos pela periferia da ferramenta de brunir, via de regra mais do que seis. De preferência, o único grupo de corte anular está disposto nas proximidades da extremidade livre do corpo de ferramenta oposto ao fuso, por exemplo, rente ao lado frontal oposto ao fuso. Tais construções são especialmente bem apropriadas para a usinagem de perfurações de cilindro com excedente de brunimento reduzido. Tais restrições quando da usinagem resultam, por exemplo, em perfurações de furo cego ou em perfuração de cilindro em blocos de motor para motores monobloco ou em V.

[0029] Também é possível que um grupo de corte anular apresente dois grupos de segmentos de brunimento avançáveis independentemente entre si, estando os segmentos de brunimento dos grupos dispostos alternadamente em direção periférica. Com isso é possível combinar as vantagens de um grupo de corte anular único (por exemplo, relativamente à usinagem de perfurações com curto excedente de brunimento) com as vantagens de um avanço duplo de dois grupos de segmentos de brunimento independentes entre si. Com uma tal ferramenta, podem ser realizadas duas operações de brunimento sucessivas com distintos materiais de corte sem troca intermediária de ferramenta. Os segmentos de brunimento de um grupo de segmentos de brunimento têm, normalmente, a mesma guarnição de corte, enquanto que os grupos têm guarnições de corte distintas entre si, por exemplo, guarnições de diamante de distinta granulação.

[0030] Também é possível que uma ferramenta anular apresente um primeiro grupo de corte anular e ao menos um segundo grupo de corte anular, que está disposto axialmente deslocado para com o primeiro grupo de corte anular e pode ser avançado independentemente do primeiro grupo de corte anular. Assim também são possíveis duas operações de brunimento sucessivas com distintos materiais de corte sem troca intermediária de ferramenta. Como os distintos materiais de corte estão distribuídos pelos ao menos dois grupos de corte anulares axialmente deslocados entre si, que podem cobrir respectivamente uma grande parte da periferia da ferramenta de brunir, são possíveis aqui em ambas as operações de brunimento rendimentos de desbaste especialmente altos ou tempos de brunimento relativamente curtos. Tais ferramentas anulares podem ser empregadas para todas as perfurações, que permitam suficiente excedente de brunimento. Com dois ou mais grupos de corte anulares também é particularmente possível uma ponte de janelas de pulsação ou perfurações transversais ou interrupções de perfuração de todo tipo. Uma tal ferramenta anular tem, de preferência, precisamente dois grupos de corte anulares, com o que, apesar da estrutura simples, é possível um emprego flexível.

[0031] Em formas de execução preferidas, no corpo de ferramenta está prevista uma articulação integrada, móvel em vários eixos, por exemplo, uma articulação esférica ou uma articulação em cardam. Assim, podem ser compensados erros de posição da máquina ou um deslocamento de núcleo da perfuração, sem alterar a posição da perfuração. Exemplos de execução sem articulação são também possíveis. Tais ferramentas anulares podem ser acopladas rigidamente a um fuso de brunimento ou uma barra de acionamento acoplada rigidamente com o fuso de brunimento.

[0032] A forma de garrafa da perfuração pode ser produzida por todo método de usinagem com levantamento de aparas apropriado, por exemplo, por torneamento fino (ajuste de fuso fino), portanto com auxílio de um método de usinagem com corte geometricamente determinado, ou por brunimento. A isso podem se seguir uma ou várias operações de brunimento, para se obter a geometria de perfuração definitivamente desejada com estrutura de superfície apropriada.

[0033] De preferência, inicialmente, por torneamento fino ou brunimento é produzida uma perfuração com forma de perfuração cilíndrica circular e, depois, em uma operação de brunimento em garrafa com desbaste de brunimento axialmente variável é produzida uma perfuração em forma de garrafa. Em comparação com torneamento fino podem ser produzidas por brunimento superfícies com qualidade de superfície particularmente uniforme sem traços contínuos. Para a uniformidade da qualidade de superfície contribui também o efeito de afiação automática dos corpos de material de corte. Quando do brunimento é possível um monitoramento contínuo do método.

[0034] Em uma variante do método, na operação de brunimento em garrafa é empregada uma ferramenta de brunir passível de expansão com ao menos um grupo de corte anular, portanto uma ferramenta anular. Segmentos de brunimento do grupo de corte são então avançados radialmente para fora em um curso descendente em correspondência à forma de garrafa em função da posição de curso, controlados em trajeto e/ou em força, e em um curso ascendente radialmente retornados em correspondência à forma de garrafa em função da posição de curso. Graças a essa variante de usinagem resulta desde logo um traçado de contorno relativamente liso no segmento de transição de usinagem especialmente difícil.

[0035] Alternativamente, também é possível que na operação de brunimento em garrafa seja empregada uma ferramenta de brunir com barras de brunimento, cujo comprimento importa em mais de 50 % do comprimento da perfuração. O comprimento da barra de brunir pode importar, por exemplo, entre 50% e 80% do comprimento da perfuração. Na operação de brunimento em garrafa, então, em uma primeira fase, a ferramenta de brunir é movida para cima e para baixo ou em vaivém em uma primeira posição de brunimento entre um ponto de inversão superior e um inferior, para levar a perfuração inicialmente em todo o seu comprimento a uma forma cilíndrica circular. Em seguida, em uma segunda fase, o ponto de inversão superior é incrementado, isto é, variado por vários cursos em direção do ponto de inversão inferior, de modo que se reduz gradativamente o comprimento de curso. Assim, resulta um prolongamento da posição de curso em direção de uma segunda posição de curso, que se situa na região do segundo segmento de perfuração. Em seguida, em uma terceira fase, a ferramenta de brunir é movida em vaivém na segunda posição de curso. Nessa variante de método resulta a forma básica do segmento de transição essencialmente durante a segunda fase do gradativo prolongamento da posição de curso e redução da altura de curso, sendo que simultaneamente e também na terceira fase é ainda produzido o aumento de diâmetro no segundo segmento de perfuração.

