CN111496293A - 用于工件-缸孔的机械粗糙化的粗糙化刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对工件‑缸孔(3)进行机械粗糙化的粗糙化刀具，其在轴向方向上过渡到刀具通道(5)中，尤其是珩磨通道中，在粗糙化步骤中，该刀具以进给量并以与之同步的转速下降到缸孔中，以在切削加工时，粗糙化刀具在缸孔的内壁中产生螺旋形的粗糙结构，在粗糙化行程结束时，粗糙化刀具无负荷地布置在刀具通道中，并在那里空转一个径向偏移量以准备反向行程，因此在反向行程中，粗糙化刀具能够无负荷地以及与粗糙结构脱离啮合地从缸孔移出。根据本发明，粗糙化刀具至少具有第一切削元件和第二切削元件，它们在刀具周向上彼此间隔开一楔角。两个切削元件在粗糙化步骤中在切削加工时在缸孔的内壁中产生粗糙结构。

Description

用于工件-缸孔的机械粗糙化的粗糙化刀具
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于工件-缸孔的机械粗糙化的粗糙化刀具以及一种根据权利要求14所述的方法。
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。在钻孔步骤中，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，借助于粗糙化工具对缸孔的内壁进行机械粗糙化。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，并在止点可沿反转方向反转。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。
在这种类型的粗糙化步骤中，该粗糙化刀具以进给量并以与之同步的转速下降到缸孔中，以便在切削加工时，粗糙化刀具在缸孔的内壁中产生螺旋形的粗糙结构。螺旋形的粗糙结构的横截面可以具有燕尾形轮廓，该燕尾形轮廓具有底切，由此在进行APS涂层之后，可以确保APS层与粗糙结构之间的牢固的形状配合连接。
在粗糙化行程结束时，将粗糙化刀具布置在珩磨通道中，粗糙化刀具在其中空转了一个径向偏移量以准备反向行程。由此确保了，在反向行程中，粗糙化刀具能够无负荷地以及与粗糙结构脱离啮合地从缸孔移出。
为了确保无干扰轮廓地径向空转，常规的粗糙化刀具构造如下：粗糙化刀具具有刀具基体，在该刀具基体的外周上恰好固定了一切削元件(特别是转位式刀片)。在与切削元件径向相对的一侧上，刀具基体的横截面径向向内减小。由此在刀具的外周和切削轮廓-圆形路径之间产生了刀具通道，刀具的切削轮廓在该切削轮廓-圆形路径上移动。在径向空转时，刀具通道被部分占用，从而在随后的反向行程中，粗糙化刀具可以无负荷地以及与产生的粗糙结构脱离啮合地从缸孔中移出。
在上述常规的粗糙化步骤中，粗糙化刀具的恰好一个切削元件承受高的刀具负荷。为了减少这些刀具负荷，可以降低进给量和与其同步的转速。然而，这导致了更长的加工时间。
由DE 10 2006 045 275B3已知了一种使用切削刀具生产产品的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种粗糙化刀具，其中与现有技术相比，能够以减少的加工时间和/或减少的刀具负荷来执行粗糙化步骤。
该任务通过权利要求1或14所述的特征解决。在从属权利要求中公开了本发明的优选改进方案。
根据权利要求的特征部分，粗糙化刀具不再仅具有恰好一个切削元件，而是至少具有第一切削元件和第二切削元件。两个切削元件在刀具周向上彼此间隔开一楔角。两个切削元件在粗糙化步骤中在切削加工时在缸孔的内壁中产生粗糙结构。通过这种方式可以在粗糙化步骤中把刀具负荷分配到两个切削元件上。此外，与现有技术相比，可以以减少的加工时间来执行粗糙化步骤。
在一种技术实施方式中，结合可用的径向偏移量来确定楔角的尺寸，使得在反向行程中，粗糙化刀具连同两个切削元件能够无负荷地以及与粗糙结构脱离啮合地从缸孔中移出。形成在第一切削元件和第二切削元件之间的楔角纯粹示例性地可以小于180°，例如在120°的范围内。
