Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit zylindrischer Oberfläche und ein Verfahren.The present invention relates to a cylindrical surface cutting tool and a method.
Automobilmotorblöcke weisen eine Anzahl von Motorzylinderbohrungen auf. Die innere Oberfläche jeder Motorbohrung wird derart maschinell bearbeitet, dass die Oberfläche zur Verwendung in Automobilanwendungen geeignet ist, z. B. eine geeignete Verschleißbeständigkeit und Festigkeit aufweist. Das maschinelle Bearbeitungsverfahren kann das Aufrauen der inneren Oberfläche und das anschließende Aufbringen einer Metallbeschichtung auf die aufgeraute Oberfläche und das anschließende Honen der Metallbeschichtung zum Erhalt einer endbearbeiteten inneren Oberfläche beinhalten. Verschiedene Oberflächenaufrauungstechniken sind im Stand der Technik bekannt, aber sie haben alle ein oder mehrere Nachteile oder Kehrseiten.Automotive engine blocks have a number of engine cylinder bores. The inner surface of each engine bore is machined such that the surface is suitable for use in automotive applications, e.g. B. has a suitable wear resistance and strength. The machining process may include roughening the inner surface and then applying a metal coating to the roughened surface and then honing the metal coating to obtain a finished inner surface. Various surface roughening techniques are known in the art, but they all have one or more disadvantages or backsides.
Es wird ein Verfahren zum Schneiden eines Profils in eine zylindrische Oberfläche offenbart. Das Verfahren umfasst gleichzeitiges Interpolieren eines axialen Abschnitts der zylindrischen Oberfläche unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs zum Bilden eines Profils mit mehreren Ringnuten und einer Tasche mit einem Radius, der größer ist als die zylindrische Oberfläche vor dem Interpolationsschritt.A method of cutting a profile into a cylindrical surface is disclosed. The method includes simultaneously interpolating an axial portion of the cylindrical surface using a cutting tool to form a profile having a plurality of annular grooves and a pocket having a radius greater than the cylindrical surface prior to the interpolation step.
Die flachen Spitzen können zwischen benachbarten Nuten gebildet werden, und das Verfahren kann ferner Verformen jeder flachen Spitze zur Bildung eines hinterschnittenen Bereichs umfassen. Das Verfahren kann ferner Bilden der zylindrischen Oberfläche durch Vorbohren einer ungehonten zylindrischen Oberfläche umfassen. Die zylindrische Oberfläche kann eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung sein. Das Schneidwerkzeug kann einen zylindrischen Schneidkörper enthalten, der Schneidelemente aufweist und in einer Spindel angebracht werden kann. Bei einer Ausführungsform umfasst der gleichzeitige Interpolationsschritt Drehen des zylindrischen Schneidkörpers bezüglich der Spindel mit einer Drehzahl. Die Drehzahl kann mindestens 4.500 U/min betragen. Der gleichzeitige Interpolationsschritt kann Drehen der Spindel um die Achse der zylindrischen Fläche umfassen. Die Drehzahl kann mindestens 0,15 Millimeter pro Umdrehung betragen. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Nutschneidzähne rechteckige Taschen- und Nutschneidzähne sein.The flat tips may be formed between adjacent grooves, and the method may further comprise deforming each flat tip to form an undercut region. The method may further include forming the cylindrical surface by pre-drilling an unhoused cylindrical surface. The cylindrical surface may be an aluminum or magnesium alloy. The cutting tool may include a cylindrical cutting body having cutting elements and may be mounted in a spindle. In one embodiment, the simultaneous interpolation step comprises rotating the cylindrical cutter body at a speed relative to the spindle. The speed can be at least 4,500 rpm. The simultaneous interpolation step may include rotating the spindle about the axis of the cylindrical surface. The speed can be at least 0.15 millimeters per revolution. In one or more embodiments, the groove cutting teeth may be rectangular pocket and groove cutting teeth.
Der Verformungsschritt kann durch Verwendung eines Schlagwerkzeugs mit mehreren Reliefoberflächen durchgeführt werden. Der Verformungsschritt kann Drehen des Schlagwerkzeugs mit einer Drehzahl umfassen. Die Schneidelemente können zwei oder mehr axiale Reihen von Schneidelementen umfassen.The deformation step can be performed by using a percussion tool having multiple relief surfaces. The deforming step may include rotating the percussion tool at a speed. The cutting elements may comprise two or more axial rows of cutting elements.
Es wird ein Verfahren zum Schneiden eines Profils in eine innere Oberfläche einer Zylinderbohrung offenbart. Die innere Oberfläche weist einen axialen Hubbereich und einen axialen Nichthubbereich auf. Das Verfahren umfasst Interpolieren des axialen Nichthubbereichs unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs zum Bilden eines Profils mit mehreren Ringnuten. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Nenndurchmesser des axialen Hubbereichs größer als der des axialen Nichthubbereichs. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der axiale Nichthubbereich zwei diskontinuierliche axiale Breiten der Zylinderbohrung auf, und der axiale Hubbereich erstreckt sich dazwischen. Das Seitenverhältnis der Tiefe der Ringnuten zur Breite der Ringnuten kann 0,5 oder weniger betragen. Die mehreren Ringnuten können mehrere rechteckige Ringnuten sein.A method for cutting a profile into an inner surface of a cylinder bore is disclosed. The inner surface has an axial stroke region and an axial non-stroke region. The method includes interpolating the axial non-stroke range using a cutting tool to form a profile having a plurality of annular grooves. In one or more embodiments, the nominal diameter of the axial stroke range is greater than that of the axial non-stroke range. In one or more embodiments, the axial non-stroke region has two discontinuous axial widths of the cylinder bore, and the axial stroke region extends therebetween. The aspect ratio of the depth of the annular grooves to the width of the annular grooves may be 0.5 or less. The plurality of annular grooves may be a plurality of rectangular annular grooves.
Es wird ein Verfahren zum Schneiden eines Profils in eine Zylinderbohrungsoberfläche offenbart. Das Verfahren umfasst Bilden eines Profils mit mehreren Ringnuten und mehreren Spitzen dazwischen und Abschneiden eines oberen Abschnitts der mehreren ringförmigen Spitzen zum Reduzieren der Höhe der ringförmigen Spitzen.A method of cutting a profile into a cylinder bore surface is disclosed. The method includes forming a profile having a plurality of annular grooves and a plurality of peaks therebetween and cutting off an upper portion of the plurality of annular peaks to reduce the height of the annular peaks.
Es zeigen: 1A eine Draufsicht einer Verbindungs- oder Deckfläche eines beispielhaften Motorblocks eines Verbrennungsmotors;Show it: 1A a plan view of a connecting or top surface of an exemplary engine block of an internal combustion engine;
1B eine isolierte Querschnittsansicht einer Zylinderbohrung entlang der Linie 1B-1B aus 1A; 1B an isolated cross-sectional view of a cylinder bore along the line 1B-1B 1A ;
2A einen Vorbohrungsschritt, in dem eine unbearbeitete innere Zylinderbohrungsoberfläche auf einen bestimmten Durchmesser gebohrt wird; 2A a pre-drilling step in which an unprocessed inner cylinder bore surface is drilled to a certain diameter;
2B einen Interpolationsschritt, in dem unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs ein Hubbereich bearbeitet wird, um eine versenkte innere Oberfläche mit einer Tasche und Oberflächenringnuten zu erzeugen; 2 B an interpolation step in which a stroke range is machined using a cutting tool to produce a recessed inner surface having a pocket and surface annular grooves;
2C einen Verformungsschritt, in dem flache Spitzen zwischen benachbarten Nuten verformt werden, um verformte Spitzen zu erhalten; 2C a deforming step in which flat tips are deformed between adjacent grooves to obtain deformed tips;
2D einen Interpolationsschritt, in dem unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs ein oder mehrere Nichthubbereiche bearbeitet werden, um Ringnuten zu bilden; 2D an interpolation step in which one or more non-stroke areas are machined using a cutting tool to form annular grooves;
2E eine vergrößerte schematische Ansicht von Ringnuten, die in den Nichthubbereichen einer Motorbohrung ausgebildet sind; 2E an enlarged schematic view of annular grooves formed in the non-stroke areas of a motor bore;
3A eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform; 3A a perspective view of a cutting tool according to an embodiment;
3B eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs, die eine obere axiale Reihe von Schneidelementen darstellt; 3B a plan view of a cutting tool, which represents an upper axial row of cutting elements;
3C, 3D und 3E schematische Querschnittsansichten erster und zweiter Nutschneidelemente und Taschenscheidelemente entlang der Linien 3C-3C, 3D-3D bzw. 3E-3E aus 3A; 3C . 3D and 3E schematic cross-sectional views of first and second groove cutting elements and pocket dividing elements along the lines 3C-3C, 3D-3D and 3E-3E, respectively 3A ;
3F einen Zylinderschaft zum Befestigen eines Schneidwerkzeugs in einem Werkzeughalter gemäß einer Ausführungsform; 3F a cylindrical shaft for fixing a cutting tool in a tool holder according to an embodiment;
4A eine schematische Draufsicht einer Zylinderbohrung gemäß einer Ausführungsform; 4A a schematic plan view of a cylinder bore according to an embodiment;
4B eine schematische Seitenansicht einer Zylinderbohrung aus 4B gemäß einer Ausführungsform; 4B a schematic side view of a cylinder bore 4B according to an embodiment;
5 eine auseinandergezogene fragmentierte Ansicht der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung vor, während und nach einem Interpolationsschritt; 5 an exploded fragmented view of the inner surface of the cylinder bore before, during and after an interpolation step;
6A, 6B und 6C ein Schlagwerkzeug gemäß einer Ausführungsform; und 6A . 6B and 6C a striking tool according to an embodiment; and
7 eine vergrößerte Querschnittsansicht der inneren Oberfläche einer Zylinderbohrung. 7 an enlarged cross-sectional view of the inner surface of a cylinder bore.
