CN111468768B - 用于产生珩磨通道的旋转刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在工件(1)的缸孔(3)中产生珩磨通道(5)的旋转刀具，该珩磨通道的直径大于缸孔(3)，其中珩磨通道(5)的横截面具有圆形轮廓，该圆形轮廓具有预定的表面粗糙度，其中为了制造珩磨通道(5)，旋转刀具沿下降方向(I)下降到缸孔(3)中直至达到目标钻孔深度(tB)，并且在圆形铣削步骤中，旋转刀具被径向操控以及围绕钻孔轴线(B)在环形轨道中被引导，其中该刀具具有至少一个切削元件(S1至S7)，该切削元件具有径向向外拱起的圆形轮廓‑刃部(15)，该圆形轮廓‑刃部在下降方向(I)上具有在前的切削侧边(25)，在该切削侧边中形成了至少一个径向突出的切削尖(E1至E5)，该切削尖在圆形铣削步骤中产生了珩磨通道(5)中的表面粗糙度(Rz)，以及其中在工艺技术上在圆形铣削步骤之前进行扩孔步骤，其中较小直径的工件‑预钻孔(33)被钻孔直至形成较大直径的缸孔(3)。根据本发明，旋转刀具既执行扩孔步骤也执行圆形铣削步骤。

Description

用于产生珩磨通道的旋转刀具
技术领域
本发明涉及一种用于在工件的缸孔中产生珩磨通道的旋转刀具，一种用于产生珩磨通道的方法以及一种工件。
背景技术
机动车的铝质气缸曲轴箱中的气缸工作面可以在过程链中生产，在该过程链中，在出厂状态中首先提供了设有例如锥形先导孔的气缸曲轴箱。在扩孔步骤中，先导孔扩展到较大直径的缸孔。随后是圆形铣削步骤，其中在孔底形成了珩磨通道。然后，在粗糙化步骤中，借助于粗糙化刀具对缸孔的内壁进行机械粗糙化。在粗糙化步骤中，珩磨通道形成一刀具出口，可将粗糙化刀具插入该刀具出口直至止点，在那里沿径向空转，接着无负荷地以及与粗糙结构脱离啮合地沿反转方向从缸孔中移出。然后可以进行APS涂层，其中通过燃烧器将熔化的APS涂层材料离心涂镀到缸孔的内壁上。燃烧器同样将珩磨通道用作刀具出口，燃烧器可以插入该刀具出口，并在止点沿反转方向再次反转。在离心涂镀的APS层硬化后，对APS层进行珩磨处理，更确切地说在缸孔中形成气缸工作面的情况下。
从工艺技术的角度来看，得出对珩磨通道的几何形状的以下要求：首先，将珩磨通道设计为缸孔内壁上的环形周向槽，更确切地说，具有横截面大致为半圆形或椭圆形的圆形轮廓。环形周向槽的径向外部的槽底位于比缸孔直径大的直径上。其次，珩磨通道不是光滑的，而是具有一定的表面粗糙度(例如Rz100)。即在表面光滑的珩磨通道的情况下，在APS涂层过程中存在工艺风险，即APS涂层材料的颗粒从珩磨通道的光滑表面弹回，并且—在形成缺陷处的情况下—被抛回到缸孔中。通过提供表面粗糙度，APS涂层材料的颗粒不再从珩磨通道反弹，而是粘附在珩磨通道上。
在常规类型地在缸孔中产生这种珩磨通道时，首先通过扩孔刀具准备性地进行工艺技术上前置的扩孔步骤，该扩孔刀具将预钻孔向下钻至较大直径的缸孔。然后使用铣刀进行圆形铣削步骤。为此，首先将铣削刀具无负载地下降到缸孔的孔底，然后(在围绕刀具旋转轴线旋转的情况下)径向控制该铣削刀具并在围绕缸孔轴线的环形轨道中引导该铣削刀具，从而形成珩磨通道。