除了第一和第二切削元件之外，该粗糙化刀具还可具有至少另一个第三切削元件，该第三切削元件可沿刀具周向定位在两个第一和第二切削元件之间。切削元件可以分别具有沿轴向延伸的径向外部切削轮廓。
切削轮廓可以具有至少一个，尤其是多个成型齿/轮廓齿。它们可以在轴向方向上彼此间隔开。在粗糙化步骤中，成型齿对螺旋形的粗糙结构进行预处理、中间处理和精加工。为此，形成在切削轮廓上的成型齿在轴向方向上以齿间距彼此间隔开。
替代地和/或附加地，第一切削元件和/或第二切削元件的切削轮廓可以具有至少一个主轴切削刃，通过该主轴切削刃可以扩大缸孔直径，以确保在切削轮廓的成型齿上规定的材料去除。每个成型齿可以从切削刃根部径向向外突出一个齿高。相应的成型齿可以具有径向外部的、轴向延伸的纵向切削边/纵向切削棱/纵向切削刃，该纵向切削边沿轴向在切削尖的两侧过渡到径向延伸的横向切削边/横向切削棱/横向切削刃中。它们延伸直至切削刃根部。相对于成型齿，主轴切削刃可以在刀具径向方向上突出了预定的超出量。
在第一实施例变型中，第一切削元件可以仅仅具有至少一个主轴切削刃(Spindelschniede)，而没有成型齿。相反，第二切削元件可以仅具有至少一个成型齿，而不具有主轴切削刃。通过这种方式，第一切削元件用作预处理切削元件，其在去除材料的同时稍微扩大了缸孔的内壁的直径。而第二切削元件用作粗糙结构切削元件，借助于该粗糙结构切削元件在缸孔的内壁中产生了粗糙结构。
备选地，主轴切削刃和/或成型齿可以以任意数量和/或任何轴向顺序分配给第一切削元件和/或第二切削元件。例如，切削元件的切削轮廓可以在轴向方向上以交替的顺序具有成型齿和主轴切削刃。
为了有利于粗糙化刀具在径向方向上无干扰轮廓的空转，随后可以调整在刀具头部区域内的刀具横截面。刀具横截面可分为第一刀具横截面和第二刀具横截面，该第一刀具横截面位于由楔角覆盖的旋转角度范围之外，第二刀具横截面在该旋转角度范围内。与第二刀具横截面相比，位于旋转角度范围之外的第一刀具横截面可以优选在径向上向内减小，更确切地说，在刀具外周和切削轮廓圆形路径之间形成刀具通道的情况下。刀具通道在沿径向方向空移时被部分占用，从而在反向行程中，粗糙化刀具连同两个切削元件能够无负荷地以及与粗糙结构脱离啮合地从缸孔中移出。
附图说明
下面根据附图详述本发明的实施例。
附图示出：
图1示出了具有缸孔的气缸曲轴箱的一部分，在缸孔的孔底上形成珩磨通道；
图2是缸孔的内壁上的粗糙结构的局部放大图；
图3和图4分别是粗糙化工具的视图；
图5和图6分别是第一切削元件和第二切削元件的视图；
图7至图9分别示出了粗糙化步骤；
图10和11是传统钻孔工具的不同视图；
图12和13与图10和11对应地示出了本发明的实施例，以及
图14和15与图10和11对应地示出了本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了具有缸孔3的气缸曲轴箱1的局部截面图。缸孔3具有关于钻孔轴线B旋转对称的珩磨通道5，该珩磨通道在缸孔3的孔底7上以钻孔深度tB形成。珩磨通道5设计成环形的圆周槽，该圆周槽在缸孔3的内壁上具有径向外部的槽底。珩磨通道5的槽底直径dN的尺寸大于缸孔3的直径dZ。
螺旋形的粗糙结构9形成在缸孔3的内壁表面上，并且以具有螺距β的内螺纹的形式延伸。在图2中，粗糙结构9在显著放大的视图中被实现为具有侧面底切的槽形燕尾轮廓。由此确保了未显示的APS层与缸孔3的内壁之间的牢固的形状配合连接。
借助于图3和图4所示的粗糙化刀具在随后描述的粗糙化步骤中制造出粗糙结构9。粗糙化刀具具有刀具基体13，该刀具基体可以固定在用虚线表示的机床主轴11上(图3)。在刀具头部15处，刀具基体13在外周侧具有两个实现为转位式刀片的切削元件17和19。两个切削元件17、19以相同的轴向高度定位在粗糙化刀具上。两个切削元件17、19在刀具周向上彼此间隔开楔角α(图4)。两个切削元件17、19中的每一个都具有径向外部的和轴向平行延伸的切削轮廓SK1，SK2，这将在后面参考图5和6进行描述。在图4中，沿旋转方向在前的切削面21与径向外部的周侧的自由面23一起在切削轮廓SK1，SK2上延伸。在图4中，切削面21限定了凹槽形的切削空间25。