[0036] Quando a operação de brunimento em garrafa é realizada por meio de uma ferramenta de brunir com barra de brunir relativamente longa, no segmento de transição pode surgir uma estrutura de superfície relativamente áspera com um perfil semelhante a um perfil de serra. Para se obter a desejada estrutura de superfície uniforme também no segmento de transição, portanto, de preferência, após a operação de brunimento em garrafa é realizada uma operação de brunimento para alisamento do perfil de perfuração na região de transição, sendo empregada na operação de brunimento de alisamento uma ferramenta anular, portanto uma ferramenta de brunir passível de expansão com ao menos um grupo de corte anular. Com auxílio da ferramenta anular podem ser eliminadas ranhuras ou rebarbas no segmento de transição e arredondados os raios do segmento de transição.

[0037] Revelou-se vantajoso que, quando da operação de brunimento de alisamento, os corpos de corte do grupo de corte anular sejam pressionados com força de avanço constante contra a área interna da perfuração. Isso é obtido, em algumas variantes de método, pelo fato de que é empregada uma máquina de brunimento com um sistema de avanço hidráulico para a ferramenta anular. O acompanhamento do contorno da perfuração em forma de garrafa pelos segmentos de brunimento da ferramenta anular pode então resultar já da resiliência da expansão hidráulica condicionada pelo tipo de construção.

[0038] A invenção refere-se também a uma ferramenta de brunir, que é apropriada especialmente para a realização do método de brunimento, mas também pode ser empregada em outros métodos de brunimento não de acordo com a invenção.

[0039] A invenção refere-se também a uma peça de trabalho com ao menos uma perfuração, que apresenta uma área interna brunida, sendo a perfuração uma perfuração em forma de garrafa, que em seguida a uma entrada de perfuração apresenta um primeiro segmento de perfuração com um primeiro diâmetro, distante da entrada de perfuração um segundo segmento de perfuração com um segundo diâmetro, que é maior do que o primeiro diâmetro, e entre o primeiro e o segundo segmento de perfuração um segmento de transição com uma transição contínua do primeiro para o segundo diâmetro, sendo que a peça de trabalho foi usinada com emprego de uma ferramenta de brunir de acordo com a invenção.

[0040] Especialmente, quanto à peça de trabalho, pode se tratar de um bloco de cilindro ou de uma camisa de cilindro para um motor de êmbolo alternativo. Quanto à motor de êmbolo alternativo, se trata por exemplo, de um motor de combustão interna ou de um compressor. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0041] Figura 1 - mostra um corte longitudinal esquemático por uma perfuração de cilindro em forma de garrafa em um bloco de motor;

[0042] Figura 2 - mostra em 2A um corte longitudinal por uma forma de execução de uma ferramenta anular com expansão simples de um único grupo de corte anular bem como em 2B uma seção transversal por um grupo de corte;

[0043] Figura 3 - mostra em 3A um corte longitudinal por uma forma de execução de uma ferramenta anular com uma expansão dupla de um único grupo de corte anular bem como em 3B uma seção transversal pelo grupo de corte;

[0044] Figura 4 - mostra em 4A um corte longitudinal por uma forma de execução de uma ferramenta anular com uma expansão dupla de dois grupos de corte anulares sobrepostos bem como em 4B uma seção transversal por um dos grupos de corte;

[0045] Figura 5 - mostra esquematicamente um corte longitudinal por uma perfuração, que é usinada por meio de uma ferramenta de brunir com barra de brunir relativamente longa;

[0046] Figura 6 - mostra esquematicamente a posição de curso de uma ferramenta de brunir com longa barra de brunir como função do tempo de brunimento t quando da operação de brunimento em garrafa;

[0047] Figura 7 - mostra um diagrama de medição de um perfil arredondado de um cilindro em forma de garrafa após o emprego de uma ferramenta anular.

[0048] Figura 8 - mostra um diagrama esquemático, que mostra a dependência da posição de curso HP (linha cheia) e da posição de expansão AP (linha tracejada) como função do tempo de brunimento t em um segundo exemplo de execução.

DESCRIÇÃO DETALHA DE EXEMPLOS DE EXECUÇÃO PREFERIDOS

[0049] A seguir serão descritos exemplos de execução de métodos de brunimento e ferramentas de brunir, que podem ser empregados no âmbito de formas de execução da invenção na usinagem com desbaste de material de peças de trabalho, que apresentam uma ou várias perfurações, que devem ter a macroforma de uma garrafa no estado usinado pronto.

[0050] A figura 1 mostra um corte longitudinal esquemático por uma tal perfuração 110 em forma de garrafa em uma peça de trabalho 100 em forma de um bloco de motor (cárter de cilindro) para um motor de combustão interna. A perfuração é simétrica em rotação com relação a seu eixo de perfuração 112 e se estende por um comprimento de perfuração L de uma entrada de perfuração 114 voltada para a cabeça de cilindro no estado montado até uma saída de perfuração 116 na extremidade oposta. A perfuração pode estar subdividida em três segmentos contíguos entre si, que apresentam transição suave entre si, isto é, sem formação de degraus ou arestas.

[0051] Um primeiro segmento de perfuração 120 na extremidade do lado de entrada tem um primeiro diâmetro D1 e um primeiro comprimento L1. Na extremidade oposta, do lado de saída, se estende por um segundo comprimento L2 um segundo segmento de perfuração 130, cujo diâmetro interno (segundo diâmetro) D2 é maior do que o primeiro diâmetro D1. Entre o primeiro segmento de perfuração 120 e o segundo segmento de perfuração 130 se encontra um segmento de transição 140 parcialmente cônico, no qual ocorre uma transição contínua do primeiro diâmetro para o segundo diâmetro. Entre a parte do meio, essencialmente cônica, do segmento de transição e o primeiro segmento de perfuração é formado um primeiro raio R1, enquanto que entre o segmento de transição e o segundo segmento de perfuração é formado um segundo raio R2. Os raios R1 e R2 podem ser essencialmente iguais, mas também é possível que o primeiro raio seja menor ou mais do que o segundo raio.

[0052] Com geometrias de perfuração típicas, o primeiro comprimento L1 pode importar, por exemplo, entre 15% e 40% do comprimento de perfuração L. O segundo comprimento L2 é tipicamente maior do que o primeiro comprimento e se situa, frequentemente, entre 40% e 60% do comprimento de perfuração L. O segmento de transição é normalmente relativamente curto em comparação com os segmentos de perfuração aí contíguos. Terceiros comprimentos L3 típicos podem se situar na faixa de 5% até 20% do comprimento de perfuração L. Também são possíveis divergências dessas relações geométricas.

