CN1626312A - 珩磨孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述一种珩磨孔(3)的方法,该孔具有两个在孔(3)的轴向方向上前后相连的孔段(4,5),孔段的待加工面具有不同的硬度。珩磨工具(1)径向支承在未淬硬的孔段(4)里,而用装在珩磨工具(1)上的珩磨条(10)对淬硬的孔段(5)进行加工并因而磨掉材料。珩磨条(10)的进给调整以力控的电动机械式进给方式进行并且至少在珩磨加工快结束时连续改变珩磨工具的工作行程。
Description
技术领域
本发明涉及珩磨孔且尤其是内燃发动机曲轴箱的气缸孔的方法。
背景技术
在载重汽车发动机中,往往将离心铸成的气缸衬套用作气缸工作面,因为这种材料比发动机组材料耐磨。但这样的气缸衬套导致较高的成本,这不仅指在制造方面,而且指在发动机组安装方面。因此,早有人建议在活塞运动的上换向区中对发动机组里的气缸工作面进行局部淬火,以便由此获得更高的耐磨性。因而可以放弃单独的气缸衬套。至于淬火,例如可以考虑借助激光的方法,更经济或成本更低的另一可选方案是感应淬火。在感应淬火时出现了非同心的孔收缩,这种孔收缩排除了常见的珩磨加工。
为加工曲轴箱中的局部淬硬的在气缸孔,已经研究出了同轴珩磨技术,这例如已在EP 0535201 B1或VD1-Z(德国工程师协会杂志)第6期(2001)第49页的由U.克林克和G.弗劳莱思所著的文章“Honen-Fortschritte durch optimierte Werkzeuge und Prozesse”中描述了。在这篇文章中描述的工具有两组珩磨条,它们可以相互独立地径向进给。下组珩磨条装有硬金属导向板条,它们紧贴在预加工出的孔壁上。因而,该工具朝向孔轴线方向地位于中心位置上。上组珩磨条的金刚石珩磨条随后被张开并加工有断面收缩的淬硬孔段。这两组珩磨条的进给及其扩张是分开进行的。导向板条的进给例如可以通过液压方式实现,相反,金刚石板条则以电动机械方式被进给。
发明内容
本发明的目的在于优化具有淬硬段的孔的珩磨加工。因而,本发明的任务是如此改进珩磨孔且尤其是内燃发动机曲轴箱的气缸孔的方法,从而使珩磨加工能够更有效且尺寸精度更高地进行。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的珩磨孔的方法来完成。
根据该方法的一个有利改进方案,珩磨工具的工作行程改变在硬度较小的相邻孔段处进行。通过这一措施,在珩磨过的孔段和未珩磨的孔段之间的也就是在软孔段和淬硬孔段之间获得逐步过渡。本发明方法的另一改进方案在于,珩磨工具的工作行程的改变可以朝向淬硬孔段的一开口端进行。通过这个措施,可使孔口略有改变或可除去已有的毛刺。
就要加工从淬硬孔段到较软孔段的良好过渡部以及还要加工孔口来说,有利的是,珩磨工具工作行程的改变既朝向相邻孔段方向地进行,也朝向淬硬孔段的开口端的方向进行。
可能对某些孔有利的是,孔端有一倒角,因而,珩磨加工相应地在此部位上进行。在精加工中,倒角就是指靠近孔端的向外扩张的轮廓。在这里,孔的形状不是理想的圆柱形。这意味着在孔径在各孔端上增大。这样产生的倒角减轻了随后的珩磨作业的工作,因为在上孔端上只要珩磨掉较少的材料。
当在楔形区即上孔段中进行感应淬火时,不是均匀淬硬,而是根据淬火工具形成了具有柔软的中间空隙的淬硬纵向条。由于在淬硬孔段上有不同的淬硬区,因而珩磨中的磨削率是不同的。为了保持稳定不变的磨粒相对珩磨条接合层的突出程度,可通过不同方式来实现交替变化的转向。在这里可行的是,总在一个加工周期之后进行珩磨工具转向的变换。但可能适当的是,在一个加工周期中进行一次珩磨工具转向变换,例如当达到待磨掉材料层的一半时。另一种可能性是在一个加工周期中进行至少两次转向变换。
