EP1486290B1 - Verfahren zur Finishbearbeitung von dreidimensional gekrümmten Ringflächen und Finishwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Finishbearbeitung von dreidimensional gekrümmten Ringflächen und Finishwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens Download PDFInfo
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- EP1486290B1 EP1486290B1 EP20030013215 EP03013215A EP1486290B1 EP 1486290 B1 EP1486290 B1 EP 1486290B1 EP 20030013215 EP20030013215 EP 20030013215 EP 03013215 A EP03013215 A EP 03013215A EP 1486290 B1 EP1486290 B1 EP 1486290B1
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- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B35/00—Machines or devices designed for superfinishing surfaces on work, i.e. by means of abrading blocks reciprocating with high frequency
- B24B35/005—Machines or devices designed for superfinishing surfaces on work, i.e. by means of abrading blocks reciprocating with high frequency for making three-dimensional objects
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- B24B15/00—Machines or devices designed for grinding seat surfaces; Accessories therefor
Definitions
- the invention relates to a method and a tool for finish machining of three-dimensionally curved annular surfaces, wherein a grinding belt as a finishing tool by means of a pressure element, which has a complementary to the surface to be machined of a workpiece pressure surface, applied to the machined three-dimensionally curved annular surface of the rotating driven workpiece becomes.
- the annular surfaces to be machined can be, for example, frustoconical annular surfaces on a workpiece outer side, conical annular surfaces on a workpiece inner surface or spherically curved annular surfaces.
- the inventive method should in particular for small workpieces, z. B. be suitable for processing sealing surfaces on sliding sealing elements.
- a preferred application is the finishing of seats on valve elements from which injection valves for vehicle engines are made, the term "valve elements" both adjustable valve closing body, z. B. in the form of valve balls, poppets u. Like., And should include inserts with a through hole for receiving the valve body.
- high demands are made. This applies in particular to injectors used in direct injection vehicle engines. Even minimal geometrical deviations and low surface roughness lead to intolerable leakages, which may worsen the combustion process in the engine and may result in emissions standards not being complied with.
- seating surfaces are produced on valve elements for injectors by grinding or hard turning.
- the seats produced in this way meet the increasing demands that z.
- injectors for gasoline engines with direct injection be put not anymore.
- Both the geometry and the surface finish of the seats should be improved.
- One possible final finish is lapping using unbound abrasives applied to the seats to be machined.
- the lapping is complex, ensures consistent production in a consistent quality and requires a lot of cleaning to remove adhering Läppffenreste. In addition, the cleaning must be carefully monitored, since even small lapping agent residues on the seats to be machined a malfunction of the valve result.
- the invention has for its object to provide a suitable for mass production process for final fine machining of three-dimensionally curved annular surfaces.
- the object is achieved in that the abrasive belt used as a finishing tool has at least one segmented by radial cuts in band lobes circular processing zone, which is positioned concentrically to the ring surface to be processed.
- the method according to the invention results in a full-surface contact between the occupied with a fine-grained abrasive surface of the abrasive belt and the annular surface to be machined, which is three-dimensionally curved and z.
- B. may be formed as a conical, conical or spherical surface. The abrasive is bonded to the abrasive belt so that finishing cleaning following cleaning of the annular surfaces is not required.
- a defined processing result can be ensured. This is helped by the fact that, if necessary, a new section of the sanding belt can be used for each machining.
- the abrasive belt can be withdrawn from a roll and has machining zones made at predetermined intervals.
- a further embodiment of the method according to the invention provides that the abrasive belt used as a finishing tool has at least one three-dimensionally preformed machining zone, which is positioned concentrically to the annular surface to be machined.
- a grinding belt as the finishing tool, which is three-dimensionally deformable, at least in a predetermined processing zone which is positioned on the annular surface of the workpiece to be machined.
- the deformable or in processing zones three-dimensionally preformed abrasive belt has a plastic carrier of a deep-drawable plastic material, for example.
- the processing zones of the abrasive belt may include a core hole, which is used for centering on the workpiece or on the pressure element. The centering takes place by means of a shank, which is formed on the pressure element or part of the workpiece to be machined and is inserted into the core hole.