Nun wird ausführlich auf Ausführungsformen Bezug genommen, die den Erfindern bekannt sind. Man wird jedoch verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind spezifische hierin offenbarte Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren.Reference will now be made in detail to embodiments which are known to the inventors. It will be understood, however, that the disclosed embodiments are merely exemplary of the present invention, which may be embodied in various and alternative forms. Therefore, specific details disclosed herein are not to be construed as limiting, but only as a representative basis for teaching a person skilled in the art various applications of the present invention.
Sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Materialmengen angeben, als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen, um den weitesten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.Unless expressly stated otherwise, all numerical quantities in this specification indicating amounts of material are to be understood as modified by the word "about" to describe the broadest scope of the present invention.
Automobilmotorblöcke weisen eine Anzahl von Motorzylinderbohrungen auf. Die innere Oberfläche jeder Motorbohrung wird derart maschinell bearbeitet, dass die Oberfläche zur Verwendung in Automobilanwendungen geeignet ist, z. B. eine geeignete Verschleißbeständigkeit und Festigkeit aufweist. Das maschinelle Bearbeitungsverfahren kann das Aufrauen der inneren Oberfläche und das anschließende Aufbringen einer Metallbeschichtung auf die aufgeraute Oberfläche und das anschließende Honen der Metallbeschichtung zum Erhalt einer endbearbeiteten inneren Oberfläche mit der erforderlichen Festigkeit und Verschleißbeständigkeit beinhalten. Als Alternative kann ein Auskleidungsmaterial mit erforderlichen Festigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften auf die nicht endbearbeitete innere Oberfläche der Motorbohrung aufgebracht werden. Hierin offenbarte Ausführungsformen stellen Schneidwerkzeuge und Verfahren zum Aufrauen der inneren Oberfläche von Zylinderbohrungen, z. B. Motorbohrungen bereit, um die Adhäsion und Haftung einer anschließend aufgebrachten Metallbeschichtung, z. B. thermischer Spritzbeschichtungen auf die innere Oberfläche zu verbessern. Dementsprechend kann die endbearbeitete innere Oberfläche eine verbesserte Festigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen.Automotive engine blocks have a number of engine cylinder bores. The inner surface of each engine bore is machined such that the surface is suitable for use in automotive applications, e.g. B. has a suitable wear resistance and strength. The machining process may include roughening the inner surface and then applying a metal coating to the roughened surface and then honing the metal coating to obtain a finished inner surface having the required strength and wear resistance. Alternatively, a lining material having required strength and wear resistance properties may be applied to the unfinished inner surface of the engine bore. Embodiments disclosed herein provide cutting tools and methods for roughening the inner surface of cylinder bores, e.g. B. engine bores ready to the adhesion and adhesion of a subsequently applied metal coating, for. B. thermal spray coatings on the inner surface to improve. Accordingly, the finished inner surface may have improved strength and wear resistance.
1A zeigt eine Draufsicht einer Verbindungsfläche eines beispielhaften Motorblocks 100 eines Verbrennungsmotors. Der Motorblock weist Zylinderbohrungen 102 auf. 1B stellt eine isolierte Querschnittsansicht einer Zylinderbohrung 102 entlang der Linie 1B-1B aus 1A dar. Die Zylinderbohrung 102 weist einen inneren Oberflächenabschnitt 104 auf, der aus einem Metallmaterial wie, jedoch ohne Einschränkung, Aluminium, Magnesium oder Eisen oder eine Legierung davon oder Stahl gebildet sein kann. In bestimmten Anwendungen kann aufgrund ihres im Vergleich zu Stahl oder Eisen relativ leichten Gewichts eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung verwendet werden. Die relativ leichten Aluminium- oder Magnesiumlegierungsmaterialien können eine Reduzierung der Motorgröße und des Motorgewichts ermöglichen, sodass die Motorleistung und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden können. 1A shows a plan view of a connection surface of an exemplary engine block 100 an internal combustion engine. The engine block has cylinder bores 102 on. 1B represents an isolated cross-sectional view of a cylinder bore 102 along the line 1B-1B 1A dar. The cylinder bore 102 has an inner surface portion 104 which may be formed of a metal material such as, but not limited to, aluminum, magnesium or iron or an alloy thereof or steel. In certain applications, an aluminum or magnesium alloy may be used due to its relatively light weight compared to steel or iron. The relatively lightweight aluminum or magnesium alloy materials can enable a reduction in engine size and weight, thereby improving engine performance and fuel economy.
2A, 2B, 2C, 2D und 2E stellen Querschnittsansichten einer inneren Oberfläche einer Zylinderbohrung dar, die sich auf Schritte eines Verfahrens zum Aufbringen eines Profils auf die innere Oberfläche der Zylinderbohrung beziehen. 2A stellt einen Vorbohrungsschritt dar, in dem eine unbearbeitete innere Oberfläche 200 einer Zylinderbohrung auf einen Durchmesser gebohrt wird, der geringer als der Durchmesser des endbearbeiteten, z. B. gehonten Durchmessers der inneren Oberfläche ist. In einigen Variationen beträgt die Differenz im Hinblick auf den Durchmesser 150 bis 250 Mikrometer (µm). In anderen Variationen beträgt die Differenz im Hinblick auf den Durchmesser 175 bis 225 Mikrometer. In einer Variation beträgt die Differenz im Hinblick auf den Durchmesser 200 Mikrometer. 2A . 2 B . 2C . 2D and 2E FIG. 12 illustrates cross-sectional views of an inner surface of a cylinder bore relating to steps of a method of applying a profile to the inner surface of the cylinder bore. 2A represents a pre-drilling step in which an unprocessed inner surface 200 a cylinder bore is drilled to a diameter which is less than the diameter of the finished, z. B. honed diameter of the inner surface. In some variations, the difference in diameter is 150 to 250 microns (μm). In other variations, the difference in diameter is 175 to 225 microns. In one variation, the difference in diameter is 200 microns.
2B stellt einen Interpolationsschritt dar, in dem ein Hubbereich 202 in die vorgebohrte innere Oberfläche 200 unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs bearbeitet wird. Eine auf Interpolation basierende Aufrauung kann mit einem Schneidwerkzeug erzielt werden, das für Zylinderbohrung mit variierendem Durchmesser geeignet ist. Das Schneidwerkzeug kann zum Aufrauen nur eines ausgewählten Teils der Bohrung wie des Ringhubbereichs der Bohrung verwendet werden. Das Aufrauen nur des Ringhubbereichs der Bohrung kann die Beschichtungszykluszeit, den Materialverbrauch, die Honzeit und die Überspritzung des Kurbelgehäuses verringern. 2 B represents an interpolation step in which a stroke range 202 into the pre-drilled inner surface 200 using a Cutting tool is processed. An interpolation-based roughening can be achieved with a cutting tool suitable for cylinder bore of varying diameter. The cutting tool can be used to roughen only a selected portion of the bore, such as the ring stroke range of the bore. Roughening only the ring lift area of the bore can reduce the coating cycle time, material consumption, honing time, and over-molding of the crankcase.