为了产生上述限定的珩磨通道，传统的铣削刀具具有在刀具周向上间隔开的多个切削元件。每个切削元件设计为具有径向向外拱起的、近似半圆形(或椭圆形)的圆形轮廓-刃部，该圆形轮廓-刃部限定了珩磨通道-圆形轮廓。为了在珩磨通道中产生表面粗糙度，在圆形轮廓-刃部上形成有锯齿状的切削尖，这些切削尖径向向外突出。在圆形铣削步骤中，借助于切削尖在珩磨通道中产生不平整，该不平整形成表面粗糙度。
既提供扩孔刀具也提供铣削刀具导致了高的刀具花费和长的处理时间。
由DE 10 23 687 A1已知一种用于切削加工工件的刀具。从WO2009/026932 A1中已知一种扩孔刀具。由DE 693 14 227 T2已知一种用于加工复合材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于在工件缸孔中产生珩磨通道的旋转刀具和方法，与现有技术相比，该旋转刀具和方法能够减少刀具花费，并减少了与其相关的加工时间。
本发明基于这样的认识：仅针对圆形铣削步骤设计的传统铣削刀具不能工艺可靠地用于扩孔步骤，在扩孔步骤中旋转刀具与钻孔轴线同轴地降低至缸孔的孔底。由于铣削刀具的圆形轮廓切削，在扩孔步骤中不可避免地将倾斜的力分量引入铣削刀具中。这些倾斜的力分量导致刀具-摆动，其中刀具从其旋转轴线径向偏出。这可能会在缸孔内壁上产生震荡痕迹和/或刀具损坏。
在这种背景下，根据本发明的一个方面，旋转刀具既设计用于扩孔步骤，又设计用于圆形铣削步骤。旋转刀具在扩孔步骤中在旋转中以及在切削负荷下被驱动直至达到(孔底的)目标钻孔深度，更确切地说，以与钻孔轴线共轴的刀具旋转轴线。
为了确保运行可靠的扩孔，切削元件的(主要设计用于圆形铣削)的圆形轮廓-刃部的几何形状如下：与刀具-旋转轴线完全轴向平行的纵向切削边和端侧的横向切削边相交于圆形轮廓-刃部的至少一个切削尖(产生珩磨通道中的表面粗糙度)处，该横向切削边大致地或基本上与刀具-旋转轴线成直角。
通过该切削尖-几何形状确保了在扩孔过程中(即，当旋转刀具降低到缸孔的底部时)，轴向平行的纵向切削边与缸孔-内壁线接触。由此使得旋转刀具能够径向支撑在缸孔-内壁上。另一方面，在扩孔过程中在端侧横向切削边处进行了切削材料去除。另一方面，在随后的圆形铣削步骤中，横向切削边基本上不起作用，而在纵向切削边上进行切削材料去除。
在上述切削尖-几何形状的情况下，纵向切削边和端侧横向切削边在切削尖处形成了基本上为90°的楔角。
为了在扩孔步骤中增强纵向切削边的支撑功能，有利的是，与横向切削边相比，纵向切削边不是边缘锋利的，而是具有最小化的圆形倒角(Rundschlifffase)。圆形倒角在扩孔过程中充当径向止挡部，该径向止挡部防止旋转刀具径向过度偏出到工件材料中。重要的是，在纵向切削边处的圆形倒角具有足够小的倒圆半径，以使得在圆形铣削步骤期间在纵向切削边上能够充分切削去除材料。
在一种技术实施方案中，切削尖可以与刀具头部间隔一轴向距离并且位于切削尖-直径上。轴向距离和在轴向上前后相继地排列的切削尖的切削尖-直径都在刀具头部的方向上逐步减小。因此，在轴向上前后相继地排列布置的切削尖形成了台阶轮廓，该台阶轮廓由轴向平行的纵向切削边和近似垂直于刀具-旋转轴线延伸的横向切削边组成。
在上述台阶轮廓中，在切削轮廓-走向中，第一切削尖的横向切削边在朝向刀具头部的方向上在内角区域处直接过渡到随后的切削尖的纵向切削边。作为替换，第一切削尖的横向切削边在切削轮廓-走向中在刀具头部的方向上不是直接的，而是间接地在形成倾斜的切削刃根部的情况下过渡到随后的切削尖的纵向切削边。应当强调的是，在扩孔步骤和圆形铣削步骤中，仅切削尖处于切削接合中，而切削刃根部则不处于切削接合中。这样避免了在扩孔步骤中倾斜的力分量作用在旋转刀具上。