[0053] A diferença de diâmetro entre o primeiro diâmetro D1 e o segundo diâmetro D2 se situa nitidamente fora das tolerâncias típicas para a usinagem de brunimento, que se situam para uma forma de cilindro na ordem de grandeza de no máximo 10 μm (com relação ao diâmetro). Com um valor absoluto do diâmetro interno na ordem de grandeza ente 70 mm e 150 mm, a diferença de diâmetro pode se situar, por exemplo, entre 20 μm e 90 μm.

[0054] Os raios R1, R2, os comprimentos dos segmentos de perfuração exteriores e do segmento de transição e o ângulo de tangente T entre o eixo de perfuração e uma tangente no segmento de transição podem ser de tal maneira otimizados que resultam, em estados operacionais típicos do motor, menor "blow-by", menor consumo de óleo e menor desgaste dos segmentos de anel.

[0055] A forma de garrafa da perfuração faz com que a perfuração na região próxima à entrada seja relativamente estreita, de modo que os anéis de segmento do êmbolo correndo na perfuração são pressionados com alta tensão anular contra a área interna de perfuração 118. Assim, ali onde a combustão ocorre fundamentalmente e surgem altas pressões, se obtém uma vedação confiável e a película de óleo é raspada no curso descendente. O êmbolo acelerado pela combustão se move então em direção da saída da perfuração, sendo que os anéis de segmento atravessam inicialmente o segmento de transição com o diâmetro interno continuamente alargado e em seguida o segundo segmento de perfuração (parcialmente). No segmento de transição os anéis de segmento podem se distender gradativamente, permanecendo suficiente a vedação, porque cai a diferença de pressão nos anéis de segmento. No início do segmento de perfuração, o pacote de anéis de segmento alcança sua tensão mínima, de modo que precisamente na região de máxima velocidade de êmbolo são reduzidas as perdas de atrito por reduzida tensão de anel. Quando do curso ascendente, a tensão de anel aumenta de novo, tão logo os anéis de segmento alcançam o raio do segmento de transição do lado de saída e o atravessam em direção do primeiro segmento de perfuração.

[0056] Um método de usinagem fina, que pode produzir economicamente em alta qualidade uma tal perfuração tanto com relação à macroforma (forma de garrafa) como também com relação à estrutura de superfície da área interna de perfuração tribologicamente solicitada, compreende, em formas de execução da invenção, ao menos uma operação de brunimento, em que é empregada uma ferramenta de brunir de construção especial, que é chamada nesse pedido também de "ferramenta anular". Uma ferramenta anular tem ao menos um grupo de corte disposto em forma de anel no corpo de ferramenta com corpos de material de corte distribuídos pela periferia do corpo de ferramenta, os quais podem ser avançados em direção radial por meio de um sistema de avanço associado ou recuado. Os corpos de corte são configurados como segmentos de brunimento, cuja largura em direção periférica é nitidamente maior do que seu comprimento em direção axial. Os corpos de material de corte competentes para o desbaste de material na peça de trabalho são concentrados em uma zona axialmente relativamente estreita (um anel do grupo de corte) e ocupam uma fração relativamente grande da periferia da ferramenta de brunir. Assim, com rendimento de desbaste de material relativamente alto podem ser produzidas formas de perfuração, em que ficam contíguos entre si em direção axial segmentos de perfuração de distinto diâmetro.

[0057] A figura 2 mostra em 2A um corte longitudinal por uma forma de execução de uma ferramenta anular 200 com um único grupo de corte 220 anular e expansão simples. A figura 2B mostra uma seção transversal pelo grupo de corte. A ferramenta anular 200 tem um corpo de ferramenta 210 que define um eixo de ferramenta 212, que é simultaneamente o eixo de rotação da ferramenta anular durante a usinagem de brunimento. Na extremidade da ferramenta anular do lado do fuso (na figura 2A acima), se encontra uma estrutura de acoplamento, não representada em maior detalhe, para o acoplamento da ferramenta anular a uma barra de acionamento de uma máquina de brunir ou de uma outra máquina de usinagem, que tem um fuso de trabalho, que é móvel tanto giratório em torno do eixo de fuso como também oscilando em vaivém paralelamente ao eixo de fuso.

[0058] Na extremidade do corpo de ferramenta oposta ao fuso (na figura 2A abaixo) se encontra o grupo de corte 220 anular, que apresenta vários corpos de material de corte 220-1, 220-2, 220-3 uniformemente distribuídos pela periferia do corpo de ferramenta, que podem ser avançados radialmente ao eixo de ferramenta 212 para fora, com auxílio de um sistema de avanço de corpo de material de corte, para pressionar os lados externos, de ação abrasiva, do corpo de material de corte com uma força de pressão ou de compressão definida à área interna de uma perfuração a ser usinada. Cada um dos três corpos de material de corte curvados em forma de arco configurado como um segmento de brunimento muito largo em direção periférica, mas estreito em direção axial, que cobre uma faixa de ângulo periférico entre 115° e 120°. Os segmentos de brunimento são desacoplados do corpo de ferramenta e deslocáveis relativamente ao mesmo radialmente ao eixo de ferramenta 212. O anel formado pelos segmentos de brunimento termina rente no lado oposto ao fuso com o corpo de ferramenta, de modo que o anel assenta completamente dentro da metade do corpo de ferramenta oposta ao fuso na extremidade da ferramenta anular oposta ao fuso.

[0059] O comprimento LHS axial dos segmentos de brunimento se situa em menos de 15%, especialmente em menos de 10% do comprimento de perfuração L. Os segmentos de brunimento são cerca de 4 mm a 35 mm, especialmente cerca de 10 mm de altura (em direção axial), o que corresponde no caso do exemplo entre 5 % e 30 %, especialmente entre 10 % e 20 % do diâmetro externo ativo do grupo de corte. O comprimento LHS axial corresponde aqui simultaneamente ao comprimento axial de toda a região de corte da ferramenta de brunir.