- the invention teaches that a double-sided coated with abrasive abrasive belt is used, which is positioned between two workpieces with mutually complementary annular surfaces. At least one of the two workpieces is axially adjustable as a pressure element. By an axial adjusting movement of this workpiece, the grinding belt is clamped between the annular surfaces to be machined. Both workpieces are used to finish their ring surfaces one after the other or driven simultaneously rotating. The described machining of two workpieces in a single clamping is possible if the annular surfaces arranged at the same angle of attack and with complementary surface profiles, for. B. cone and cone are formed.
- the invention also relates to a finishing tool for carrying out the described method, comprising a grinding belt coated on at least one side with a fine-grained abrasive which has three-dimensionally deformable or three-dimensionally preformed machining zones, wherein the machining zones consist of flat circular surfaces which are subdivided by radial cuts into hinge lobes ,
- the hinge tabs are sized so that they adapt exactly to the shape of the ring surface to be machined.
- Fig. 1 The arrangement shown in Fig. 1 is used for finishing a three-dimensionally curved annular surface.
- Finish machining means a superfinishing process to produce perfectly fitting surfaces with the highest surface quality.
- the workpiece 1 in the exemplary embodiment, a valve insert with a valve seat in the form of an inner, conical annular surface 2, is in a rotating driven workpiece holder 3 clamped.
- a grinding belt 4 is used, which circular and divided by radial sections 5 in hinge tabs 6 processing zones 7 has.
- the processing zones 7 are arranged at equidistant intervals.
- a machining zone 7 is positioned concentrically to the annular surface 2 of the workpiece 1 to be machined.
- a pressure element 8 which has a pressure surface 9 complementary to the annular surface 2 of the workpiece
- the band tabs 6 are applied to the annular surface 2 to be processed with a defined contact pressure.
- the workpiece holder 3 is driven in rotation with the workpiece 1 firmly clamped therein. In this case, by minimal but defined material removal a final fine machining of the annular surface 2.
- a new processing zone 7 of the grinding belt is used for each workpiece.
- FIG. 2 shows that the processing zones 7 of the grinding belt each contain a core hole 10, which is used for centering on the workpiece 1 or on the pressure element 8.
- a finish machining takes place on an annular surface 2, which is arranged as a conical surface on the back of a valve closing body.
- the workpiece 1 has a back shaft 11 which has been inserted into the core hole 10 of the machining zone 7 of the abrasive belt.
- an annular pressure element 8 By means of an annular pressure element 8, the hinge tabs 6 of the processing zone 7 are applied to the annular surface 2 to be machined of the rotationally driven workpiece 1.
- a double-sided coated abrasive belt 4 is used, the processing zones 7 between the workpieces 1, l 'is positioned.
- One of the two workpieces, the workpiece 1 'in the exemplary embodiment, is axially adjustable as a pressure element.
- the grinding belt 4 is clamped by an axial adjusting movement of this workpiece 1 'between the annular surfaces 2, 2' to be machined.
- Both workpieces 1, 1 ' are driven to finish machining their annular surfaces 2, 2' successively or simultaneously, in the opposite direction rotating in the latter case.
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren, sowie ein werkzeug zur Finishbearbeitung von dreidimensional gekrümmten Ringflächen, wobei ein Schleifband als Finishwerkzeug mittels eines Andruckelementes, welches eine zu der zu bearbeitenden Fläche eines Werkstückes komplementäre Andruckfläche aufweist, an die zu bearbeitende dreidimensional gekrümmte Ringfläche des rotierend angetriebenen Werkstückes angelegt wird. Die zu bearbeitenden Ringflächen können je nach Werkstück beispielsweise kegelstumpfförmige Ringflächen an einer Werkstückaußenseite, konische Ringflächen an einer Werkstückinnenfläche oder sphärisch gekrümmte Ringflächen sein.