为了运行可靠地产生珩磨通道，旋转刀具可以具有至少两个，尤其是七个切削元件，借助这些切削元件，在圆形铣削步骤中铣出珩磨通道。切削元件在刀具周向上周向均匀分布。特别重要的是，在各个切削元件上形成的切削尖在周向上不是齐平地前后相继地形成，而是布置为彼此错开了轴向偏移量。可以如此确定不同切削元件的切削尖之间的轴向偏移量的大小，使得所有切削元件的切削尖位于一条共同的、假想的圆形线上，该圆形线对应于珩磨通道的圆形轮廓的内轮廓。
附图说明
下面参考附图描述本发明的实施例。
附图示出：
图1示出了具有缸孔的气缸曲轴箱的一部分，在其孔底上形成珩磨通道；
图2示出了珩磨通道的半圆形的圆形轮廓的局部放大图，其具有机械加工出的、形成了表面粗糙度的表面不平坦；
图3和图4是旋转刀具的不同视图；
图5示出了旋转刀具的切削元件的圆形轮廓-刃部的轮廓走向的放大图；
图6示出了替换图，在该图中，旋转刀具的所有七个切削元件的圆形轮廓-刃部的轮廓走向均线形地示出；以及
图7至图9分别是示出了扩孔步骤和圆形铣削步骤的视图。
具体实施方式
图1示出了具有缸孔3的气缸曲轴箱1的一部分。缸孔3具有关于钻孔轴线B旋转对称的珩磨通道5，该珩磨通道形成在缸孔3的孔底7上的钻孔深度tB中。珩磨通道5设计成缸孔3的内壁中的环形周向槽，具有径向外部的槽底。珩磨通道5的槽底直径dN大于缸孔3的直径dZ。从图2还可以看出，珩磨通道5的横截面具有近似半圆形或椭圆形的圆形轮廓，该圆形轮廓具有预定的表面粗糙度Rz，该表面粗糙度在随后描述的圆形铣削步骤(图7)中被机械地引入到珩磨通道5中。
在图2中，借助于台阶轮廓在朝向孔底7的珩磨通道侧6处实现了表面粗糙度RZ。轴向平行于钻孔轴线B的环绕的台阶表面10与基本上垂直于钻孔轴线B的环绕的台阶表面12汇合在台阶轮廓的每个台阶8处。台阶表面10、12形成了基本上矩形的台阶角/阶梯角。
珩磨通道5通过图3所示的旋转刀具(沉头-/铣削刀具)产生。该刀具具有刀柄11，该刀柄可以固定到用虚线表示的机床主轴9上，并且在刀具头部13上承载总共七个在周向上均匀分布的切削元件S1至S7。切削元件S1至S7中的每个均具有径向向外拱起的半圆形圆形轮廓-刃部15。它们的刃部-轮廓将在后面参考图5和6进行描述。在图4中，沿旋转方向在前的切削面17和在后的自由面21相交在每个圆形轮廓-切削刃15处，该切削面界定了切削空间19。
圆形轮廓-刃部15在图5中设计为具有沿下降方向I(图7)在后的切削侧边23，该切削侧边23在径向外部的、大直径的切削顶点24处过渡为在下降方向I上在前的切削侧边25。在图5中示例性地在在前的切削侧边25中形成有从切削刃根部27径向向外伸出的切削尖E1至E5。在圆形铣削步骤(图9)中，珩磨通道5中的表面粗糙度RZ借助于切削尖E1至E5产生。
从图5进一步可以看出，示出的圆形轮廓-刃部S1的切削尖E1至E5一起形成了台阶轮廓，其中每个切削尖E1至E5分别设计为具有纵向切削边29和横向切削边31。纵向切削边29轴向平行于刀具旋转轴线R延伸(连续恒定且不间断)。横向切削边31基本上垂直于刀具旋转轴线R延伸。切削尖E1至E5在此与刀具头部13以不同的轴向距离a1至a5间隔开。另外，具有不同的切削尖直径d1至d5的切削尖E1至E5与刀具旋转轴线R间隔开。距离a1至a5和直径d1至d5以E1至E5的顺序逐渐减小，由此得到了上述台阶轮廓。