还有利的是,一直测量珩磨条的进给力并使之保持在一个上、下极限值的规定带宽内,并且分别在达到进给力下极限值时逐步扩张珩磨条。因而,进给力在整个珩磨过程中始终保持在小的极限范围内,由此避免了珩磨条在孔壁上产生不希望的大压紧力。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行详细说明。附图所示为:
图1是在一具有淬硬孔段的孔中进行同轴珩磨的珩磨工具的纵剖视图;
图2表示在一个绕珩磨工具纵轴线错开一角度的平面里的如图1所示的截面;
图3是珩磨条进给装置的示意图;
图4是珩磨条进给变化过程的曲线图;
图5示意表示行程变化情况;
图6表示图5所示的另一可选的实施形式。
具体实施方式
图1表示一个适用于同轴珩磨的珩磨工具的纵截面。在此,珩磨工具1位于一工件2的一个孔3里,该工件2例如是内燃发动机的曲轴箱。孔3包括一未淬硬的孔段4和一淬硬的孔段5,其中淬硬的孔段5形成在图1的孔3的上端上。淬硬的孔段5例如可以通过感应淬火产生。珩磨工具1包括一个工具头6,它具有可径向扩张的珩磨条10和可径向扩张的导向板条9。导向板条9支承在未淬硬的孔段4的孔壁上,给珩磨条10施加预定的力而压在淬硬孔段的壁上。设有一个用于导向板条9的第一进给装置7和用于珩磨条10的第二进给装置8。第二进给装置8可以是力控的电动机械式步进进给装置。珩磨工具1可以围绕其纵轴线L在一个第一转向24和一个第二转向25上被驱动。
图2表示在一个绕珩磨工具1的纵轴线L偏转一个角度的平面上的、如图1所示的一个截面。在该平面上,在工具头6里有用于基准测量的下空气测量喷嘴11和用于在淬硬孔段5的珩磨加工中进行过程测量的上空气测量喷嘴12。
图3示意表示珩磨条10的进给装置。为控制进给动作,在一主轴17上设有一个测力机构13,它测量将珩磨条10压到待加工表面上的力,其中在珩磨条10和测力机构13之间只有第二进给装置8。就这方面来说,由测力机构13测得的信号对应于珩磨条10上的实际值。进给装置还包括一个步进电机14,其输出轴作用于一齿轮15,该齿轮与另一齿轮16啮合,其中齿轮16支承在主轴17上。一旦需要继续进给并给步进电机14发出一相应信号,则步进电机14使齿轮15旋转一定转角,在此使另一齿轮16也旋转起来并因而使主轴17(在图3中看)向下运动。因此,珩磨条10按照规定程度径向张开。
图4是珩磨条进给变化过程的曲线图,就是说,与随珩磨加工时间的进给力有关的曲线图。在该曲线图中,F表示进给力变化曲线,它画在时间轴t上。在相同的时间过程t中,标记s表示进给行程。为进给力标出了一个额定值范围20,它由一上极限值18和一下极限值19限定。如图所示,额定值范围20保持在一个较窄极限范围内。力控的电动机械式珩磨条进给是工具进给的一种特别适用的与方法相关的技术。它合理地将形状配合的步进式工具扩张特点与传力配合的永久作用的进给装置的功能结合起来。
进给支路的构造如图3所示地包括步进电机14、一用于将转动转换成轴向运动的带齿轮15、16的传动齿轮箱、一在丝杠或主轴17与珩磨工具1的进给装置8之间的测力机构13。力控的电动机械式样进给如图4所示在整个珩磨过程中将进给力稳定保持在小极限范围内,也就是在上极限值18和下极限值19之内保持不变。因而,近似不变的进给力F作用在孔壁和珩磨条工作面上。只要进给力F位于规定的额定值范围内,就没有进一步的扩张。只有当进给力F随着切削的进行而降低并因而达到下极限值19时,才进一步扩张,必要时分步进行,如图4所示的那样,直至达到进给力F的上极限值。因而,避免了进给压力的连续升高并获得了高的尺寸精度和形状精度,因为进给行程s和磨蚀量尽量是相同的。
若在规定进给力F下达到在珩磨程序中预定的或算出的扩张行程s,就中断珩磨操作。因此,不仅扩张行程对断开程度很重要,而且在断开时作用在珩磨条工作面上的力也很重要。因而,可以实现高的尺寸精度,它在个别情况下可能达到±0.2μm。因而,可以在某些条件下在第一次珩磨作业中无附加的在线加工测量装置或二次加工测量装置地并可靠地在几微米内加工齿轮、连杆孔或气缸孔。