Die Länge des Hubbereichs entspricht der Entfernung, die ein Kolben in der Motorbohrung zurücklegt. In einigen Variationen beträgt die Länge des Hubbereichs 202 90 bis 150 Millimeter. In einer Variation beträgt die Länge des Hubbereichs 202 117 Millimeter. Die Hubbereichsoberfläche ist derart hergestellt, dass sie durch Kolbenhub verursachtem Verschleiß standhält. Das Schneidwerkzeug bildet Ringnuten 204 (wie in dem vergrößerten Bereich 208 aus 2B dargestellt) und eine Tasche 206 in dem Hubbereich 202. Man wird verstehen, dass die Anzahl der in dem vergrößerten Bereich 208 dargestellten Nuten rein beispielhaft ist. Die Abmessung 210 stellt die Tiefe der Tasche 206 dar. Die Abmessung 212 stellt die Tiefe der Ringnuten 204 dar. In einigen Variationen beträgt die Nuttiefe 100 bis 140 Mikrometer. In einer anderen Variation beträgt die Nuttiefe 120 Mikrometer. In einigen Variationen beträgt die Taschentiefe 200 bis 300 Mikrometer. In einer anderen Variation beträgt die Taschentiefe 250 Mikrometer.The length of the stroke range corresponds to the distance covered by a piston in the engine bore. In some variations, the length of the stroke range is 202 90 to 150 millimeters. In one variation, the length of the stroke range is 202 117 millimeters. The Hubbereichsoberfläche is made such that it withstood by Kolbenhub caused wear. The cutting tool forms annular grooves 204 (as in the enlarged area 208 out 2 B shown) and a bag 206 in the stroke area 202 , One will understand that the number of in the enlarged area 208 shown grooves is purely exemplary. The dimension 210 represents the depth of the bag 206 dar. The dimension 212 represents the depth of the ring grooves 204 In some variations, the groove depth is 100 to 140 microns. In another variation, the groove depth is 120 microns. In some variations, the pocket depth is 200 to 300 microns. In another variation, the pocket depth is 250 microns.
Die vorgebohrte innere Oberfläche 200 weist auch Nichthubabschnitte 214 und 216 auf. Diese Bereiche liegen außerhalb der axialen Hubstrecke des Kolbens. Die Abmessungen 218 und 220 zeigen die Länge von Nichthubabschnitten 214 und 216. In einigen Variationen beträgt die Länge des Nichthubbereichs 214 2 bis 7 Millimeter. In einer Variation beträgt die Länge des Nichthubbereichs 214 3,5 Millimeter. In einigen Variationen beträgt die Länge des Nichthubbereichs 216 5 bis 25 Millimeter. In einer Variation beträgt die Länge des Nichthubbereichs 216 17 Millimeter. Das Schneidwerkzeug und der Interpolationsschritt werden nachstehend ausführlicher beschrieben.The pre-drilled inner surface 200 also has non-lift sections 214 and 216 on. These areas are outside the axial stroke of the piston. The dimensions 218 and 220 show the length of non-lift sections 214 and 216 , In some variations, the length is the non-stroke area 214 2 to 7 millimeters. In one variation, the length of the non-stroke area is 214 3.5 millimeters. In some variations, the length is the non-stroke area 216 5 to 25 millimeters. In one variation, the length of the non-stroke area is 216 17 millimeters. The cutting tool and the interpolation step will be described in more detail below.
2C stellt einen Verformungsschritt dar, in dem flache Spitzen zwischen benachbarten Nuten 204 verformt werden, um verformte Spitzen 222 zu erhalten, wobei jede Spitze 222 ein Paar Hinterschnitte 224 aufweist, wie in dem vergrößerten Bereich 226 aus 2C dargestellt. Man wird verstehen, dass die Anzahl der verformten Spitzen, die in dem vergrößerten Bereich 226 dargestellt sind, rein beispielhaft ist. Der Verformungsschritt kann mittels eines Schlagwerkzeugs ausgeführt werden. Das Schlagwerkzeug und der Verformungsschritt werden nachstehend ausführlicher beschrieben. 2C represents a deformation step in which flat tips between adjacent grooves 204 be deformed to deformed peaks 222 to get, with each tip 222 a pair of undercuts 224 as in the enlarged area 226 out 2C shown. It will be understood that the number of deformed peaks in the enlarged area 226 are purely exemplary. The deformation step can be carried out by means of a striking tool. The impact tool and the deformation step will be described in more detail below.
2D stellt einen Interpolationsschritt dar, in dem ein oder mehrere Nichthubbereiche 214 und 216 mit einem Schneidwerkzeug bearbeitet werden, um Ringnuten 228 zu bilden, wie in dem vergrößerten Bereich 230 aus 2E dargestellt. Flache Spitzen 232 erstrecken sich zwischen den Ringnuten 228. Man wird verstehen, dass die Anzahl der in dem vergrößerten Bereich 230 dargestellten Nuten rein beispielhaft ist. In einer Ausführungsform bilden die Nuten eine quadratische Wellenform einer gleichförmigen Abmessung. In einigen Variationen beträgt die Abmessung 25 bis 100 Mikrometer. In einer Variation beträgt die Abmessung 50 Mikrometer. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, kann das Schneidwerkzeug ein Profil von Nuten in einem oder mehreren Nichthubbereichen 214 und 216 bilden. 2D represents an interpolation step in which one or more non-stroke areas 214 and 216 be machined with a cutting tool to annular grooves 228 to form, as in the enlarged area 230 out 2E shown. Flat tips 232 extend between the annular grooves 228 , One will understand that the number of in the enlarged area 230 shown grooves is purely exemplary. In one embodiment, the grooves form a square waveform of uniform dimension. In some variations, the dimension is 25 to 100 micrometers. In one variation, the dimension is 50 microns. As described in more detail below, the cutting tool may have a profile of grooves in one or more non-stroke areas 214 and 216 form.
3A stellt eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs 300 gemäß einer Ausführungsform dar. Das Schneidwerkzeug 300 weist einen Zylinderkörper 302 und eine erste, zweite, dritte und vierte axiale Reihe 304, 306, 308, 310 von Schneidelementen auf. Der Zylinderkörper 302 kann aus Stahl oder gesintertem Wolframcarbid gebildet sein. Die Schneidelemente können aus einem Schneidwerkzeugmaterial gebildet sein, das zur maschinellen Bearbeitung von Aluminium- oder Magnesiumlegierungen geeignet ist. Die Überlegungen zur Auswahl solcher Materialien schließen ohne Einschränkung die chemische Kompatibilität und/oder Härte ein. Zu nicht einschränkenden Beispielen solcher Materialien gehören ohne Einschränkung Schnellarbeitsstahl, gesintertes Wolframcarbid oder polykristalliner Diamant. Jede axiale Reihe 304, 306, 308 und 310 weist 6 Schneidelemente auf. Wie in 3A dargestellt, sind die 6 Schneidelemente von benachbarten Schneidelementen radial gleichmäßig beabstandet. Mit anderen Worten sind die sechs Schneidelemente bei 0, 60, 120, 180, 240 und 300 Grad um den Umfang des Zylinderkörpers 302 angeordnet. Wenngleich 6 Schneidelemente in 3A dargestellt sind, kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Schneidelementen verwendet werden. In bestimmten Variationen werden 2 bis 24 Schneidelemente benutzt. 3A represents a perspective view of a cutting tool 300 according to one embodiment. The cutting tool 300 has a cylinder body 302 and first, second, third and fourth axial rows 304 . 306 . 308 . 310 of cutting elements. The cylinder body 302 may be formed of steel or sintered tungsten carbide. The cutting elements may be formed from a cutting tool material suitable for machining aluminum or magnesium alloys. The considerations for selecting such materials include, without limitation, chemical compatibility and / or hardness. Non-limiting examples of such materials include, without limitation, high speed steel, sintered tungsten carbide, or polycrystalline diamond. Every axial row 304 . 306 . 308 and 310 has 6 cutting elements. As in 3A shown, the 6 cutting elements of adjacent cutting elements are radially evenly spaced. In other words, the six cutting elements are at 0, 60, 120, 180, 240 and 300 degrees around the circumference of the cylinder body 302 arranged. Although 6 cutting elements in 3A Any number of cutting elements may be used in accordance with one or more embodiments. In certain variations 2 to 24 cutting elements are used.