其他圆形轮廓-刃部S2至S7以与上述圆形轮廓-刃部S1相同的方式设计。从图5中的替代图可以看出，在所有切削元件S1至S7上形成的切削尖E1至E5在刀具周向上不是平齐地前后相继地布置，而是彼此错开了轴向偏移量Δa。所有切削元件S1至S7的切削尖E1至E5位于共同的假想圆形线37上，该圆形线的直径等于珩磨通道-圆形轮廓的直径。在图5中还绘出了楔角α，该楔角形成在纵向切削边29和横向切削边31之间的切削尖处。图5中的楔角α大约正好为90°。另外，在图5中在内角区域35处的切削尖的横向切削边31不直接过渡为随后的切削尖的纵向切削边31，而是在中间插入了形成倾斜的切削刃根部27的情况下间接过渡。倾斜的切削刃根部27在扩孔步骤中(图8)不与工件-材料切削接合，以便避免将倾斜的力分量引入刀具中。
如上所述，在图5中，所有切削元件S1至S7的切削尖E1至E5沿刀具旋转轴线R彼此错开了轴向偏移量Δa。结果，所有纵向切削边29的刃长在轴向方向上相加，由此得到在扩孔步骤中稳定的径向刀具支撑。
下面参照图7至图9描述在缸孔3中产生珩磨通道5的工艺顺序：因此，首先提供了具有部分锥形的预钻孔33的气缸曲轴箱1(图7)。随后进行扩孔步骤，在该步骤中，旋转刀具沿下降方向I插入预钻孔33中，直到达到目标钻孔深度tB，更确切地说，伴随着与钻孔轴线B共轴的刀具旋转轴线R。在扩孔步骤中，所有圆形轮廓-刃部15的切削尖E1至E5的、垂直于刀具旋转轴线R延伸的横向切削边31与预钻孔33的内壁切削接合。相反，所有切削尖E1至E5的纵向切削边29与缸孔3的被扩孔的内壁线接触，由此在扩孔步骤期间保证了对旋转刀具的径向支撑。为了进一步加强径向支撑，与横向切削边31相比，所有切削尖E1至E5的纵向切削边29不是边缘锋利的，而是具有圆形倒角，该圆形倒角进一步减小了旋转钻孔刀具径向偏转到工件材料中。
在扩孔步骤之后，进行圆形铣削步骤(图9)，其中旋转刀具被控制径向移动了径向偏移量Δr，并在环形轨道上围绕钻孔轴线B被引导，更确切地说，在形成珩磨通道5的情况下。
附图标记列表：
1 气缸曲轴箱
3 缸孔
5 珩磨通道
6 朝向孔底7的珩磨通道侧
7 孔底
8 珩磨通道台阶
9 机床主轴
10 环绕的台阶表面
11 刀柄
12 环绕的台阶表面
13 刀具头部
15 圆形轮廓-刃部
17 切削面
19 切削空间
21 自由面
23 刀柄-圆形缘部
24 径向外部的切削顶点
25 刀具头部-圆形缘部
27 切削刃根部
29 纵向切削边
31 横向切削边
33 预钻孔
35 内角区域
37 圆形线
E1至E5 切削尖
S1至S7 切削元件
Δa 轴向偏移量
a1至a5 轴向距离
d1 bis d5 切削尖-直径
dZ 缸孔-直径
dN 珩磨通道5的槽底直径
tB 钻孔深度
B 缸孔轴线
R 刀具-旋转轴线
α 切削尖
Δr 径向偏移量

Claims (10)