图5示出了第一切削元件17的放大图，该第一切削元件通过螺纹连接件27固定在刀具基体13上。第一切削元件17的切削轮廓SK1紧邻刀具头部15具有主轴切削刃29。主轴切削刃29形成有在轴向上延伸的纵向切削边31，该纵向切削边在倒圆的楔角32处过渡为端侧的横向切削边33。图5中主轴切削刃29的纵向切削边31位于主轴切削刃直径dS上，该主轴切削刃直径的尺寸大于切削刃根部直径dG，径向凹进的切削刃根部35位于该切削刃根部直径上，在粗糙化步骤中，该切削刃根部35与工件材料没有材料啮合。
图6示出了第二切削元件19，其切削轮廓SK2不同于第一切削元件17的切削轮廓SK1。与切削元件17不同，第二切削元件19的切削轮廓SK2不具有主轴切削刃29，而是具有多个成型齿37，这些成型齿以不同的齿高从切削轮廓SK2的切削刃根部35径向向外突出。在粗糙化步骤中，通过成型齿37产生图3所示的螺旋形的燕尾结构9，其中每个成型齿37承担不同的切削任务，以形成图2所示的燕尾结构9。
因此，第一切削元件17(图5)用作预处理切削元件，其在稍后描述的用于准备机械粗糙化的粗糙化步骤中，在去除材料的同时略微扩大了缸孔3的直径。第二切削元件19用作粗糙结构切削元件，借助于该粗糙结构切削元件对图2所示的燕尾结构9进行轮廓加工。
第二切削元件19的切削轮廓SK2的每个成型齿37(图6)具有沿轴向延伸的纵向切削边39，该纵向切削边轴向在两侧在切削尖41处过渡为径向延伸的横向切削边43。横向切削边43又分别过渡为凹入的切削刃根部35。
下面参考图7至9描述一个粗糙化步骤：在粗糙化行程I(图7)中，粗糙化刀具以进给量fA并以与之同步的转速nA下降到缸孔3中，更确切地说，在与钻孔轴B共轴的刀具旋转轴R中。通过这种方式，在切削加工时，粗糙化刀具的两个切削元件17、19在缸孔3的内壁中产生螺旋形的粗糙结构9，更确切地说具有螺距为β，螺距的大小取决于工艺参数(也就是说，进给量fA和转速nA)。在粗糙化行程I的末尾(图8)，切削元件17、19的两个切削轮廓SK1，SK2位于珩磨通道5中。
随后，在图9中，为了准备反向行程II，粗糙化刀具空转径向偏移量Δr。通过这种方式确保了，在反向行程II中粗糙化刀具能够无负荷地以及与粗糙结构9脱离啮合地从缸孔3移出。
为了有利于粗糙化刀具在径向方向上无干扰轮廓的空转，在图4中示出的刀具横截面在刀具头部15的区域内可分为第一刀具横截面47和第二刀具横截面49，该第一刀具横截面位于由楔角α覆盖的旋转角度范围之外，而该第二刀具横截面位于由楔角α覆盖的旋转角度范围之内。与第二刀具横截面49相比，位于旋转角度范围之外的第一刀具横截面47在图4中径向向内减小。由此在刀具外周和假想的切削轮廓圆形路径45之间产生刀具通道51(图4)。当在径向方向上空转时，刀具通道51被部分占用，从而使粗糙化刀具连同两个切削元件17、19一起在反向行程II中能够无负荷地以及与粗糙结构9脱离啮合地从缸孔3移出。
根据本发明，结合可用的径向偏移Δr确定楔角α的大小，使得粗糙化刀具与两个切削元件17、19一起在反向行程II中能够无负荷地以及与粗糙结构9脱离啮合地从缸孔3移出。
通常，在设计钻孔工艺步骤时，必须将工艺参数(也就是说钻孔工具的转速n和进给量f)与钻孔工具上切削元件的位置进行协调，以使每个切削元件的切削元件负荷大致相同，也就是说，理想情况下每个切削元件的进给量Vfz(齿进给量)相同。这在常规的钻孔工具61(图10和11)中通过切削元件17、19、63、65之间的恒定分隔间距α实现。在图11中，以展开图示出了常规钻孔工具61的侧面。因此，切削元件17、19、63、65全部位于相同的轴向高度H。图11中的切削元件17、19、63、65分别在相同的切割宽度s上与工件钻孔的内壁切削接合。图11示出了在钻孔过程中出现的、第一至第四切削元件17、19、63、65的切割路径w1至w4。切割路径w1至w4沿着钻孔-内壁以螺距角β螺旋形地延伸，从而在展开图中(图11)，得到直线走向的切割路径w1至w4。切割路径w1至w4在图11中不重叠，而且沿轴向不重叠地过渡到彼此中。