3B stellt eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs 300 dar, welche die erste axiale Reihe 304 von Schneidelementen darstellt. Wie in 3B dargestellt, weist das Schneidelement von 0 Grad eine Schneidoberfläche 312 und eine Reliefoberfläche 314 auf. Die Schneidelemente mit anderen Gradzahlen weisen ähnliche Schneid- und Reliefoberflächen auf. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes der Schneidelemente einer von drei Schneidelementtypen, d. h. ein erster Typ Nutschneidelement (G1), ein zweiter Typ Nutschneidelement (G2) und ein Taschenschneidelement (P). In der in 3B dargestellten Ausführungsform sind die Schneidelemente mit 60 und 240 Grad der erste Typ Nutscheidelement; die Schneidelemente mit 120 und 300 Grad sind vom zweiten Typ Nutschneidelement und die Schneidelemente mit 0 und 180 Grad sind das Taschenschneidelement. Dementsprechend lautet die Abfolge von Schneidelementen von 0 bis 300 Grad G1, G2, P, G1, G2 und P, wie in 3B dargestellt. Allerdings wird man verstehen, dass eine beliebige Abfolge von Schneidelementen in den Schutzbereich einer oder mehrerer Ausführungsformen fällt. In einigen Variationen lautet die Abfolge G1, P, G2, G1, P und G2 oder P, G1, G1, P, G2 und G2. In der dargestellten Ausführungsform sind aufgrund der Breite und Anzahl der Vertiefungen zwischen Spitzen, welche die Anzahl und Breiten überschreiten, die mit einem Element geschnitten werden können, zwei Nutschneidelemente notwendig. Für andere Nutgeometrien können ein oder drei Nutschneidelemente verwendet werden. Die Schneidabfolge ist nicht ausschlaggebend, solange sich alle verwendeten Elemente in der axialen Reihe befinden. 3B Fig. 10 is a plan view of a cutting tool 300 which is the first axial row 304 represents cutting elements. As in 3B shown, the cutting element of 0 degrees has a cutting surface 312 and a relief surface 314 on. The cutting elements with other degrees have similar cutting and relief surfaces. In the illustrated embodiment, each of the cutting elements is one of three types of cutting elements, ie a first type of groove cutting element (G1), a second type of groove cutting element (G2) and a pocket cutting element (P). In the in 3B illustrated embodiment are the 60 and 240 degree cutting elements of the first type groove separating element; the 120 and 300 degree cutting elements are the second type of groove cutting element and the 0 and 180 degree cutting elements are the pocket cutting element. Accordingly, the sequence of cutting elements from 0 to 300 degrees is G1, G2, P, G1, G2 and P, as in FIG 3B shown. However, it will be understood that any sequence of cutting elements falls within the scope of one or more embodiments. In some variations, the sequence is G1, P, G2, G1, P and G2 or P, G1, G1, P, G2 and G2. In the illustrated embodiment, two groove cutting elements are necessary due to the width and number of recesses between tips exceeding the number and widths that can be cut with one element. For other groove geometries, one or three groove cutting elements can be used. The cutting sequence is not critical as long as all the elements used are in the axial row.
In einigen Variationen ist mindestens einer von G1 und G2 und mindestens einer von P vorhanden. Wie in 3A dargestellt, sind die Schneidelemente in jeder Reihe versetzt oder entlang des Umfangs voneinander zwischen jeder Reihe gestaffelt, z. B. ist jedes Schneidelement der Schneidelemente mit 0, 60, 120, 180, 240 und 300 Grad um 60 Grad in benachbarten Reihen gestaffelt. Die Staffelung verbessert die Lebenszeit des Schneidwerkzeugs durch Glätten des Anfangsschnitts des inneren Oberflächenprofils. Wenn die Schneidelemente zwischen benachbarten Reihen ausgerichtet sind, wäre mehr Kraft notwendig, um den Schneidvorgang zu initiieren, wobei dies mehr Verschleiß an den Schneidelementen oder die Abdrängung und Vibration des Werkzeugs verursachen kann.In some variations, at least one of G1 and G2 and at least one of P is present. As in 3A shown, the cutting elements in each row are staggered or staggered along the circumference of each other between each row, z. For example, each cutting element of the cutting elements is staggered at 0, 60, 120, 180, 240 and 300 degrees by 60 degrees in adjacent rows. The staggering improves the life of the cutting tool by smoothing the initial cut of the inner surface profile. If the cutting elements are aligned between adjacent rows, more force would be needed to initiate the cutting process, which may cause more wear on the cutting elements or the displacement and vibration of the tool.
3C, 3D und 3E stellen schematische Querschnittsansichten von Schneidelementen G1, G2 und P entlang der Linien 3C-3C, 3D-3D bzw. 3E-3E aus 3B dar. In Bezug auf 3C ist ein Schneidelement G1 318 mit einer Schneidoberfläche 320, Reliefoberfläche 322 und Fixieroberfläche 324 dargestellt. Die Schneidoberfläche 320 weist schematisch eine Anzahl von Zähnen 326 auf. Man wird verstehen, dass die dargestellte Anzahl der Zähne rein beispielhaft ist. In bestimmten Variationen beträgt die Anzahl der Zähne 1 bis 2 Zähne pro Millimeter Axiallänge. In einer Variation beträgt die Anzahl der Zähne 1,25 Zähne pro Millimeter Axiallänge. Jeder Zahn ist rechteckig, wenngleich in einer oder mehreren Ausführungsformen andere Formen, z. B. quadratische Formen in Betracht gezogen werden. Jeder Zahn weist eine obere Oberfläche 328 und Seitenoberflächen 330 auf. Wie in 3C dargestellt, beträgt die Länge der oberen Oberfläche 328 250 Mikrometer und die Länge der Seitenoberflächen 330 beträgt 300 Mikrometer. In anderen Variationen beträgt die Länge der oberen Oberfläche 200 bis 400 Mikrometer und die Länge der Seitenoberflächen beträgt 200 bis 500 Mikrometer. Flache Vertiefungen 358 erstrecken sich zwischen benachbarten Zähnen 326. Wie in 3C dargestellt, beträgt die Breite der Vertiefung 358 550 Mikrometer. In anderen Variationen beträgt die Breite der Vertiefung 450 bis 1.000 Mikrometer. Das Schneidelement 318 weist auch eine abgefaste Kante 334 auf. In der dargestellten Ausführungsform liegt die abgefaste Kante 334 bei einem Winkel von 15 Grad. Diese abgefaste Kante stellt Spannungsabbau und eine einfache Befestigung der Schneidelemente bereit. In der dargestellten Ausführungsform sind die Schneidelemente austauschbare angelötete polykristalline Diamantelemente. In anderen Ausführungsformen können austauschbare Wolframcarbidelemente verwendet werden, die in einstellbaren Kassetten befestigt sind. 3C . 3D and 3E 12 illustrate schematic cross-sectional views of cutting elements G1, G2 and P taken along lines 3C-3C, 3D-3D and 3E-3E, respectively 3B In relation to 3C is a cutting element G1 318 with a cutting surface 320 , Relief surface 322 and fixation surface 324 shown. The cutting surface 320 schematically has a number of teeth 326 on. It will be understood that the illustrated number of teeth is purely exemplary. In certain variations, the number of teeth is 1 to 2 teeth per millimeter axial length. In one variation, the number of teeth is 1.25 teeth per millimeter axial length. Each tooth is rectangular, although in one or more embodiments other shapes, e.g. B. square shapes are considered. Each tooth has an upper surface 328 and side surfaces 330 on. As in 3C shown, the length of the upper surface 328 250 microns and the length of the side surfaces 330 is 300 microns. In other variations, the top surface length is 200 to 400 microns and the length of the side surfaces is 200 to 500 microns. Shallow depressions 358 extend between adjacent teeth 326 , As in 3C shown, the width of the recess 358 550 microns. In other variations, the width of the recess is 450 to 1,000 microns. The cutting element 318 also has a chamfered edge 334 on. In the illustrated embodiment, the chamfered edge lies 334 at an angle of 15 degrees. This chamfered edge provides stress relief and easy attachment of the cutting elements. In the illustrated embodiment, the cutting elements are replaceable soldered polycrystalline diamond elements. In other embodiments, replaceable tungsten carbide elements mounted in adjustable cassettes may be used.