1.一种用于在工件(1)的缸孔(3)中产生珩磨通道(5)的旋转刀具，该珩磨通道的直径缸孔(3)更大，其中珩磨通道(5)的横截面具有圆形轮廓，该圆形轮廓具有预定的表面粗糙度，其中为了制造珩磨通道(5)，旋转刀具沿下降方向(I)下降到缸孔(3)中直至达到目标钻孔深度(tB)，在圆形铣削步骤中，旋转刀具被径向操控以及在围绕钻孔轴线(B)的环形轨道中被引导，其中该刀具具有至少一个切削元件，该切削元件具有径向向外拱起的圆形轮廓-刃部(15)，该圆形轮廓-刃部具有在下降方向(I)上在前的切削侧边(25)，在该切削侧边中形成了至少一个径向突出的切削尖，该切削尖在圆形铣削步骤中产生了珩磨通道(5)中的表面粗糙度(Rz)，以及其中在工艺技术上在圆形铣削步骤之前进行扩孔步骤，其中较小直径的工件-预钻孔(33)被扩孔直至形成较大直径的缸孔(3)，其特征在于，刀具既执行扩孔步骤也执行圆形铣削步骤；以及旋转刀具在扩孔步骤中在切削负荷下被驱动直至达到目标钻孔深度(tB)，旋转刀具具有与钻孔轴线(B)共轴的刀具旋转轴线(R)；以及对于运行可靠的扩孔过程来说，圆形轮廓-刃部(15)设计为具有至少一个切削尖，与刀具旋转轴线(R)轴向平行的纵向切削边(29)和端侧的横向切削边(31)在所述切削尖处相交，所述横向切削边垂直于刀具旋转轴线(R)延伸。
2.根据权利要求1所述的旋转刀具，其特征在于，与切削尖的边缘锋利的横向切削边(31)相比，纵向切削边(29)实现为圆形倒角。
3.根据权利要求1或2所述的旋转刀具，其特征在于，纵向切削边(29)和端侧的横向切削边(31)在切削尖处形成小于或等于90°的楔角(a)。
4.根据权利要求1或2所述的旋转刀具，其特征在于，切削尖与刀具头部(13)以轴向距离间隔开并位于切削尖-直径上；以及是轴向距离和在轴向上前后相继地排列的切削尖的直径都直至刀具头部(13)在形成台阶轮廓的情况下逐步减小，该台阶轮廓由轴向平行的纵向切削边(29) 和基本上垂直于刀具-旋转轴线(R)延伸的横向切削边(31)组成，所述纵向切削边(29)和所述横向切削边(31)分别在切削尖处相交。
5.根据权利要求1或2所述的旋转刀具，其特征在于，切削尖从圆形轮廓-刃部(15)的倾斜设置的切削刃根部(27)径向向外伸出；以及无论在扩孔步骤中还是在圆形铣削步骤中，都仅仅切削尖处于切削接合中，而倾斜设置的切削刃根部(27)不处于切削接合中。
6.根据权利要求1或2所述的旋转刀具，其特征在于，第一切削尖的横向切削边(31)在切削轮廓-走向中直至刀具头部(13)在内角区域(35)处直接过渡到随后的切削尖的纵向切削边(29)；或者第一切削尖的横向切削边(31)在切削轮廓-走向中直至刀具头部(13)不是直接的，而是间接地在形成倾斜设置的切削刃根部(27)的情况下过渡到随后的切削尖的纵向切削边(29)。
7.根据权利要求1或2所述的旋转刀具，其特征在于，旋转刀具具有至少两个切削元件，所述切削元件在刀具周向上周向分布地布置；以及，在切削元件上形成的切削尖在刀具周向上不是平齐地前后相继地布置，而是布置为彼此错开一轴向偏移量(Δa)；以及所有切削元件的切削尖位于共同的、假想的圆形线(37)上，该圆形线对应于珩磨通道(5)的圆形轮廓的内轮廓。
8.根据权利要求7所述的旋转刀具，其特征在于，旋转刀具具有七个切削元件。
9.一种用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的旋转刀具在工件(1)的缸孔(3)中产生珩磨通道(5)的方法。
10.一种具有缸孔(3)的工件，该缸孔的珩磨通道(5)借助根据权利要求1-8中任一项所述的旋转刀具及根据权利要求9所述的方法制造。
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