[0060] Cada corpo de material de corte está fixado por soldagem a um lado externo de uma barra de brunir 224-1, 224-2 de aço associada. Alternativamente, o corpo de material de corte pode também ser fixado por colagem ou por meio de parafusos, com o que é possível uma troca mais fácil. Cada barra de suporte tem em seu lado interno uma área inclinada, que coopera com uma área externa cônica de um cone de avanço 232 axialmente deslocável de tal maneira que as barras de suporte são avançadas radialmente para fora com os corpos de material de corte por elas portados, quando o cone de avanço é pressionado por meio de um dispositivo de avanço do lado da máquina contra a força de molas de recuperação 234, 226, 228 em direção da extremidade da ferramenta anular oposta ao fuso. Quando do movimento de avanço contraposto, as barras de suporte são recolhidas radialmente para dentro com os segmentos de brunimento com auxílio de molas de recuperação 226, 228 periféricas. A posição radial dos corpos de material de corte é assim controlada, sem folga, pela posição axial do cone de avanço 232.

[0061] Esse conceito de ferramenta é especialmente apropriado para a usinagem de perfurações de cilindro com reduzido excedente de brunimento, por exemplo, com no máximo 5 mm de excedente de brunimento. Tais geometrias ocorrem tipicamente em perfurações de furo cego ou no motor monobloco ou motores em V.

[0062] Na figura 3 está mostrado um exemplo de execução de uma ferramenta anular 300, que apresenta igualmente um grupo de corte 320 anular único, que fica disposto na extremidade do lado frontal, oposta ao fuso, do corpo de ferramenta 310. A figura 3A mostra um corte longitudinal pela ferramenta anular. A figura 3B mostra uma seção transversal pelo grupo de corte. Diferentemente do exemplo de execução da figura 2, trata-se, porém, de uma ferramenta de brunir com expansão dupla. O grupo de corte 320 anular tem dois grupos de segmentos de brunimento avançáveis independentemente entre si, sendo os segmentos de brunimento dos grupos dispostos respectivamente alternados em direção periférica. Um primeiro grupo de segmentos de brunimento tem três primeiros segmentos de brunimento 320-1 dispostos respectivamente 120° perifericamente defasados entre si. Respectivamente intermediariamente estão dispostos três segundos segmentos de brunimento 320-2 de um segundo grupo de segmentos de brunimento. O primeiro grupo tem corpos de material de corte com uma guarnição de corte relativamente grossa, enquanto que o segundo grupo apresenta corpos de material de corte com uma guarnição de corte relativamente mais fina. Entre segmentos de brunimento imediatamente vizinhos estão dispostas respectivamente barras de guia 326 axiais. Entre os corpos de ferramenta 310 e a estrutura de acoplamento 340 prevista para o acoplamento da ferramenta de brunir a um fuso de trabalho ou semelhante está prevista uma articulação esférica 350, de modo que a ferramenta de brunir é limitadamente móvel relativamente ao fuso de brunimento em vários eixos.

[0063] Os primeiros segmentos de brunimento podem ser radialmente avançados com auxílio de um primeiro sistema de avanço. A ele pertence uma primeira barra de avanço 332-I se estendendo centralmente no corpo de ferramenta, que tem na extremidade oposta ao fuso um segmento cônico, que coopera com as áreas inclinadas de barras de suporte do primeiro grupo de segmentos de brunimento. Um segundo sistema de avanço serve ao avanço do segundo grupo de segmentos de brunimento e apresenta um elemento de avanço 332-A tubular, que encerra a barra de avanço 332-I e tem em sua extremidade oposta ao fuso uma área externa cônica, que coopera com áreas inclinadas nas barras de suporte dos segundos segmentos de brunimento.

[0064] Com auxílio do primeiro sistema de avanço podem ser expandidos os três segmentos de brunimento do primeiro grupo de segmentos de brunimento, para executar uma determinada operação de brunimento, por exemplo, uma operação de brunimento de alisamento ou uma operação de brunimento de estrutura. Sendo, em lugar disso, avançado o outro grupo de segmentos de brunimento, que apresentam um outro tipo de guarnição de corte, pode ser realizada uma outra operação de brunimento, por exemplo uma operação de brunimento de remoção de rebarbas ou uma operação de brunimento de platô. Com auxílio da ferramenta anular com expansão dupla podem ser realizadas sucessivamente duas operações de brunimento distintas, sem proceder intermediariamente a uma troca de ferramenta ou utilizar um outro fuso de brunir para a usinagem.

[0065] A figura 4 mostra em 4A um corte longitudinal esquemático por uma forma de execução de uma ferramenta 400 anular com expansão dupla, que, à diferença do exemplo de execução da figura 3, apresenta dois grupos de corte 420-1 e 420-2 anulares, que são dispostos axialmente defasados entre si na parte do corpo de ferramenta 410 oposta ao fuso. Cada grupo de corte anular (seção transversal na figura 4B) tem três segmentos de brunimento avançáveis em conjunto, que cobrem respectivamente entre cerca de 110° e 115° da periferia. O comprimento axial dos segmentos de brunimento, pelo contrário, é pequeno e importa, tipicamente, em menos de 10 % do comprimento de perfuração e/ou entre 10 % e 20 % do diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir na região do corpo de material de corte. Entre segmentos de brunimento vizinhos estão dispostos no corpo de ferramenta respectivamente bocais de medição 440 de um sistema de medição de diâmetro pneumático. Os grupos de corte se situam axialmente próximos entre si, de modo que a região de corte da ferramenta de brunir, em que se encontram os dois grupos de corte anulares, é essencialmente mais curta em direção axial do que o diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir.

[0066] Em algumas formas de execução, os corpos de material de corte são montados elasticamente resilientes com relação ao corpo de ferramenta. Assim pode ser eventualmente melhorada a capacidade de acompanhamento de contorno quando do movimento axial. Por exemplo, entre os elementos de suporte e os corpos de material de corte podem ser intercalados elementos de mola (por exemplo, molas de folha, molas de pressão helicoidais ou semelhantes). Também é possível configurar os elementos de suporte em si elasticamente resilientes, por exemplo, na medida em que em pontos apropriados são construtivamente previstos enfraquecimentos da seção transversal do material de suporte em forma de fendas ou semelhantes.

[0067] Há distintas possibilidades para se produzir com emprego de uma ou várias ferramentas anulares do tipo descrito neste pedido perfurações em forma de garrafa com uma desejada estrutura de superfície da área interna de perfuração. Um primeiro exemplo de execução é descrito em conexão com as figuras 5 e 6.