- Das erfindungsgemäße Verfahren soll insbesondere für kleinteilige Werkstücke, z. B. zur Bearbeitung von Dichtflächen an gleitenden Dichtelementen geeignet sein. Eine bevorzugte Anwendung ist die Finishbearbeitung von Sitzflächen an Ventilelementen, aus denen Einspritzventile für Fahrzeugmotoren gefertigt werden, wobei der Begriff "Ventilelemente" sowohl verstellbare Schließkörper für Ventile, z. B. in Form von Ventilkugeln, Ventilkegeln u. dgl., als auch Einsätze mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Ventilkörpers umfassen soll. An die Dichtigkeit der Einspritzventile werden hohe Anforderungen gestellt. Das gilt insbesondere für Einspritzventile, die in Fahrzeugmotoren mit Direkteinspritzung zur Anwendung kommen. Bereits minimale Geometrieabweichungen und geringe Oberflächenrauhigkeiten führen zu nicht mehr tolerierbaren Leckagen, die den Verbrennungsvorgang im Motor verschlechtern und zur Folge haben können, dass Abgasnormen nicht eingehalten werden.
- Im Rahmen der bekannten Maßnahmen werden Sitzflächen an Ventilelementen für Einspritzventile durch Schleifen oder Hartdrehen erzeugt. Die auf diese Weise hergestellten Sitzflächen genügen den zunehmend steigenden Anforderungen, die z. B. an Einspritzventile für Ottomotoren mit Direkteinspritzung gestellt werden, nicht mehr. Sowohl die Geometrie als auch die Oberflächengüte der Sitzflächen ist zu verbessern. Eine mögliche Endfeinstbearbeitung ist das Läppen unter Verwendung ungebundener Schleifmittel, die auf die zu bearbeitenden Sitzflächen aufgetragen werden. Das Läppen ist aufwendig, gewährleistet bei einer Serienfertigung keine gleichbleibende Qualität und erfordert einen großen Reinigungsaufwand, um anhaftende Läppmittelreste zu entfernen. Hinzu kommt, dass die Reinigung sorgfältig überwacht werden muss, da bereits kleine Läppmittelreste an den zu bearbeitenden Sitzflächen eine Funktionsstörung des Ventils zur Folge haben.
- Ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der Druckschrift US 5 727 989 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Werkstückbearbeitung mittels eines konventionellen Schleifbandes, welches sich nur im beschränkten Maße an die Werkstückkontur anpassen kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für eine Serienfertigung geeignetes Verfahren zur Endfeinstbearbeitung von dreidimensional gekrümmten Ringflächen anzugeben.
- Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das als Finishwerkzeug verwendete Schleifband wenigstens eine durch radiale Schnitte in Bandlappen segmentierte kreisförmige Bearbeitungszone aufweist, die konzentrisch zu der zu bearbeitenden Ringfläche positioniert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren resultiert ein vollflächiger Kontakt zwischen der mit einem feinkörnigen Schleifmittel belegten Fläche des Schleifbandes und der zu bearbeitenden Ringfläche, welche dreidimensional gekrümmt ist und z. B. als kegelförmige, konische oder sphärische Fläche ausgebildet sein kann. Das Schleifmittel ist an das Schleifband gebunden, so dass eine der Finishbearbeitung folgende Reinigung der Ringflächen nicht erforderlich ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein definiertes Bearbeitungsergebnis sichergestellt werden. Dazu trägt bei, dass für jede Bearbeitung erforderlichenfalls ein neuer Abschnitt des Schleifbandes zum Einsatz gebracht werden kann. Das Schleifband kann von einer Rolle abgezogen werden und weist in vorgegebenen Abständen hergestellte Bearbeitungszonen auf.
- Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das als Finishwerkzeug verwendete Schleifband mindestens eine dreidimensional vorgeformte Bearbeitungszone aufweist, die konzentrisch zu der zu bearbeitenden Ringfläche positioniert wird. Schließlich besteht im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre auch die Möglichkeit, als Finishwerkzeug ein Schleifband zu verwenden, welches zumindest in einer vorgegebenen Bearbeitungszone, die an der zu bearbeitenden Ringfläche des Werkstückes positioniert wird, dreidimensional umformbar ist. Das umformbare oder in Bearbeitungszonen dreidimensional vorgeformte Schleifband weist einen Kunststoffträger aus einem beispielsweise tiefziehfähigem Kunststoffmaterial auf.