In Bezug auf 3D ist ein Schneidelement G2 336 mit einer Schneidoberfläche 338, einer Reliefoberfläche 340 und einer Fixieroberfläche 342 dargestellt. Die Schneidoberfläche 338 weist schematisch eine Anzahl von Zähnen 344 auf. Man wird verstehen, dass die dargestellte Anzahl der Zähne rein beispielhaft ist. In bestimmten Variationen beträgt die Anzahl der Zähne 1 bis 2 Zähne pro Millimeter Axiallänge. In einer Variation beträgt die Anzahl der Zähne 1,25 Zähne pro Millimeter Axiallänge. Jeder Zahn ist rechteckig, wenngleich in einer oder mehreren Ausführungsformen andere Formen, z. B. quadratische Formen in Betracht gezogen werden. Jeder Zahn weist eine obere Oberfläche 346 und Seitenoberflächen 348 auf. Wie in 3D dargestellt, beträgt die Länge der oberen Oberfläche 346 250 Mikrometer und die Länge der Seitenoberflächen 348 beträgt 300 Mikrometer. In anderen Variationen beträgt die Länge der oberen Oberfläche 200 bis 400 Mikrometer und die Länge der Seitenoberflächen beträgt 200 bis 500 Mikrometer. Der Zahn 350, der am nächsten zu der Reliefoberfläche 340 liegt, weist eine äußerste Seitenwand auf, die von der Reliefoberfläche 340 versetzt ist. Wie in 3D dargestellt, beträgt der Versatz 400 Mikrometer. In anderen Variationen kann der Versatz 0 bis 500 Mikrometer betragen. Flache Vertiefungen 358 erstrecken sich zwischen benachbarten Zähnen 344. Wie in 3D dargestellt, beträgt die Breite der Vertiefung 360 550 Mikrometer. In anderen Variationen beträgt die Breite der Vertiefung 400 bis 1.000 Mikrometer. Das Schneidelement 336 weist auch eine abgefaste Kante 352 auf. In der dargestellten Ausführungsform liegt die abgefaste Kante 352 bei einem Winkel von 15 Grad. Diese abgefaste Kante stellt Spannungsabbau und eine einfache Befestigung der Schneidelemente bereit. In der dargestellten Ausführungsform sind die Schneidelemente austauschbare angelötete polykristalline Diamantelemente. In anderen Ausführungsformen können austauschbare Wolframcarbidelemente verwendet werden, die in einstellbaren Kassetten befestigt sind.In relation to 3D is a cutting element G2 336 with a cutting surface 338 , a relief surface 340 and a fixing surface 342 shown. The cutting surface 338 schematically has a number of teeth 344 on. It will be understood that the illustrated number of teeth is purely exemplary. In certain variations, the number of teeth is 1 to 2 teeth per millimeter axial length. In one variation, the number of teeth is 1.25 teeth per millimeter axial length. Each tooth is rectangular, although in one or more embodiments other shapes, e.g. B. square shapes are considered. Each tooth has an upper surface 346 and side surfaces 348 on. As in 3D shown, the length of the upper surface 346 250 microns and the length of the side surfaces 348 is 300 microns. In other variations, the length of the top surface is 200 to 400 microns and the length of the side surfaces is 200 up to 500 microns. The tooth 350 closest to the relief surface 340 is located, has an outermost side wall, that of the relief surface 340 is offset. As in 3D shown, the offset is 400 microns. In other variations, the offset may be 0 to 500 microns. Shallow depressions 358 extend between adjacent teeth 344 , As in 3D shown, the width of the recess 360 550 microns. In other variations, the width of the recess is 400 to 1000 microns. The cutting element 336 also has a chamfered edge 352 on. In the illustrated embodiment, the chamfered edge lies 352 at an angle of 15 degrees. This chamfered edge provides stress relief and easy attachment of the cutting elements. In the illustrated embodiment, the cutting elements are replaceable soldered polycrystalline diamond elements. In other embodiments, replaceable tungsten carbide elements mounted in adjustable cassettes may be used.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Anordnung von Zähnen an den Schneidelementen G1 und G2 unterschiedliche Abmessungen auf. In Bezug auf G1 in 3C weist der Zahn 332, der sich am nächsten zur Vorderkante 322 befindet, eine äußerste Seitenwand auf, die mit der Reliefoberfläche 322 bündig liegt. In Bezug auf G2 in 3D weist der Zahn 350, der sich am nächsten zur Vorderkante 340 befindet, eine äußerste Seitenwand auf, die von der Reliefoberfläche 340 versetzt ist. Wie in 3D dargestellt, beträgt der Versatz 400 Mikrometer. In anderen Variationen kann der Versatz 0 bis 500 Mikrometer betragen. Dementsprechend ist zwischen dem Reliefkantenzahn von G1 und dem Reliefkantenzahn von G2 ein Versatz von 400 Mikrometern vorhanden. Die zur Reliefoberfläche zeigende Seite des sechsten Zahns 354 des Schneidelements G1 318 und die zur Reliefoberfläche zeigende Seite des fünften Werkzeugs 356 des Schneidelements G2 336 sind voneinander um 550 Mikrometer versetzt. Diese unterschiedlichen Abmessungen werden derart verwendet, dass in jeder Reihe von Schneidelementen die Schneidelemente G1 und G2 axial voneinander versetzt sein können. Zum Beispiel kann der axiale Versatz 550 Mikrometer betragen. In dieser Ausführungsform können die Kanten zwei separate Nutreihen, nämlich eine mit jedem versetztem Element, mit einer akzeptablen Spannung auf die Zähne schneiden. In the illustrated embodiment, the arrangement of teeth on the cutting elements G1 and G2 has different dimensions. Regarding G1 in 3C shows the tooth 332 that is closest to the leading edge 322 is located, an outermost side wall, with the relief surface 322 is flush. Regarding G2 in 3D shows the tooth 350 that is closest to the leading edge 340 There is an outermost sidewall on the relief surface 340 is offset. As in 3D shown, the offset is 400 microns. In other variations, the offset may be 0 to 500 microns. Accordingly, there is an offset of 400 microns between the relief edge tooth of G1 and the relief edge tooth of G2. The side of the sixth tooth facing the relief surface 354 of the cutting element G1 318 and the relief surface facing side of the fifth tool 356 of the cutting element G2 336 are offset from each other by 550 microns. These different dimensions are used such that in each row of cutting elements the cutting elements G1 and G2 can be offset axially from each other. For example, the axial offset may be 550 microns. In this embodiment, the edges may cut two separate rows of grooves, one with each displaced element, at an acceptable tension on the teeth.
In Bezug auf 3E ist ein Schneidelement P 362 mit einer Schneidoberfläche 364, Reliefoberfläche 366 und einer Fixieroberfläche 368 dargestellt. Die Schneidoberfläche 364 ist flach oder im Allgemeinen flach und weist keine Zähne auf, im Gegensatz zu den Schneidoberflächen der Schneidelemente G1 und G2, die durchsichtig dargestellt sind. Die in 3E in durchsichtiger Linie dargestellten Zähne geben die Zahngeometrie der Schneidelemente G1 und/oder G2 an und zeigt an, wie die Schneidoberfläche 364 von den oberen Zahnoberflächen 328 und 346 weg radial versetzt ist. Das Schneidelement P 362 entfernt einen Abschnitt der Spitzen zwischen den Nuten und schafft die Tasche. Die Menge des radialen Versatzes steuert die Tiefe der Nuten, die in die Unterseite der Tasche geschnitten werden, die in 2B dargestellt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abmessung von 120 Mikrometern in 3E die Tiefe der Nuten, die geschnitten werden, wenn die Elemente G1, G2 und P kombiniert benutzt werden. Die Abmessung von 50,06 Millimetern ist der Durchmesser des Schneidwerkzeugs, der zu den oberen Oberflächen (minimaler Durchmesser) der Zähne gemessen wird, die gebildet werden.In relation to 3E is a cutting element P 362 with a cutting surface 364 , Relief surface 366 and a fixing surface 368 shown. The cutting surface 364 is flat or generally flat and has no teeth, in contrast to the cutting surfaces of the cutting elements G1 and G2, which are shown as transparent. In the 3E Teeth shown in phantom indicate the tooth geometry of the cutting elements G1 and / or G2 and indicate how the cutting surface 364 from the upper tooth surfaces 328 and 346 away radially offset. The cutting element P 362 removes a portion of the tips between the grooves and creates the pocket. The amount of radial offset controls the depth of the grooves cut in the bottom of the pocket, which in 2 B is shown. In the illustrated embodiment, the dimension is 120 micrometers in inches 3E the depth of the grooves that are cut when the elements G1, G2 and P are used in combination. The dimension of 50.06 millimeters is the diameter of the cutting tool measured to the top surfaces (minimum diameter) of the teeth being formed.
3F stellt einen Zylinderschaft 380 zur Befestigung des Schneidwerkzeugs 300 in einem Werkzeughalter zur Befestigung in einer Maschinenspindel dar. In anderen Ausführungsformen kann der Schaft durch eine direkte Spindelverbindung wie eine CAT-V- oder HSK-Konusverbindung ersetzt werden. 3F represents a cylindrical shank 380 for fastening the cutting tool 300 in a tool holder for mounting in a machine spindle. In other embodiments, the shaft may be replaced by a direct spindle connection such as a CAT-V or HSK cone connection.