[0068] Nessa variante de método, inicialmente foi empregada uma ferramenta de brunir convencional com barras de brunir estreitas, axialmente relativamente longas, para a partir de uma perfuração pré- usinada por exemplo, por perfuração fina, produzir uma perfuração brunida com forma de cilindro circular. O comprimento de barra I axial importou então em cerca de % a 2/3 de todo o comprimento de perfuração L. Em uma primeira operação de brunimento (brunimento prévio) trabalhada com barras de diamante do tipo D107 foi executada uma operação de brunimento intermediária subsequente com granulação fina (granulação D54). Foi assim produzida uma forma de perfuração essencialmente cilíndrica com pouca divergência da forma ideal e com uma superfície relativamente lisa (Rz < 8 μm). O excedente de brunimento S do lado de entrada e do lado de saída importou então, à semelhança de métodos convencionais, em cerca de 1/3 do comprimento de barra. O excedente de brunimento pode ser reduzido quando da usinagem de motores de monobloco ou em V.

[0069] Uma terceira operação de brunimento seguinte foi concebida como operação de brunimento em garrafa. Com auxílio de uma operação de brunimento em garrafa é produzida por um desbaste de material variável com cortes geométricos indeterminados uma forma de perfuração em forma de garrafa. Na terceira operação de brunimento (operação de brunimento em garrafa) foi então trabalhado igualmente com barras de brunimento relativamente longas com comprimento de barra I = 2/3 L e um controle de curso especial, que será explicado com base na figura 6. A figura 6 mostra esquematicamente a posição de curso HP da ferramenta de brunir como função do tempo de brunimento t quando da operação de brunimento em garrafa. Depois da entrada da ferramenta de brunimento, decorre a usinagem da área de curso de cilindro inicialmente de um primeiro momento L até um segundo momento t2 com o mesmo comprimento de curso em uma primeira posição de curso precisamente como quando da usinagem de uma perfuração cilíndrica circular. O termo "posição de curso" designa então a região entre o ponto de inversão UO superior e o ponto de inversão UU inferior de um movimento alternativo. Cada prolongamento de um ponto de inversão altera, portanto, também a posição de curso.

[0070] A partir de um segundo momento t2 definido, a máquina de brunir comuta automaticamente para uma variação incremental da posição de curso e, após cada curso, o ponto de inversão UO superior é variado de modo incremental em direção ao ponto de inversão UU inferior. A posição temporal do segundo momento t2 pode, por exemplo, ser definida por um determinado número de cursos ou por um predeterminado tempo de brunimento ou por um predeterminado desbaste de material ou um outro parâmetro de gatilho. A extensão do incremento IB, em que se altera o ponto de inversão superior entre dois cursos subsequentes, pode ser ajustada conforme a demanda. Após o término da fase de deslocamento de curso para um terceiro momento B a perfuração é brunida com a nova terceira posição de curso alcançada até que o segundo segmento de perfuração atinja o diâmetro desejado e seja produzida a forma de garrafa (cf. figura 1).

[0071] Dependendo de como a variação incremental do deslo camento de curso e o decurso temporal do deslocamento de curso são predeterminados, resultam distintos raios e ângulos de tangente no segmento de transição. Esses parâmetros podem, portanto, ser predeterminados pelos parâmetros do deslocamento de curso. A operação de brunimento em garrafa é convenientemente realizada com barras de brunimento, cujos corpos de material de corte são mais finos do que aqueles quando do brunimento prévio ou brunimento intermediário. Por exemplo, se pode trabalhar com grãos de diamante na faixa D35, para se obter uma forma de garrafa com estrutura de superfície já relativamente fina.

[0072] Quando da produção da forma de garrafa com auxílio de barras de brunimento relativamente longas e deslocamento de curso incremental pode resultar, na região de transição, uma estrutura de superfície relativamente áspera com pequenos degraus à semelhança de um perfil de serra. Tais estruturas via de regra são indesejadas. Para se obter a desejada estrutura de superfície uniformemente por toda a área interna da perfuração, inclusive o segmento de transição e os raios a ele subsequentes, é portanto realizado, no método aqui descrito, após a operação de brunimento em garrafa, um arredondamento dos raios e um alisamento da superfície com auxílio de uma ferramenta anular. Aqui, se pode trabalhar novamente com meios de corte mais finos, por exemplo, na faixa D10 a D15, especialmente D12. A seleção de uma ferramenta anular apropriada (p. ex. expansão simples, expansão dupla com dois grupos de corte, dispostos em um anel comum, ou expansão dupla com dois grupos de corte dispostos em dois grupos de corte anulares axialmente defasados) depende, entre outros, do desenho do bloco de cilindro. A seleção de ferramenta pode, por exemplo, ser orientada pela extensão dos possíveis excedentes de brunimento e/ou pela posição e tamanho das perfurações transversais. Quando, por exemplo, um cárter de cilindro tem uma seção transversal grande, via de regra é conveniente trabalhar com uma ferramenta anular com expansão simples (cf. por exemplo, figura 2). Em um método a título de exemplo, foi empregada uma tal ferramenta anular com um grupo de corte anular, para alisar ranhuras ou rebarbas resultantes durante a usinagem da operação de brunimento em garrafa no segmento de transição. Com auxílio da ferramenta anular podem também ser arredondados os raios da região de transição e de tal maneira variados os valores de superfície que sejam essencialmente idênticos aos valores de superfície no primeiro e terceiro segmentos de perfuração vizinhos.

[0073] A figura 7 mostra então um diagrama de medição de um perfil arredondado de um cilindro em forma de garrafa após o emprego de uma ferramenta anular com expansão simples no método aqui apresentado. O escalonamento no eixo x do diagrama (paralelamente ao eixo de perfuração) importa em 5 mm por unidade de medida mostrada, no eixo y (em direção radial da perfuração) importa em uma unidade de medida 10 μm.