- Die Bearbeitungszonen des Schleifbandes können ein Kernloch enthalten, welches zur Zentrierung auf dem Werkstück oder auf dem Andruckelement genutzt wird. Die Zentrierung erfolgt mittels eines Schaftes, der an das Andruckelement angeformt ist oder Teil des zu bearbeitenden Werkstückes ist und in das Kernloch eingeführt wird.
- In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass ein doppelseitig mit Schleifmittel belegtes Schleifband verwendet wird, welches zwischen zwei Werkstücken mit zueinander komplementären Ringflächen positioniert wird. Mindestens eines der beiden Werkstücke ist als Andruckelement axial verstellbar. Durch eine axiale Stellbewegung dieses Werkstückes wird das Schleifband zwischen den zu bearbeitenden Ringflächen eingespannt. Beide Werkstücke werden zur Finishbearbeitung ihrer Ringflächen nacheinander oder gleichzeitig rotierend angetrieben. Die beschriebene Bearbeitung von zwei Werkstücken in einer einzigen Aufspannung ist möglich, wenn die Ringflächen unter demselben Anstellungswinkel angeordnet und mit komplementären Flächenprofilen, z. B. Kegel und Konus ausgebildet sind.
- Gegenstand der Erfindung ist auch ein Finishwerkzeug zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, bestehend aus einem zumindest einseitig mit einem feinkörnigen Schleifmittel belegten Schleifband, welches dreidimensional verformbare oder dreidimensional vorgeformte Bearbeitungszonen aufweist, wobei die Bearbeitungszonen aus ebenen Kreisflächen bestehen, die durch radiale Schnitte in Bandlappen unterteilt sind. Die Bandlappen sind so bemessen, dass sie sich genau an die Form der zu bearbeitenden Ringfläche anpassen. Bevorzugte Ausgestaltungen des Finishwerkzeuges sind in den Ansprüchen 8 und 9 beschrieben.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
- Fig. 1
- eine Anordnung zur Finishbearbeitung einer dreidimensional gekrümmten Ringfläche,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Anordnung,
- Fig. 3 und 4
- weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre.
- Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wird zur Finishbearbeitung einer dreidimensional gekrümmten Ringfläche eingesetzt. Finishbearbeitung meint eine Feinstbearbeitung zur Erzeugung passgenauer Flächen mit höchster Oberflächengüte. Das Werkstück 1, im Ausführungsbeispiel ein Ventileinsatz mit einem Ventilsitz in Form einer innenliegenden, konischen Ringfläche 2, ist in einer rotierend antreibbaren Werkstückaufnahme 3 eingespannt. Als Finishwerkzeug wird ein Schleifband 4 verwendet, welches kreisförmige und durch radiale Schnitte 5 in Bandlappen 6 unterteilte Bearbeitungszonen 7 aufweist. Die Bearbeitungszonen 7 sind in äquidistanten Abständen angeordnet. Für die Werkstückbearbeitung wird eine Bearbeitungszone 7 konzentrisch zu der zu bearbeitenden Ringfläche 2 des Werkstückes 1 positioniert. Mit einem Andruckelement 8, welches eine zur Ringfläche 2 des Werkstückes komplementäre Andruckfläche 9 aufweist, werden die Bandlappen 6 an die zu bearbeitende Ringfläche 2 mit definiertem Anpressdruck angelegt. Anschließend wird die Werkstückaufnahme 3 mit dem darin fest eingespannten Werkstück 1 rotierend angetrieben. Dabei erfolgt durch minimalen aber definierten Werkstoffabtrag eine Endfeinstbearbeitung der Ringfläche 2. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für jedes Werkstück eine neue Bearbeitungszone 7 des Schleifbandes eingesetzt.