Nach Beschreibung der Struktur des Schneidwerkzeugs 300 gemäß einer Ausführungsform wird im Folgenden die Verwendung des Schneidwerkzeugs 300 zur maschinellen Bearbeitung eines Profils in eine innere Oberfläche einer Zylinderbohrung beschrieben. 4A ist eine schematische Draufsicht einer Zylinderbohrung 400 gemäß einer Ausführungsform. 4B ist eine schematische Seitenansicht einer Zylinderbohrung 400 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 4A dargestellt, ist das Schneidwerkzeug 300 in einer Maschinenwerkzeugspindel mit einer Drehachse AT befestigt, die zu der Zylinderbohrungsachse AB parallel ist. Die Werkzeugachse AT ist von der Bohrungsachse AB versetzt. Die Spindel kann entweder ein Kasten oder eine motorisierte Spindel sein. Das Werkzeug dreht sich in der Spindel um seine eigene Achse AT bei einer Winkelgeschwindigkeit Ω1 und präzediert um die Bohrungsachse AB bei einer Winkelgeschwindigkeit Ω2. Diese Präzession wird als Kreisinterpolation bezeichnet. Die Interpolationsbewegung ermöglicht die Bildung einer Tasche und ringförmiger, paralleler Nuten in der inneren Oberfläche einer Zylinderbohrung.After describing the structure of the cutting tool 300 According to one embodiment, the use of the cutting tool will be described below 300 for machining a profile in an inner surface of a cylinder bore. 4A is a schematic plan view of a cylinder bore 400 according to one embodiment. 4B is a schematic side view of a cylinder bore 400 according to one embodiment. As in 4A shown is the cutting tool 300 mounted in a machine tool spindle with a rotation axis A T which is parallel to the cylinder bore axis A B. The tool axis A T is offset from the bore axis A B. The spindle may be either a box or a motorized spindle. The tool rotates in the spindle about its own axis A T at an angular velocity Ω 1 and precesses around the bore axis A B at an angular velocity Ω 2 . This precession is called circular interpolation. The interpolation movement allows the formation of a pocket and annular parallel grooves in the inner surface of a cylinder bore.
In einer Ausführungsform wird das Seitenverhältnis des Durchmessers des Schneidwerkzeugs DT zu dem Innendurchmesser der Bohrung DB in Betracht gezogen. In bestimmten Variationen ist der Innendurchmesser im Wesentlichen größer als der Schneidwerkzeugdurchmesser. In bestimmten Variationen beträgt der Schneidwerkzeugdurchmesser 40 bis 60 Millimeter. In bestimmten Variationen beträgt der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 70 bis 150 Millimeter. Aufgrund der dimensionalen Differenz kann dieses Schneidwerkzeug mit einer erheblichen Variation des Bohrungsdurchmessers benutzt werden. Mit anderen Worten erfordert die Verwendung der Schneidwerkzeuge einer oder mehrerer Ausführungsformen keine separate Werkzeugbereitstellung für jeden Bohrungsdurchmesser.In one embodiment, the aspect ratio of the diameter of the cutting tool D T to the inside diameter of the bore D B is considered. In certain variations, the inner diameter is substantially larger than the cutting tool diameter. In certain variations, the cutting tool diameter is 40 to 60 millimeters. In certain variations, the inner diameter of the cylinder bore is 70 to 150 millimeters. Due to the dimensional difference, this cutting tool can be used with a significant variation in bore diameter. In other words, the use of the cutting tools of one or more embodiments does not require separate tooling for each bore diameter.
Bezüglich des oben erwähnten Vorbohrungsschrittes aus 2A kann eine Bohrstange (nicht dargestellt) an einer Maschinenspindel befestigt werden, um einen Durchmesser zu bohren, der geringer als der Durchmesser des endgültigen Durchmessers der inneren Oberfläche ist. In bestimmten Variationen beträgt die Zuführrate, d. h. die Rate, bei welcher die Bohrstange radial nach außen in die innere Oberfläche geführt wird, der Spindel 0,1 bis 0,3 mm/Umdrehung. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Spindel teleskopisch. In anderen Ausführungsformen kann die Spindel fest und die Bohrung kann beweglich sein. In einer anderen Variation beträgt die Zuführrate 0,2 mm/Umdrehung. In bestimmten Variationen beträgt die Drehzahl der Bohrstange 1.000 bis 3.000 U/Min. In einer anderen Variation beträgt die Drehzahl der Bohrstange 2.000 U/Min.Regarding the above-mentioned pre-drilling step 2A For example, a drill rod (not shown) may be attached to a machine spindle to drill a diameter that is less than the diameter of the final diameter of the inner surface. In certain variations, the feed rate, ie, the rate at which the drill rod is guided radially outward into the inner surface, is 0.1 to 0.3 mm / rev of the spindle. In one or more embodiments, the spindle is telescopic. In other embodiments, the spindle may be fixed and the bore may be movable. In another variation, the feed rate is 0.2 mm / rev. In certain variations, the speed of the drill rod is 1,000 to 3,000 rpm In another variation, the speed of the drill rod is 2,000 rpm.
Bezüglich des oben erwähnten Interpolationsschrittes aus 2B wird das Schneidwerkzeug 300 verwendet, um ein Profil in die innere Oberfläche der Zylinderbohrung 400 zu bearbeiten. In bestimmten Variationen beträgt die Interpolationszuführrate (radial nach außen) der Spindel während dieses Schrittes 0,1 bis 0,3 mm/Umdrehung. In einer anderen Variation beträgt die Zuführrate 0,2 mm/Umdrehung. In bestimmten Variationen beträgt die Drehzahl des Schneidwerkzeugs 300 3.000 bis 10.000 U/Min. In einer anderen Variation beträgt die Drehzahl des Schneidwerkzeugs 300 6.000 U/Min.With regard to the above-mentioned interpolation step 2 B becomes the cutting tool 300 used to make a profile in the inner surface of the cylinder bore 400 to edit. In certain variations, the interpolation feed rate (radially outward) of the spindle during this step is 0.1 to 0.3 mm / rev. In another variation, the feed rate is 0.2 mm / rev. In certain variations, the speed of the cutting tool is 300 3,000 to 10,000 rpm. In another variation, the speed of the cutting tool is 300 6,000 rpm
Wie oben beschrieben, weist das Schneidwerkzeug 300 den Zylinderkörper 302 auf, der vier Reihen Schneidelemente aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform beträgt die Axiallänge des Schnitts 35 mm. Wenn also die Länge des Hubbereichs 105 mm beträgt, werden drei axiale Schritte verwendet, um die Interpolation des Hubbereichs zu vervollständigen. Mit anderen Worten wird die axiale Position der Spindel bei einer oberen, mittleren und unteren Position eingestellt, bevor das Schneidwerkzeug bei jeder der Positionen gedreht wird. Wenngleich 4 Schneidelementreihen in einer Ausführungsform dargestellt sind, wird man verstehen, dass zusätzliche Reihen verwendet werden können. Zum Beispiel können 6 Reihen verwendet werden, um einen ähnlichen Hubbereich in 2 anstatt 3 axialen Schritten zu schneiden. Ferner können 12 Reihen verwendet werden, um einen ähnlichen Hubbereich in 1 axialen Schritt zu schneiden.As described above, the cutting tool 300 the cylinder body 302 on, which has four rows of cutting elements. According to this embodiment, the axial length of the cut is 35 mm. So, if the length of the stroke range is 105 mm, three axial steps are used to complete the interpolation of the stroke range. In other words, the axial position of the spindle is set at upper, middle and lower positions before the cutting tool is rotated at each of the positions. Although 4 cutter rows are shown in one embodiment, it will be understood that additional rows can be used. For example, 6 rows can be used to cut a similar stroke range in 2 instead of 3 axial increments. Furthermore, 12 rows can be used to cut a similar stroke range in 1 axial step.
In Bezug auf 4B sind schematisch ein fragmentierter Abschnitt des Zylinderkörpers 302 des Schneidwerkzeugs 300 und Schneidelemente aus axialen Reihen 304, 306, 308 und 310 in überlappender Beziehung dargestellt. Wie oben beschrieben und in dieser 4B dargestellt, sind Überlappungen 406, 408 und 410 zwischen benachbarten Schneidelementreihen vorhanden. Diese Überlappungen tragen zur Bereitstellung eines gleichförmigen und einheitlichen Profilschnitts in Grenzbereichen bei.In relation to 4B are schematically a fragmented portion of the cylinder body 302 of the cutting tool 300 and cutting elements of axial rows 304 . 306 . 308 and 310 shown in overlapping relationship. As described above and in this 4B are overlaps 406 . 408 and 410 between adjacent cutting element rows available. These overlaps contribute to providing a uniform and uniform profile cut in boundary areas.