[0074] O emprego de uma ferramenta anular proporciona aqui não apenas vantagens com relação ao decurso suave, sem arestas, do contorno de perfuração em direção radial. Como em ferramentas anulares do tipo aqui descrito os corpos de material de corte de um grupo de corte anular ocupam uma grande parte da periferia da ferramenta de brunir (por exemplo, entre 70% e 80%), resulta, além disso, quando do brunimento, uma sobreposição muito uniforme da área interna de perfuração usinada em todas as posições axiais. O termo "sobreposição" designa então qualitativamente a uniformidade da distribuição das ranhuras de brunimento por todo o comprimento da perfuração e pela periferia. Sendo empregadas ferramentas de brunir convencionais com barras de brunimento axialmente relativamente longas, circunstancialmente pode ser gerada uma aspereza desigual ou ondulação na perfuração. Esse problema pode ocorrer ainda mais intensamente dependendo do desenho do bloco, quando, por exemplo, devam ser processados blocos de motor com saídas de brunimento mais curtas. Com uma saída de brunimento de apenas poucos milímetros de comprimento, pode ocorrer um desgaste desigual das barras de brunimento longas, de modo que a perfuração pode receber no ponto de inversão inferior um diâmetro menor do que no ponto de inversão superior. Tais problemas devem de fato ser amplamente evitados com emprego de ferramentas de brunir convencionais (com longas barras de brunimento) mediante seleção de parâmetros de brunimento apropriados; mas a projeção dos correspondentes métodos de brunimento é relativamente dispendiosa em tempo e custo. Frequentemente, devem ser feitas várias tentativas até ser de tal maneira otimizada uma projeção de brunimento que usinagem irregular seja evitada com longas barras. Com emprego de uma ferramenta anular podem ser evitados muitos dos problemas que ocorrem convencionalmente. Entre as vantagens de ferramentas anular se incluem, entre outras: 1. Porque uma grande parte da periferia da ferramenta de brunir é ocupada na região de um grupo de corte anular com corpos de material de corte, uma área interna de perfuração pode ser estruturada com auxílio de uma ferramenta anular muito mais rapidamente do que com auxílio de uma ferramenta de barra. Assim podem ser reduzidos eventuais tempos de ciclos. 2. Sendo ajustado o comprimento de curso, para, por exemplo, corrigir a forma, não resultam quando do emprego de ferramentas anulares irregularidades perturbadoras da distribuição de aspereza, pois a sobreposição é mantida mesmo com comprimento de curso variado. 3. Grupos de corte anulares desgastam essencialmente de modo uniforme, de modo que podem ser evitadas indesejadas conicidades, sobretudo na região do ponto de inversão inferior quando do emprego de ferramentas anulares. 4. A instalação de uma máquina de brunir para um novo método de brunimento, com emprego de ferramentas anulares pode ocorrer de modo muito mais simples e rápido do que com emprego de ferramentas de brunir de barra convencionais. Condicionada pela construção da ferramenta, a sobreposição é suficientemente uniforme no âmbito das exigências.

[0075] Sendo empregada, em lugar de uma ferramenta anular com expansão simples, uma ferramenta anular com um anel de grupo de corte único e expansão dupla (cf. por exemplo, figura 3) para a estruturação, via de regra é necessário aumentar o número de curso com relação ao emprego de uma ferramenta anular de expansão simples, para garantir uma sobreposição uniforme. As vantagens de ferramentas anulares continuam, porém, mantidas e o requerido número de curso para uma estruturação uniforme da área interna de perfuração sempre será ainda menor do que o correspondente número de curso com emprego de uma ferramenta de brunir convencional com barras de brunir longas.

[0076] Com emprego de uma ferramenta anular, a força de avanço pode ser exercida convenientemente por meio de uma expansão hidráulica, de modo que a superfície pode ser usinada essencialmente com força constante. O acompanhamento do contorno variando em direção axial pode então ser ajustado pelo tipo de construção condicionado apenas já pela resiliência da expansão hidráulica.

[0077] Após o alisamento da área interna de perfuração e arredondamento dos raios com auxílio de uma ferramenta de brunir, uma ou várias outras operações de brunir podem ser pós-conectadas para se produzir a definitiva estrutura de superfície desejada na perfuração em forma de garrafa.

[0078] No método aqui descrito a título de exemplo, inicialmente se segue uma quinta operação de brunimento, que é aqui chamada de "brunimento de estrutura em espiral com ferramenta anular". Nessa operação de brunimento, as velocidades axiais e o número de rotações da ferramenta de brunir são de tal maneira ajustadas entre si que são produzir ângulos de brunimento relativamente grandes, por exemplo na ordem de grandeza em torno de 140°. Naturalmente, em outras variantes do método, também podem ser produzidos outros ângulos de brunimento e/ou perfis de aspereza. O brunimento de estrutura em espiral é de tal maneira projetado no caso do exemplo que praticamente não mais se visa um desbaste global de material, mas sim apenas na superfície muito lisa após o arredondamento com auxílio de um corpo de material de corte de granulação relativamente grossa com pequena densidade de grão de corte são produzidas ranhuras de profundidade e distribuição apropriadas. Podem sem empregados por exemplo, corpos de material de corte com densidade de grão de material de corte de 1,25 a 15 % em vol. e/ou grandeza de grão de 35 a 200 μm (cf. por exemplo, DE 10 2005 018 277 A1).

[0079] Em seguida, em uma sexta e última operação de brunimento, a superfície previamente estruturada é ainda liberada de rebarbas (brunimento de remoção de rebarbas). Para tanto, de preferência, é empregada igualmente uma ferramenta anular com finos meios de corte, por exemplo, a mesma ferramenta anular que foi empregada também para a quarta operação de brunimento (arredondamento dos raios e brunimento de alisamento). Aqui se pode trabalhar com distintos tipos de expansão. O tipo de expansão pode ser projetado hidráulico/hidráulico, hidráulico/mecânico ou mecânico/mecânico. Com uma expansão mecânica, por exemplo, pode ser conduzida uma expansão controlada por força por servomecanismo (hidráulica) ou controlada por posição e força.

[0080] Em uma variante de método alternativa, na operação de brunimento em garrafa, portanto quando da produção de uma forma de perfuração em garrafa de uma forma de perfuração previamente ainda cilíndrica circular, pode ser empregada uma ferramenta anular expansível. Para tanto é previsto que o controle do sistema de expansão para o avanço radial dos segmentos de brunimento seja acoplado com o controle para a posição de brunimento, para que a ferramenta anular possa gerar precisamente o segmento de transição com o diâmetro em si variável e também trabalhar no primeiro e segundo segmentos de perfuração cilíndricos com forma de compressão apropriada (cf. figura 8). A operação de brunimento em garrafa pode ser prevista como segunda operação de brunimento imediatamente após o brunimento prévio e, nessa medida, substitui a segunda até quarta operações de brunimento do primeiro exemplo de execução. O controle da expansão em função do curso ocorre então de tal maneira que os segmentos de brunimento do grupo de corte, com um curso descendente correspondente à forma de garrafa, em função da posição de curso, são avançados controlados em trajeto e força radialmente para fora, e com um curso ascendente correspondente à forma de garrafa, em função da posição de curso, novamente recolhidos radialmente na região do segmento de transição. Assim, desde o início pode ser obtido um decurso de contorno liso no segmento de transição.