同轴珩磨的加工作业在孔的形状偏差部位里进行,这种偏差在本实施中是因淬火变形而产生的。它表现为孔的偏心收缩,如图1所示的那样。为了从未淬硬部位到淬硬部位地逐步过渡,例如可以使用如图5所示的方式。
图5用剖视图表示工件2的具有孔段4、5的孔3。主要的磨削首先用初始行程位置来实现。在这里,加工区上限为孔边缘,如由上行程位置10.1表示的那样。另外,加工区下限由在行程反向点上的珩磨条10下边缘构成,它位于从淬硬孔段5至未淬硬孔段4的过渡部位里并用10.2表示为下行程位置。为了在珩磨的和未珩磨的部位之间即在孔3的较软孔段4和淬硬孔段5之间实现逐步过渡,总是使最后加工行程向下面增大几毫米。这种行程位置的下移在图5里通过在如10.2所示的反向点上的珩磨条10位置变化来表示。因而,珩磨条10的工作区超出了以前已加工的区域并转入孔3的以前未加工的区域里。因而,能够实现无级过渡。
图6表示了图5所示方案的一变型实施形式,其中在图6中,孔3的淬硬孔段5是这样加工的,即在珩磨作业快结束时,通过使换向点进一步离开淬硬孔段5而使上行程位置10.1不断改变。当然,这种朝向孔3开口端23的行程移动也可以与图5所示的下行程位置10.2的移动组合起来。根据在加工周期中的进行这种改变的时刻,也就是说已经明显在珩磨加工结束之前,并且根据这种移动的绝对值和/或压紧力的绝对值,孔3可以在开口端23处被制造成倒圆的轮廓22,它在图6中用虚线表示,因此,得到了孔3的倒角21。
如上所述,如图1所示的珩磨工具交替地在两个转向上被驱动。转向反向的时刻可按照预期的珩磨加工持续时间来定,因而当加工周期较短时,总是在一个周期结束后改变转向就够了。若加工周期较长,则应该在周期中改变转向,在这里,可根据需要进行一次变向,或者也可以进行多次变向。
Claims (10)
1.一种珩磨孔(3)且尤其是内燃发动机的曲轴箱的气缸孔的方法,所述孔具有两个在孔(3)的轴向方向前后接续的且可能不是同心的孔段(4,5),所述孔段的待加工表面具有不同的硬度,这些孔先经过预加工并接着被局部淬硬,其中,借助布置在一珩磨工具(1)里的导向板条(9)使珩磨工具(1)径向支承在一个孔段(4)里,而用装在珩磨工具(1)上的珩磨条(10)对淬硬的孔段(5)进行加工并因而磨掉材料,其中导向板条(9)的进给与珩磨条(10)的进给无关地进行,并且珩磨条(10)的进给调整以力控的电动机械进给方式来进行,并且珩磨工具(1)的工作行程至少在珩磨加工快结束时被连续改变,该珩磨工具(1)按照一个规定的进给方式被扩张开。
2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,珩磨工具(1)交替地以变化的转向被驱动。
3.按权利要求1所述的方法,其特征在于,珩磨工具(1)的工作行程在孔(3)的具有较小硬度的相邻孔段(4)处改变。
4.按权利要求1所述的方法,其特征在于,珩磨工具(1)的工作行程的改变朝向淬硬孔段(5)的开口端(23)进行。
5.按权利要求1所述的方法,其特征在于,珩磨工具(1)的工作行程的改变不仅朝向相邻的孔(3)段(4)地进行,而且朝向淬硬孔段(5)开口端(23)地进行。
6.按权利要求1所述的方法,其特征在于,在淬硬部位的开口端(23)上,给该孔(3)加工出一个倒角(21)。
7.按权利要求2所述的方法,其特征在于,分别在一个加工周期之后进行珩磨工具的转向变换。
8.按权利要求2所述的方法,其特征在于,在一个加工周期里变换一次珩磨工具(1)的转向,例如在达到要磨掉的材料层的一半时。
9.按权利要求2所述的方法,其特征在于,在一个加工周期中进行至少两次转向变换。
10.按权利要求1所述的方法,其特征在于,连续测量该珩磨条的进给力并使之保持在上、下极限值(18,19)的预定带宽里并且该珩磨条(10)的扩张分别在达到进给力(F)的下极限值(19)时分步进行。
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