EP2143529B1 - Schleifverfahren zur simultanen Erzeugung zweier Funktionsflächen an einem Werkstück - Google Patents

Schleifverfahren zur simultanen Erzeugung zweier Funktionsflächen an einem Werkstück Download PDF

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EP2143529B1
EP2143529B1 EP20090161059 EP09161059A EP2143529B1 EP 2143529 B1 EP2143529 B1 EP 2143529B1 EP 20090161059 EP20090161059 EP 20090161059 EP 09161059 A EP09161059 A EP 09161059A EP 2143529 B1 EP2143529 B1 EP 2143529B1
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EP
European Patent Office
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tool
workpiece
functional surface
rotation axis
grinding method
Prior art date
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EP20090161059
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French (fr)
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EP2143529A2 (de
EP2143529A3 (de
Inventor
Gero Johlen
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2143529A3 publication Critical patent/EP2143529A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/18—Wheels of special form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B11/00—Machines or devices designed for grinding spherical surfaces or parts of spherical surfaces on work; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B15/00—Machines or devices designed for grinding seat surfaces; Accessories therefor
    • B24B15/04—Machines or devices designed for grinding seat surfaces; Accessories therefor on valve members

Definitions

  • the present invention relates to a grinding method for simultaneously producing two functional surfaces on a workpiece.
  • a typical application is an outer cone (seat), which merges into an end face, which also - for example, as a high-pressure sealing surface - must be convex or concave spherical.
  • the transition between cone and end face can be designed as a sealing edge.
  • the method according to the invention has the advantage that, for example, sealing surfaces having a preferred shape can be produced in conjunction with a sharp-edged, burr-free sealing edge. Thanks to this burr-free and sharp-edged sealing edge, a high component quality and functionality is guaranteed. At the same time, a low-cost and simple machine technology with a small installation space and optimized cycle time can be used.
  • the inventive simultaneous machining of two functional surfaces results in a high process reliability for the dimensional accuracy of the sealing edge diameter. Due to the fixed geometric setting of the tool, the dimensional stability is hardly influenced by the process. This results in a high process reliability for convex or concave preferred shapes. Consequently, therefore, a simple correction strategy for the process reliability or dimensional stability is given.
  • the tool comprises a main body with an annular tool end face, wherein the tool end face has a circular processing edge or cutting edge in order to produce the first functional surface.
  • the tool used comprises a conical projection which is arranged on the tool end face in order to produce the second functional surface, in particular bevel on the workpiece.
  • the geometry of the tool according to the invention can also be described by defining the base of the conical projection smaller than the tool end face.
  • the lateral surface of the conical projection has the largest circumference on a side facing the base body.
  • the process according to the invention serves e.g. for producing a component having a front surface with a concave or convex preferential shape (for example with a sealing function) in conjunction with burr-free and sharp-edged sealing edge at the transition to another functional surface by grinding with only one tool in one processing step.
  • this concept also reduces the number of machine components, in particular machine axes and grinding spindles. Since the grinding spindle according to the invention is pivoted only a small amount to the workpiece spindle, only little space is required.
  • the tool according to the invention can also be used in conventional grinding machines.
  • the tool end face is incident to a tool rotation axis by a clearance angle ⁇ and is thus funnel-shaped.
  • This clearance angle or this funnel-shaped collapse is particularly important if, in addition to the second functional surface, a convex first functional surface is machined.
  • the tool end face can not only have flat but also a concave or convex surface.
  • a convex first functional surface can be generated with an inner processing edge of the annular tool face.
  • a circular rounded machining edge To influence the roughness of the first functional surface, a radius of the machining edge on the tool according to the invention can be changed. The larger the radius is chosen, the larger the engagement width of the tool and the smaller the roughness on the workpiece. This rounding also improves the edge stability of the tool according to the invention. It is also advantageous to optimally adjust the roughness of the first and the second functional surfaces by the choice of grinding parameters and / or wheel specification of the tool and / or by the workpiece speed and / or the tool speed.
  • the editing edge does not necessarily have to be defined. So it is also advantageous to edit the first functional area with an undefined processing edge.
  • the conical extension is also advantageous to form the conical extension as a truncated cone.
  • the upper end of the conical extension is not needed for machining the second functional surface and thus it is sufficient to provide a frusto-conical extension.
  • a lateral surface of the conical projection is flat or concave or convex.
  • the invention describes a grinding method according to claim 1.
  • the simultaneous processing according to the invention of both surfaces in one clamping with only one tool the number of processing stations is reduced, moreover, can be with the inventive method due to the simple structure - compact grinding spindle with low tilt angle compared to Workpiece spindle - use a simple, conventional machine concept and leave room for additional processing stations. If, as in the prior art, grinding is performed with two tools, there is also the risk that the sealing edge diameter deviates if one of the tools deviates from the nominal dimension. When machining with only one tool, even with an axial offset of the workpiece or tool, there is no negative influence on the sealing edge diameter. Highly accurate sealing surfaces and sealing edges with very high functionality can be manufactured reliably and inexpensively.