在图12和13的实施例中，切削元件17、19、63、65不再以相同的分隔间距α在圆周上均匀分布。而是在图12和13中，第一切削元件17和第二切削元件19跨越了楔角/切削角α(在此例如大约120°)。第三和第四切削元件63、65位于第一和第二切削元件17、19之间。从图13的展开中可以看出，切削元件17、19、63、65均位于相同的轴向高度H上。
在图12和13的实施例中，与图10和11不同，四个切削元件17、19、63、65之间的分隔间距a，b，c不再相同，而是至少部分不同。因此，在图13中，每个切削元件的进给量Vfz对于每个切削元件不再相同，而是不同的。也就是说，切削元件17、19、63、65在粗糙化步骤中不再被均匀地加载，而是不同程度地被加载。根据图13，每个切削元件的最大进给量Vfz被分配给第一切削元件17，即第一切削元件17承受最大的切削负荷。
为了在尽管分隔间距a，b，c部分不同的情况下仍确保切削元件17、19、63、65的均匀负荷，在图14和15的实施例中，切削元件17、19、63、65不再定位在相同的轴向高度H，而是位于不同的高度位置H，H1，H2，H3。如此选择这些高度位置，使得四个切削元件17、19、63、65承受均匀的切削元件负荷。根据粗糙化步骤中的工艺参数(即刀具-转速nA，刀具-进给量fA)以及相应的分隔间距a，b，c来选择高度位置。
从图15中可以看出，切削元件17、19、63、65(类似于图11)均在相同的切削宽度s上与钻孔-内壁切削接合。另外，切割路径w1至w4彼此不重叠，而是不重叠地过渡到彼此中。
切削元件的高度位置H1至Hn通常可以使用以下公式确定：
Figure BDA0002377144590000081
Figure BDA0002377144590000082
Figure BDA0002377144590000083
Figure BDA0002377144590000084
....，
其中
z切削元件数量
vfz每个切削元件的进给量
D粗糙化刀具直径
a，b，c，...分隔间距。
在根据图14和15的实施例的具有四个切削元件17、19、53、65(即z＝4)的粗糙化刀具的情况下，得出以下公式：
Figure BDA0002377144590000085
Figure BDA0002377144590000086
Figure BDA0002377144590000087
附图标记列表：
1 工件
3 缸孔
5 珩磨通道
7 孔底
9 粗糙结构
11 机器主轴
13 刀具基体
15 刀具头部
17、19 切削元件
21 切削面
23 自由面
25 切削空间
27 螺纹连接件
29 主轴切削刃
31 纵向切削边
32 倒圆的楔角
33 横向切削边
35 凹进的切削刃根部
37 成型齿
39 纵向切削边
43 横向切削边
45 圆形路径
47、49 刀具横截面
51 刀具通道
61 常规的钻孔工具
63、65 第三和第四切削元件
SK1，SK2 切削轮廓
B 缸孔轴
R 刀具旋转轴
α 楔角
β 螺距
Δr 径向偏移量
fA 进给量
nA 转速
I 粗糙化行程
II 反向行程
dZ 缸孔直径
dK 切削轮廓直径
dS 主轴切削直径
dP 齿轮廓直径
tB 钻孔深度
dN 槽底直径
dG 切削根部直径
w1至w4 切削元件的切削路径
a，b，c 分隔间距
H，H1，H2，H3 高度位置
s 切割宽度

Claims (14)

1.一种用于对工件-缸孔(3)进行机械粗糙化的粗糙化刀具，该工件-缸孔在轴向方向上过渡到刀具通道(5)中，尤其是珩磨通道中，其中在粗糙化步骤中，该粗糙化刀具以进给量(fA)并以与之同步的转速(nA)下降到缸孔(3)中，以便在切削加工的情况下，粗糙化刀具在缸孔(3)的内壁中产生螺旋形的粗糙结构(9)，其中在粗糙化行程(I)结束时，粗糙化刀具无负荷地布置在刀具通道(5)中，并在那里空转一径向偏移量(Δr)以准备反向行程(II)，因此在反向行程(II)中，粗糙化刀具能够无负荷地以及与粗糙结构(9)脱离啮合地从缸孔(3)移出，其特征在于，粗糙化刀具至少具有第一切削元件(17)和第二切削元件(19)，第一切削元件和第二切削元件在刀具周向上彼此间隔开一楔角(α)，以及两个切削元件(17、19)在粗糙化步骤中在切削加工的情况下在缸孔(3)的内壁中产生粗糙结构(9)。