5 stellt eine auseinandergezogene fragmentierte Ansicht der inneren Oberfläche 500 der Zylinderbohrung vor, während und nach dem Interpolationsschritt dar. Das Schneidwerkzeug 300 wird bei einer Rate von 0,2 mm pro Umdrehung radial nach außen in die Oberfläche der Zylinderbohrung geführt. Während das Schneidwerkzeug 300 in die innere Oberfläche geführt wird, dreht es sich bei einer Drehzahl von 6.000 U/Min. Die Taschenschneidelemente P schneiden Taschen 502 in die innere Oberfläche 500. Die Höhe der Tasche ist H und die Breite ist wv. Der Wert H entspricht dem axialen Versatz zwischen den Vertiefungen 358 der Schneidelemente G1 318 und G2 336 und der Schneidoberfläche 364 des Schneidelements P 362. In einem nicht einschränkenden spezifischen Beispiel beträgt der Versatz 250 Mikrometer. Daher beträgt H 250 Mikrometer. Der Wert wv entspricht der Länge der oberen Zahnoberflächen 328 und 356 der Schneidelemente G1 318 und G2 336. In dem oben dargelegten nicht einschränkenden, spezifischen Beispiel weisen die oberen Zahnoberflächen eine Länge von 250 Mikrometer auf. Dementsprechend beträgt wv 250 Mikrometer. 5 represents an exploded fragmented view of the inner surface 500 the cylinder bore before, during and after the interpolation step. The cutting tool 300 is directed radially outwardly into the surface of the cylinder bore at a rate of 0.2 mm per revolution. While the cutting tool 300 is guided into the inner surface, it rotates at a speed of 6,000 rpm. The pocket cutting elements P cut pockets 502 into the inner surface 500 , The height of the bag is H and the width is w v . The value H corresponds to the axial offset between the recesses 358 the cutting elements G1 318 and G2 336 and the cutting surface 364 of the cutting element P 362 , In a non-limiting specific example, the offset is 250 microns. Therefore, H is 250 microns. The value w v corresponds to the length of the upper tooth surfaces 328 and 356 the cutting elements G1 318 and G2 336 , In the non-limiting, specific example set forth above, the upper tooth surfaces are 250 microns in length. Accordingly, w v is 250 microns.
Die Nutschneidelemente G1 und G2 entfernen Material 504, um Spitzen 506 zu erzeugen. Die Höhe dieser Spitzen ist h und die Breite ist wp. In dem dargestellten nicht einschränkenden spezifischen Beispiel beträgt wp 150 Mikrometer. Der Wert h wird durch den radialen Versatz zwischen der Oberseite der Nutschneidelemente G1 und G2 und dem Taschenschneidelement P bestimmt. In dem oben dargestellten nicht einschränkenden spezifischen Beispiel beträgt dieser Versatz 120 Mikrometer. Daher beträgt h 120 Mikrometer. Der Wert wv entspricht der Länge der flachen Vertiefungen zwischen oberen Oberflächen der Nutschneidzähne. In dem oben dargelegten nicht einschränkenden spezifischen Beispiel beträgt die Vertiefungslänge 250 Mikrometer. Dementsprechend beträgt wv 250 Mikrometer. Aufgrund der Drehzahl des Schneidwerkzeugs 300 findet der oben beschriebene Schneidvorgang der Tasche und der Ringnuten gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig, z. B. für einen Zeitraum von 1/6 Umdrehung des Schneidwerkzeugs 300 statt, wenn das Schneidwerkzeug sechs Schneidelemente aufweist und benachbarte Elemente Nut- und Taschenschneidelemente sind.The groove cutting elements G1 and G2 remove material 504 to lace 506 to create. The height of these peaks is h and the width w p. In the illustrated non-limiting specific example is w p 150 micrometers. The value h is determined by the radial offset between the top of the groove cutting elements G1 and G2 and the pocket cutting element P. In the non-limiting specific example presented above, this offset is 120 microns. Therefore, h is 120 microns. The value w v corresponds to the length of the shallow depressions between upper surfaces of the groove cutting teeth. In the non-limiting specific example set forth above, the pit length is 250 microns. Accordingly, w v is 250 microns. Due to the speed of the cutting tool 300 finds the above-described cutting operation of the pocket and the annular grooves simultaneously or substantially simultaneously, z. B. for a period of 1/6 turn of the cutting tool 300 instead, when the cutting tool has six cutting elements and adjacent elements are groove and pocket cutting elements.
Bezüglich des Verformungsschrittes aus 2C oben wird ein Schlagwerkzeug verwendet, um ausgewählte Bereiche von flachen Spitzen zwischen Nuten zu schlagen. Wie hier in bestimmten Ausführungsformen verwendet, ist „Schlagen“ eine Form der Verformung der ausgewählten Bereiche. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verformen nicht das Schneiden oder Schleifen des ausgewählten Bereichs. Diese Verfahrenstypen beinhalten typischerweise die vollständige oder mindestens teilweise Entfernung von Material. Man wird verstehen, dass andere Verformungsverfahren in diesem Schritt angewendet werden können. Zu nicht einschränkenden Beispielen anderer sekundärer Verfahren gehört das Rollieren, Rändeln oder ein Schmierverfahren, in dem die Flanke des Taschenschneidwerkzeugs als ein Schleifereinsatz verwendet wird. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Zuführrate der Spindel während dieses Schrittes 0,1 bis 0,3 mm/Umdrehung. In einer anderen Variation beträgt die Zuführrate 0,2 mm/Umdrehung. In bestimmten Variationen beträgt die Drehzahl des Schlagwerkzeugs 300 5.000 bis 7.000 U/Min. In einer anderen Variation beträgt die Drehzahl eines Schlagwerkzeugs 6.000 U/Min.With regard to the deformation step 2C above, a striking tool is used to strike selected areas of flat tips between grooves. As used herein in certain embodiments, "beating" is a form of deformation of the selected regions. In one embodiment, the deforming does not involve cutting or grinding the selected area. These types of procedures typically involve the complete or at least partial removal of material. It will be understood that other deformation methods can be used in this step. Non-limiting examples of other secondary methods include rolling, knurling, or a lubricating process in which the flank of the pocket cutting tool is used as a grinder insert. In certain embodiments, the feed rate of the spindle during this step is 0.1 to 0.3 mm / rev. In another variation, the feed rate is 0.2 mm / rev. In certain variations, the speed of the impact tool is 300 5,000 to 7,000 rpm. In another variation, the speed of a percussion tool is 6,000 rpm.
6A, 6B und 6C zeigen ein Schlagwerkzeug 600 gemäß einer Ausführungsform. 6A zeigt eine Draufsicht des Schlagwerkzeugs 600. 6B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 602 des Schlagwerkzeugs 600. 6C zeigt eine Seitenansicht des Schlagwerkzeugs 600, das den Zylinderschaft 604 aufweist. Das Schlagwerkzeug 600 weist 4 Schlagvorsprünge 606, 608, 610 und 612 auf. Jeder Schlagvorsprung 606, 608, 610 und 612 steht von dem Zentrum 614 des Schlagwerkzeugs 600 nach außen hervor. In einer Ausführungsform hat das Schlagwerkzeug den gleichen Durchmesser wie das Schneidwerkzeug und die Schlagwerkzeugelemente weisen die gleiche axiale Länge wie die Schneidelemente auf, sodass das Schlagwerkzeug und das Schneidwerkzeug über den gleichen Werkzeugweg geführt werden können, um die Programmierung zu vereinfachen und Bewegungsfehler zu verringern. Jeder Schlagvorsprung weist eine Reliefoberfläche 616, eine rückseitige Oberfläche 618 und eine Spanoberfläche 620 auf. Eine abgefaste Kante 622 erstreckt sich zwischen der Spanoberfläche 620 und der Reliefoberfläche 616. Die abgefaste Kante oder eine ähnliche Kantengestaltung wie ein Honstein wird verwendet, um sicherzustellen, dass das Werkzeug die Spitzen verformt anstatt sie zu schneiden. In einer Variation beträgt der Winkel der abgefasten Kante 622 in Bezug auf die Reliefoberfläche 616 15 Grad. In anderen Variationen beträgt der Winkel 10 bis 20 Grad oder ein Honstein mit einem Radius von 25 bis 100 Mikrometern wird verwendet. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der Spanoberfläche und der Reliefoberfläche von benachbarten Schlagvorsprüngen 110 Grad. 6A . 6B and 6C show a striking tool 600 according to one embodiment. 6A shows a plan view of the impact tool 600 , 6B shows an enlarged view of the area 602 of the impact tool 600 , 6C shows a side view of the impact tool 600 that the cylindrical shaft 604 having. The impact tool 600 has 4 impact projections 606 . 608 . 610 and 612 on. Every impact projection 606 . 608 . 610 and 612 stands from the center 614 of the impact tool 600 outward. In one embodiment, the impact tool has the same diameter as the cutting tool and the impact tool elements have the same axial length as the cutting elements, so that the impact tool and the cutting tool can be guided over the same tool path to simplify programming and reduce movement errors. Each impact projection has a relief surface 616 , a back surface 618 and a chip surface 620 on. A chamfered edge 622 extends between the chip surface 620 and the relief surface 616 , The beveled edge or similar edge design such as a honing stone is used to ensure that the tool deforms the tips rather than cutting them. In one variation, the angle is the chamfered edge 622 in relation to the relief surface 616 15 degrees. In other variations, the angle is 10 to 20 degrees, or a honing stone having a radius of 25 to 100 microns is used. In one embodiment, the angle between the rake surface and the relief surface of adjacent impact protrusions is 110 degrees.