  • the further advantages of the method according to the invention have already been discussed in detail in connection with the tool used.
  • the method according to the invention comprises the steps according to claim 1.
  • the term “movement of the workpiece and / or the tool” means “moving the workpiece and / or the tool” understand is. Furthermore, in the method according to the invention with a circular machining edge of an annular tool face of a base body of the tool, the first functional surface, in particular workpiece end face, of the workpiece is processed. Partly at the same time, the second functional surface, in particular a chamfer, of the workpiece is machined with a conical projection on the tool end face.
  • the workpiece and / or the tool is moved along the workpiece rotation axis or slightly obliquely thereto.
  • the angle of attack ⁇ is selected such that the workpiece rotational axis and the tool rotational axis intersect on a side of the first functional surface facing the tool.
  • the angle of attack ⁇ is selected such that the workpiece rotation axis and the tool rotation axis intersect on a side of the first functional surface facing away from the tool.
  • a burr-free edge in particular a sealing edge, is formed between the first functional surface and the second functional surface. Since in the method according to the invention, the two adjoining functional surfaces are produced in one processing step and thus at least partially simultaneously, it is possible to produce this burr-free or sharp edge.
  • a diameter of the edge, in particular sealing edge can be adjusted by a radial offset between the tool and the workpiece.
  • radial offset is meant here the displacement of, for example, the workpiece parallel to the workpiece rotation axis.
  • the tool according to the invention can also be offset in a corresponding manner.
  • the sealing edge diameter is not only due to the radial Set offset, but can be corrected by this radial offset also steadily.
  • the shape, in particular the concavity or convexity, of the first functional surface is formed or produced as a function of the angle of attack and / or a diameter of the machining edge and / or of the radial offset. If, for example, the diameter of the processing edge is once dressed, only the front surface needs to be dressed at regular intervals. Since the first functional surface, i.e., the preferred shape, is determined essentially by the diameter of the machining edge and the angle of attack or the change in the angle of attack, the quality of the first functional surface remains constant.
  • the clearance angle ⁇ is greater than the angle of attack ⁇ selected for generating a convex first functional surface, so that even at ⁇ ⁇ 90 ° a convex first functional surface can be generated with sharp transition to the second functional surface.
  • the method according to the invention is used particularly advantageously in that the first functional surface and the second functional surface are produced on a part of a fuel injection system, in particular a coupler sleeve.
  • the invention is thus used, for example, in the fine machining of various products from diesel injection technology, in which a plurality of functional surfaces on end faces have to be processed.
  • Particular advantages result from the method according to the invention, as soon as a convex or concave preferred shape on a component end face for sealing function in combination with a sealing edge is required in the field of diesel injection technology, which must have no burr formation and be formed almost without rounding (sharp) got to.
  • the concavity or convexity can be just a few microns here.
  • FIG. 1 a tool 1 for the method according to a first embodiment of the present invention described.
  • FIG. 1 shows the rotating grinding tool, consisting of a base body 2, a conical extension 3 and a shaft 24.
  • the main body 2 may also be referred to as a grinding wheel.
  • FIG. 1 an already machined workpiece 4.
  • the main body 2 is cylindrical and has on its side facing the workpiece 4 an annular end face 22 with a round processing edge 21, formed as an outer edge on.
  • the annular end face 22 is formed as a ring around the conical projection 3.
  • the base body 2 is in the likewise cylindrical, but narrower shaft 24 via. This shaft 24 is used for clamping the tool 1 in the machine tool.
  • a tool rotation axis 23 is located. To this tool rotation axis 23, the tool 1 rotates rotationally symmetrical. Further, a clearance angle ⁇ denotes a funnel-shaped collapse of the annular end surface 22.
  • the conical extension 3 has a lateral surface 31 and a frustoconical surface 32.
  • the conical projection 3 is located centrally and thus rotationally symmetrical on the base body 2 of the tool 1. Around this conical projection 3 around the annular end face 22 is formed.
  • the workpiece 4 has a first functional surface 41, also called the workpiece end face or preferred form. Laterally on this first functional surface 41, a second functional surface 42 in the form of a conical chamfer is formed on the workpiece 4. This second functional surface 42 thus forms the transition from the first functional surface 41 to the lateral surface of the rotationally symmetrical workpiece 4. Between the first functional surface 41 and the second functional surface 42, a sealing edge 43 is formed. This sealing edge 43 is sharp and burr-free.
  • the workpiece 4 rotates about a workpiece rotation axis 44.
  • FIG. 1 Also geometric sizes of the tool 1 and the workpiece 4.