[0081] Na máquina de brunir isso pode ser alcançado na medida em que determinadas regiões de curso em correspondência ao primeiro até terceiro segmentos de perfuração são alimentados no programa de controle, de modo que o grupo de corte é expandido por expansão controlada em trajeto e força quando de um curso ascendente a partir da extremidade do primeiro segmento de perfuração. Quando de um curso ascendente, a expansão do grupo de corte retorna então a partir da extremidade do terceiro de perfuração, de modo que é gerado o desejado cilindro em forma de garrafa programado. A figura 8 mostra para tanto a título de exemplo um diagrama esquemático, que mostra a dependência da posição de curso axial HP (linha cheia) e da posição de expansão radial AP (linha tracejada) como função do tempo de brunimento t com brunimento em garrafa com ferramenta anular.

[0082] Ferramentas anulares do tipo aqui descrito podem ser empregadas não apenas para produção ou usinagem de perfurações em forma de garrafa, mas sim também proporcionam consideráveis vantagens sem modificação quando da usinagem de perfurações com outra geometria. Por exemplo, é possível empregar uma ferramenta anular com expansão dupla e um único anel de grupo de corte de modo idêntico ou similar ao exemplo de execução da figura 3 para produzir em uma perfuração uma forma livre com uma seção transversal de perfuração não redonda. Isso é chamado usualmente de brunimento de forma. Por exemplo, com auxílio da ferramenta anular pode ser produzido um segmento de perfuração com forma de folha de trevo ou forma de elipse da seção transversal. Para tanto, a máquina de brunir deve ter a possibilidade de controlar simultaneamente o primeiro sistema de avanço e o segundo sistema de avanço, sendo que, dependendo da posição de curso e da posição de ângulo do grupo de corte para com a perfuração, devem ser controladas as expansões com distinta força/posição, de modo que possa resultar a forma livre.

[0083] Também é possível produzir e/ou usinar com uma ferramenta anular uma forma de perfuração, que apresente um segmento de perfuração em forma de tronco de cone (segmento em cone), que passa de modo relativamente abrupto ou com raio de transição para um segmento de perfuração cilíndrico contíguo sem que se siga um outro segmento de perfuração. Assim, por exemplo, pode ser produzida uma perfuração com forma de funil, que tem um primeiro segmento de perfuração cilíndrico, do lado de entrada, com um primeiro diâmetro, que aumenta conicamente até um diâmetro máximo em um segundo segmento de perfuração contíguo para a base da perfuração. A diferença de diâmetro entre o primeiro segmento de perfuração cilíndrico e o diâmetro máximo no segundo segmento de perfuração cônico pode se situar por exemplo, entre cerca de 20 μm e cerca de 90 μm. O comprimento axial do primeiro segmento de perfuração cilíndrico pode se situar por exemplo, entre 20% e 80% de todo o comprimento de perfuração.

[0084] Além disso, é possível com auxílio de uma ferramenta anular produzir em uma perfuração um segmento de perfuração em forma de tonel, isto é, um abaulamento em uma perfuração ademais amplamente cilíndrica. O abaulamento pode se situar no meio ou então nas proximidades de uma das extremidades da perfuração.

[0085] Com emprego de uma ferramenta anular, também é possível de modo relativamente barato usinar de tal maneira uma área de rolamento de cilindro que na região do ponto morto superior e/ou na região do ponto morto inferior haja tiras estreitas com outras estruturas de superfície de velocidade de êmbolo mais alta do que na região do meio. Essa variante é aqui chamada de "brunimento em tiras". Um método convencional para isso apropriado e uma ferramenta de brunir correspondentemente adequada estão descritos por exemplo, na DE 195 42 892 C2. Ali, adicionalmente a uma usinagem de brunimento, que usina todo o comprimento axial da ferramenta de usinar com longas barras de usinagem, é realizada uma usinagem de brunimento de curso curto com auxílio de custas barras de usinagem, sendo que essa usinagem de brunimento recobre apenas a região do ponto morto superior ou do ponto morto inferior.

[0086] Com emprego de uma ferramenta anular com expansão dupla e dois grupos de corte axialmente defasados (cf. por exemplo, figura 4) são igualmente possíveis correspondentes usinagens de superfície. Por exemplo, com o primeiro grupo de corte anular pode ser realizada uma usinagem de curso longo de todo o comprimento de perfuração, antes de então, por exemplo, com o segundo grupo de corte, ser realizada na região do ponto morto superior uma usinagem de curso curto para produção de uma estrutura especial na região do ponto morto superior.

[0087] Com correspondente controle variável da relação entre frequência de curso e frequência de rotação do fuso de trabalho pode também ser obtida, de maneira simples, um tal brunimento de tira com ângulos de brunimento distintos em distintos segmentos de perfuração axiais (cf. por exemplo, figura 4 da DE 10 2007 032 370 A1).