2.根据权利要求1所述的粗糙化刀具，其特征在于，如此确定楔角(α)的大小，使得在反向行程(II)中，粗糙化刀具连同两个切削元件(17、19)能够无负荷地以及与粗糙结构(9)脱离啮合地从缸孔(3)中移出。
3.根据权利要求1或2所述的粗糙化刀具，其特征在于，在两个第一和第二切削元件(17、19)之间沿刀具周向布置有至少一个第三切削元件(63、65)，以用于产生粗糙结构(9)。
4.根据权利要求1、2或3所述的粗糙化刀具，其特征在于，第一和/或第二切削元件(17、19)具有径向外部的、沿轴向延伸的切削轮廓(SK1、SK2)，以及所述切削轮廓(SK1、SK2)尤其具有至少一个，尤其是多个沿轴向彼此通过齿间距间隔开的成型齿(37)。
5.根据权利要求4所述的粗糙化刀具，其特征在于，第一和/或第二切削元件(17、19)的切削轮廓(SK1、SK2)具有至少一个主轴切削刃(29)，通过该主轴切削刃能扩大缸孔直径(dz)。
6.根据权利要求4或5所述的粗糙化刀具，其特征在于，成型齿(37)从切削刃根部(35)径向向外突出一齿高，和/或成型齿(37)具有径向外部的、轴向延伸的纵向切削边(39)，该纵向切削边沿轴向在切削尖的两侧过渡到径向延伸的横向切削边(43)中，所述横向切削边分别过渡到切削刃根部。
7.根据权利要求5或6所述的粗糙化刀具，其特征在于，主轴切削刃(29)在刀具径向方向上以一超出量径向向外伸出于成型齿(37)。
8.根据权利要求5、6或7所述的粗糙化刀具，其特征在于，切削元件(17)仅仅具有至少一个主轴切削刃(29)，而没有成型齿，以及另一切削元件(19)仅具有至少一个成型齿(37)，而不具有主轴切削刃。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的粗糙化刀具，其特征在于，主轴切削刃(29)和/或成型齿(37)以任意数量和/或任何轴向顺序分配给第一切削元件(17)和/或第二切削元件(19)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的粗糙化刀具，其特征在于，粗糙化刀具的切削轮廓(SK1、SK2)在具有切削轮廓直径(dK)的切削轮廓圆形路径(45)上运动，和/或楔角(α)小于180°，尤其是小于或等于120°。
11.根据权利要求10所述的粗糙化刀具，其特征在于，粗糙化刀具在刀具头部(15)处具有刀具基体(13)，在刀具基体的外周上布置有第一和第二切削元件(17、19)；以及尤其是刀具横截面(47)在由楔角(α)覆盖的旋转角度区域外径向向内减小，更确切地说是在刀具外周和切削轮廓圆形路径(45)之间形成刀具通道(51)的情况下；以及刀具通道(51)在空移时沿径向被部分占用。
12.根据前述权利要求中任一项所述的粗糙化刀具，其特征在于，至少两个切削元件(17、19、63、65)沿轴向以不同的高度位置(H、H1、H2、H3)，也就是说相对彼此具有轴向高度偏移量地布置在粗糙化刀具上；以及如此确定切削元件(17、19、63、65)之间的轴向高度偏移量的大小，使得每个切削元件的切削元件负荷大致相同，也就是说每个切削元件的进给量(vfz)(齿进给)相同。
13.根据权利要求12所述的粗糙化刀具，其特征在于，切削元件(17、19、63、65)的高度位置(H、H1、H2、H3)能够借助于如下公式确定：
Figure FDA0002377144580000031
Figure FDA0002377144580000032
Figure FDA0002377144580000033
Figure FDA0002377144580000034
....，
其中，
z切削元件的数量
vfz每个切削元件的进给量
D粗糙化刀具直径
a，b，c，...切削元件之间的分隔间距。
14.一种用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的粗糙化刀具对工件-缸孔进行机械粗糙化的方法。
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