- Insbesondere der Fig. 2 entnimmt man, dass die Bearbeitungszonen 7 des Schleifbandes jeweils ein Kernloch 10 enthalten, welches zur Zentrierung auf dem Werkstück 1 oder auf dem Andruckelement 8 genutzt wird.
- Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Finishbearbeitung an einer Ringfläche 2, die als kegelförmige Fläche an der Rückseite eines Ventilschließkörpers angeordnet ist. Das Werkstück 1 weist einen rückseitigen Schaft 11 auf, der in das Kernloch 10 der Bearbeitungszone 7 des Schleifbandes eingeführt worden ist. Mittels eines ringförmigen Andruckelementes 8 werden die Bandlappen 6 der Bearbeitungszone 7 an die zu bearbeitende Ringfläche 2 des rotierend angetriebenen Werkstückes 1 angelegt.
- Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 werden komplementäre Ringflächen 2, 2' an zwei Werkstücken 1, 1' gleichzeitig bearbeitet. Dazu wird ein doppelseitig mit Schleifmittel belegtes Schleifband 4 verwendet, dessen Bearbeitungszonen 7 zwischen den Werkstücken 1, l' positioniert wird. Eines der beiden Werkstücke, im Ausführungsbeispiel das Werkstück 1', ist als Andruckelement axial verstellbar. Das Schleifband 4 wird durch eine axiale Stellbewegung dieses Werkstückes 1' zwischen den zu bearbeitenden Ringflächen 2, 2' eingespannt. Beide Werkstücke 1, 1' werden zur Finishbearbeitung ihrer Ringflächen 2, 2' nacheinander oder gleichzeitig, im letzteren Fall gegensinnig rotierend angetrieben.
Claims (9)
- Verfahren zur Finishbearbeitung von dreidimensional gekrümmten, Ringflächen, wobei ein Schleifband (4) als Finishwerkzeug mittels eines Andruckelementes, welches eine zu der zu bearbeitenden Fläche eines Werkstückes komplementäre Andruckfläche aufweist, an die zu bearbeitende dreidimensional gekrümmte Ringfläche des rotierend angetriebenen Werkstückes angelegtwird,dadurch gekennzeichnet, dass das als Finishwerkzeug verwendete Schleifband mindestens eine durch radiale Schnitte (5) in Bandlappen (6) segmentierte kreisförmige Bearbeitungszone (7) aufweist, die konzentrisch zu der zu bearbeitenden Ringfläche positioniert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifband von einer Rolle abgezogen wird und in vorgegebenen Abständen durch Stanzen hergestellte Bearbeitungszonen aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Finishwerkzeug verwendete Schleifband mindestens eine dreidimensional vorgeformte Bearbeitungszone aufweist, die konzentrisch zu der zu bearbeitenden Ringfläche positioniert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Finishwerkzeug ein Schleifband verwendet wird, welches zumindest in einer vorgegebenen Bearbeitungszone, die an der zu bearbeitenden Ringfläche positioniert wird, dreidimensional umformbar ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszone ein Kernloch enthält, welches zur Zentrierung auf dem Werkstück oder auf dem Andruckelement genutzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein doppelseitig mit Schleifmittel belegtes Schleifband verwendet wird, welches zwischen zwei Werkstücken mit zueinander komplementären Ringflächen positioniert wird, dass mindestens eines der beiden Werkstücke als Andruckelement axial verstellbar ist und das Schleifband durch eine axiale Stellbewegung dieses Werkstückes zwischen den zu bearbeitenden Ringflächen eingespannt wird und dass beide Werkstücke zur Finishbearbeitung ihrer Ringflächen nacheinander oder gleichzeitig rotierend angetrieben werden.
- Finishwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem zumindest einseitig mit einem feinkörnigen Schleifmittel belegten Schleifband (4), welches dreidimensional verformbare oder dreidimensional vorgeformte Bearbeitungszonen (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszonen (7) aus ebenen Kreisflächen bestehen, die durch radiale Schnitte (5) in Bandlappen (6) unterteilt sind.
- Finishwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszonen (7) ein Kernloch (10) enthalten.
- Finishwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifband (4) zu einer Bandrolle aufgewickelt ist.
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