Das Schlagwerkzeug 602 ist stumpf genug, sodass es nicht in die innere Oberfläche der Zylinderbohrung schneidet. Stattdessen verformt das Schlagwerkzeug 602 mechanisch Nuten, die in der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung ausgebildet sind. Mit erneutem Bezug auf 5 hat das Schlagwerkzeug 600, das gemäß den oben erwähnten Verfahren verwendet wird, Hinterschnitte 508 erzeugt und verlängert die obere Oberfläche 510. Wie in 5 dargestellt, ist die Differenz zwischen h (der Höhe der nicht verformten Spitze) und der Höhe der verformten Spitze ∆h. In einer Variation beträgt ∆h 10 Mikrometer, während in anderen Variationen ∆h 5 bis 60 Mikrometer betragen kann. Die Hinterschnitte erhöhen die Adhäsion einer anschließenden thermischen Spritzbeschichtung auf die aufgeraute innere Oberfläche der Zylinderbohrung.The impact tool 602 is dull enough that it does not cut into the inner surface of the cylinder bore. Instead, the impact tool deforms 602 mechanically grooves formed in the inner surface of the cylinder bore. With renewed reference to 5 has the punch tool 600 , which is used according to the above-mentioned method, undercuts 508 creates and extends the upper surface 510 , As in 5 is the difference between h (the height of the undeformed peak) and the height of the deformed peak Δh. In one variation Δh is 10 microns while in other variations Δh can be 5 to 60 microns. The undercuts increase the adhesion of a subsequent thermal spray coating to the roughened inner surface of the cylinder bore.
Die maschinell bearbeitete Oberfläche nach dem Tascheneinstechdrehschritt und dem Schlagschritt hat gegenüber anderen Aufrauungsverfahren ein oder mehrere Vorteile. Erstens kann die Haftfestigkeit des Metallspritzverfahrens durch die Anwendung des Schlagschrittes anstatt anderer sekundärer Verfahren wie Rändeln, Rollieren verbessert werden. Die Haftfestigkeit wurde mithilfe einer Zugprüfung geprüft. Die Haftfestigkeit kann im Bereich von 40 bis 70 MPa liegen. In anderen Variationen kann die Haftfestigkeit 50 bis 60 MPa betragen. Im Vergleich zu der Haftfestigkeit eines Rändelverfahrens ist die Haftfestigkeit beim Schlagen mindestens 20 % höher. Ferner haben die Anmelder erkannt, dass die Haftung von der Profiltiefe der Nuten nach dem ersten Bearbeitungsschritt unabhängig ist. Dies kann aus mindestens zwei Gründen vorteilhaft sein. Das Schlagwerkzeug schneidet im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Rändeln, Rollieren relativ geringere Profiltiefen. In bestimmten Variationen beträgt die Verringerung der Profiltiefe 30 bis 40 %. Dementsprechend ist weniger Metallspritzmaterial notwendig, um das Profil zu füllen, und gleichzeitig wird die Haftfestigkeit nicht beeinträchtigt. Ferner beeinflusst eine Variation der Tiefe der Nuten die Haftfestigkeit nicht, was den Schlagschritt robuster als herkömmliche Verfahren macht. Als weiterer Vorteil einer oder mehrerer Ausführungsformen kann das Schlagwerkzeug bei viel höheren Betriebsgeschwindigkeiten als andere Verfahren wie Rollieren betrieben werden.The machined surface after the pocket grooving and impacting step has one or more advantages over other roughening methods. First, the adhesion of the metal spraying process can be improved by the application of the impact step rather than other secondary processes such as knurling, rolling. Adhesive strength was tested using a tensile test. The adhesive strength may be in the range of 40 to 70 MPa. In other variations, the adhesion may be 50 to 60 MPa. In comparison to the adhesion strength of a knurling process, the adhesion strength during beating is at least 20% higher. Furthermore, the applicants have recognized that the adhesion of the profile depth of the grooves after the first processing step is independent. This can be advantageous for at least two reasons. The impact tool cuts compared to conventional methods such as knurling, rolling relatively lower tread depths. In certain variations, the reduction in tread depth is 30 to 40%. Accordingly, less metal spray material is needed to fill the profile, and at the same time, the adhesive strength is not compromised. Further, variation of the depth of the grooves does not affect the adhesive strength, making the beating step more robust than conventional methods. As a further advantage of one or more embodiments, the impact tool may be operated at much higher operating speeds than other methods such as rolling.
In Bezug auf den Interpolationsschritt aus 2D oben wird das Schneidwerkzeug 300 zum Bearbeiten von Nichthubbereichen 214 und 216 zur Bildung von Ringnuten verwendet. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Zuführrate der Spindel während dieses Schrittes 0,1 bis 0,3 mm/Umdrehung. In einer anderen Variation beträgt die Zuführrate 0,2 mm/Umdrehung. In bestimmten Variationen beträgt die Drehzahl des Schneidwerkzeugs 300 3.000 bis 10.000 U/Min. In einer anderen Variation beträgt die Drehzahl eines Schneidwerkzeugs 6.000 U/Min.With regard to the interpolation step 2D above is the cutting tool 300 for editing non-lifting areas 214 and 216 used to form annular grooves. In certain embodiments, the feed rate of the spindle during this step is 0.1 to 0.3 mm / rev. In another variation, the feed rate is 0.2 mm / rev. In certain variations, the speed of the cutting tool is 300 3,000 to 10,000 rpm. In another variation, the speed of a cutting tool is 6,000 rpm.
Diese Nichthubbereiche erfordern kein anschließendes Metallspritzverfahren. Allerdings bleibt ein Brenner zum Metallspritzen typischerweise während des gesamten Spritzverfahrens eingeschaltet. Wenn diese Nichtringhubbereiche nicht aufgeraut sind, dann haftet Spritzmetall, das unbeabsichtigt auf diese Bereiche gespritzt wird, nicht und verursacht Schichtablösungen. Diese Schichtablösungen können während des Honens in die Bohrung fallen und zwischen den Honsteinen und Bohrungswänden eingeschlossen werden, was zur inakzeptablen Bildung von Kratzern führt. Die Schichtablösungen können auch in das Kurbelgehäuse fallen und müssten dann entfernt werden. Dementsprechend haftet durch Anwenden der hierin erwähnten Ringnuten auf die Nichtringhubbereiche thermisches Spritzmaterial während des Spritzverfahrens und vermindert Kontaminationen der beabsichtigten Spritzoberfläche und des Kurbelgehäuses. Die leicht gespritzten Nichtringhubbereiche können während des anschließenden Honvorgangs ohne Weiteres entfernt werden.These non-lifting areas do not require a subsequent metal spraying process. However, a metal spray burner typically remains on during the entire spraying process. If these non-ring lifting areas are not roughened, then sprayed metal that is inadvertently sprayed on these areas will not adhere and cause delamination. These delaminates may fall into the well during honing and trapped between the honing stones and bore walls, resulting in the unacceptable formation of scratches. The Schichtablösungen can also fall into the crankcase and would then have to be removed. Accordingly, by applying the ring grooves mentioned herein to the non-ring lifting regions, thermal spray material adheres during the spraying process and reduces contamination of the intended spray surface and crankcase. The slightly sprayed Nichtringhubbereiche can be easily removed during the subsequent honing process.
7 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung 200 dar. Die Nichthuboberfläche 214 weist ringförmige, quadratische Nuten 230 auf. Die Huboberfläche 202 weist Ringnuten 206 und Taschen 208 auf. 7 Fig. 12 is an enlarged cross-sectional view of the inner surface of the cylinder bore 200 dar. The non-stroke surface 214 has annular, square grooves 230 on. The lifting surface 202 has annular grooves 206 and bags 208 on.
Wenngleich die beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben wurde, wird der Fachmann des Gebiets, zu dem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung gemäß den Definitionen in den folgenden Ansprüchen erkennen.While the best mode for carrying out the invention has been described in detail, those skilled in the art to which this invention belongs will recognize various alternative designs and embodiments for carrying out the invention as defined in the following claims.