Claims (14)

1. Método de brunimento para usinagem da área interna de uma perfuração em uma ferramenta com auxílio de ao menos uma operação de brunimento, especialmente para brunimento de áreas de rolamento de cilindro durante a produção de blocos de cilindro ou camisas de cilindro para motores de êmbolo alternativo, sendo que durante uma operação de brunimento, uma ferramenta de brunimento expansível é movida para cima e para baixo dentro da perfuração para produção de um movimento alternativo em direção axial da perfuração e, simultaneamente, girada para produção de um movimento de rotação combinado com o movimento alternativo, sendo que é produzida uma forma de perfuração divergente da forma de cilindro circular, caracterizado pelo fato de que é produzida uma perfuração em forma de garrafa, a dita perfuração que tem, em seguida a uma entrada de perfuração, um primeiro segmento de perfuração com um primeiro diâmetro, um segundo segmento de perfuração com um segundo diâmetro, que é maior do que o primeiro diâmetro, distante da entrada de perfuração, e um segmento de transição com uma transição contínua do primeiro diâmetro para o segundo diâmetro entre o primeiro e o segundo segmento de perfuração, sendo que durante ao menos uma operação de brunimento é empregada uma ferramenta anular (200, 300, 400), que apresenta ao menos um grupo de corte (220, 320, 420) anular com três ou mais corpos de material de corte, distribuídos pela periferia de um corpo de ferramenta, e radialmente avançáveis pelo deslocamento na direção radial durante a alimentação e são configurados como segmentos de brunimento que são largos em direção periférica e estreitos em direção axial, sendo que um comprimento axial dos segmentos de brunimento, como medido em direção axial, é menor do que a largura medida em direção periférica, e o comprimento axial da região de corte equipada com corpos de material de corte é menor do que o diâmetro externo ativo da ferramenta de brunir.

2. Método de brunimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que primeiramente é produzida uma perfuração possuindo uma forma de perfuração cilíndrica circular e, em seguida, em uma operação de brunimento em garrafa, uma forma de perfuração em forma de garrafa é produzida mediante brunimento com desbaste de brunimento axialmente variável.

3. Método de brunimento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que na operação de brunimento em garrafa é empregada uma ferramenta expansível com ao menos um grupo de corte anular, sendo que segmentos de brunimento do grupo de corte são radialmente avançados durante um curso descendente em correspondência à forma de garrafa em função da posição de curso e são radialmente recolhidos durante um curso ascendente em correspondência à forma de garrafa em função da posição de curso.

4. Método de brunimento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que durante a operação de brunimento em garrafa, é empregada uma ferramenta de brunir expansível com barras de brunimento, cujo comprimento é mais de 50 % do comprimento da perfuração, sendo que, em uma primeira fase, a ferramenta de brunir é movida para cima e para baixo entre um ponto de inversão superior e um inferior em uma primeira posição de curso, então, em uma segunda fase, o ponto de inversão superior é incrementalmente variado na direção do ponto de inversão inferior, e assim a posição de curso é deslocada na direção de uma segunda posição de curso na região do segundo segmento de perfuração, e depois, em uma terceira fase, a ferramenta de brunir é movida para cima e para baixo na segunda posição de curso.

5. Método de brunimento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que após a operação de brunimento em garrafa, é realizada uma operação de brunimento de alisamento para alisamento do perfil da perfuração na região de transição, sendo que na operação de brunimento de alisamento é empregada uma ferramenta de brunir expansível com ao menos um grupo de corte anular, sendo que, de preferência, durante a operação de brunimento de alisamento os corpos de material de corte são pressionados com força de avanço constante contra a área interna da perfuração.

6. Ferramenta de brunir, especialmente para execução do método de brunimento como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, com um corpo de ferramenta (210, 310, 410), que define um eixo de ferramenta, ao menos um grupo de corte (220, 320, 420) que é fixado ao corpo de ferramenta e possui corpos de material de corte para usinagem com desbaste de material da área interna de uma perfuração, e um sistema de avanço de grupos de corte associado ao grupo de corte para aplicação de uma força de avanço atuando radialmente ao eixo de ferramenta sobre os corpos de material de corte do grupo de corte, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de brunir (200, 300, 400) é projetada como uma ferramenta anular e apresenta ao menos um grupo de corte (220, 320, 420) anular com três ou mais corpos de material de corte (220-1, 220-2, 220-3), distribuídos pela periferia do corpo de ferramenta e radialmente avançáveis pelo deslocamento na direção radial durante a alimentação e configurados como segmentos de brunimento que são largos em direção periférica e estreitos em direção axial, sendo que um comprimento axial (LHS) dos segmentos de brunimento, como medido em direção axial, é menor do que a largura medida em direção periférica e o comprimento axial da região de corte equipada com corpos de material de corte é menor do que o diâmetro externo efetivo da ferramenta de brunir, em que a ferramenta anular (200, 300) apresenta um único grupo de corte (220, 320) anular, que fica disposto de preferência em uma extremidade livre do corpo de ferramenta (210, 310).

7. Ferramenta de brunir, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o comprimento axial dos segmentos de brunimento é menos do que 30 % do diâmetro externo efetivo da ferramenta de brunir, especialmente entre 10 % e 20 % desse diâmetro externo, e/ou em que o comprimento axial dos segmentos de brunimento se situa na faixa de 5 mm a 20 mm e/ou em que o comprimento axial dos segmentos de brunimento é menos de 10 % do comprimento de perfuração da perfuração a ser brunida.

8. Ferramenta de brunir, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que mais da metade da periferia de um grupo de corte (220, 320, 420) anular, especialmente mais de 70 % dessa periferia, é ocupada com corpos de material de corte.

9. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizada pelo fato de que um grupo de corte consiste em três, quatro, cinco ou seis segmentos de brunimento.

10. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizada pelo fato de que o grupo de corte (220, 320, 420) está de tal maneira disposto nas proximidades de uma extremidade oposta ao fuso do corpo de ferramenta que o grupo de corte se encontra exclusivamente na metade oposta ao fuso do corpo de ferramenta.

11. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizada pelo fato de que um grupo de corte anular (320) apresenta dois grupos de segmentos de brunimento (320-1, 320-2) avançáveis independentemente entre si, sendo que segmentos de brunimento dos grupos são dispostos alternadamente em direção periférica.

12. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de brunir (400) apresenta um primeiro grupo de corte anular (420-1) e ao menos um segundo grupo de corte anular (420-2), que está disposto axialmente defasado para com o primeiro grupo de corte anular e avançável independentemente do primeiro grupo de corte anular, sendo que a ferramenta anular apresenta de preferência precisamente dois grupos de corte anulares.

13. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizada pelo fato de que na ferramenta de brunir estão dispostos um ou mais sensores de um sistema de medição de diâmetro, sendo que bocais de medição (440) de um sistema de medição de diâmetro pneumático estão em cada caso fixados ao corpo de ferramenta, preferivelmente entre segmentos de brunimento adjacentes.

14. Ferramenta de brunir, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizada pelo fato de que no corpo de ferramenta está prevista uma articulação integrada, móvel em vários eixos, especialmente uma articulação esférica (350).

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