  • the tool 1 has at its thickest point, the base body 2, the tool diameter D wz .
  • the annular tool end face 22 has the ring width b r .
  • the truncated cone diameter D f is located at the thinnest point of the conical projection 3.
  • the angle between the tool rotation axis 23 and the workpiece rotation axis 44 is referred to as the angle of attack ⁇ .
  • the lateral surface 31 of the conical projection 3 merges with the cone angle ⁇ .
  • the workpiece 4 rotates in a workpiece spindle, while the rotating tool 1 is set at the angle of attack ⁇ to the workpiece 4 and along the workpiece rotation axis 44 on the workpiece Workpiece 4 is moved.
  • the workpiece 4 can be moved or moved into the tool 1.
  • the machining edge 21 at the transition between tool diameter D wz and annular end face 22 of the tool 1 the convex or concave spherical first functional surface 41 is generated.
  • the workpiece rotation axis 44 intersects the tool rotation axis 23 on a tool-facing side z of the first functional surface 41 and results in a concave spherical first functional surface 41. If the tool 1 is employed with a negative angle ⁇ alternatively, the workpiece rotation axis 44 cuts the tool rotation axis 23 on one side facing away from the tool a of the first functional surface 41 and it is a spherically convex first functional surface 41 is generated. This will be addressed to the Figures 3 and 4 demonstrate.
  • the lateral surface 31 on the tool 1 or on the conical projection 3 generates the second functional surface 42 on the workpiece 4.
  • the lateral surface 31 may also be concave or convex to produce a second functional surface 42 with radius.
  • the clearance angle ⁇ is introduced at the annular end face 22 of the base body 2.
  • the degree of sharp-edged and free sealing edge 43 with the sealing edge diameter D ⁇ is formed on the workpiece 4 in addition to the first function spherical surface 41 at the transition between the first functional surface 41 and the second functional surface 42nd
  • the convexity or concavity of the spherical first functional surface 41 arises as a function of the pivoting of the setting angle ⁇ , the workpiece diameter D WZ and a radial offset e1, e2.
  • This radial offset e1, e2 is set between the machining edge 21 and the workpiece rotation axis 44.
  • FIG. 2 shows the workpiece 4 in plan view of its end face.
  • the workpiece 4 is in this case by the tool 1 according to the invention according to the first embodiment been edited.
  • Shown is the sealing edge 43 with a sealing edge diameter D ⁇ and a reliabilitysantanteneingriffsbahn 5 and a continuation engagement track 6.
  • the machining edge engaging track 5 is formed by the engagement of the machining edge 21 in the workpiece 4.
  • the continuation engagement track 6 results from the engagement of the lateral surface 31 of the conical projection 3 in the Workpiece 4.
  • FIG. 3 shows the tool 1 for the method according to a second embodiment and a machined workpiece 4.
  • the same or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the tool 1 in FIG. 3 has a significantly larger clearance angle ⁇ than the tool 1 according to the first embodiment. Furthermore, the first functional surface 41 is convex.
  • the angle of attack ⁇ is selected such that the workpiece rotation axis 44 intersects the tool rotation axis 23 on a side of the first functional surface 41 facing away from the tool. Further, the processing edge 21 is offset by a distance f from the workpiece rotation axis 44.
  • FIG. 4 shows the tool 1 for the method according to a third embodiment and a machined workpiece 4.
  • the same or functionally identical parts with the same reference numerals as in the first or second embodiment are designated.
  • the tool 1 in FIG. 4 has a clearance angle ⁇ of 90 °. Furthermore, the first functional surface 41 is convex. The angle of attack ⁇ corresponds to the angle of attack ⁇ from the second embodiment.
  • the end face 22 is divided into an annular first plane 22a and an annular second plane 22b closer to the shaft 24.
  • the processing edge 21 for processing the first functional surface 41 is seated on an inner side of the first plane 22a.
  • first functional surface 41 with a concavity of 5 microns (on a measuring section of 0.45 mm) and a sealing edge with a diameter D ⁇ of 5.8 mm produced in the components, which (at the transition of the concave surface first Function surface 41) to an outer chamfer (second functional surface 42) is formed at an angle of 20 °.
  • First scanning electronic investigations have already confirmed the sharp-edgedness and burr-freedom of the component, the process-reliable production of the concavity was verified by means of white-light interferometers.
  • the components are manufactured using this process for prototyping and also for series production, which means that cycle time and cost reduction can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schleifverfahren zur simultanen Erzeugung zweier Funktionsflächen an einem Werkstück.
  • Bei der Bauteilherstellung sind sehr oft mehrere Funktionsflächen durch Schleifen zu bearbeiten. Lässt es die Kontur zu, können mehrere Funktionsflächen mit nur einem Werkzeug bearbeitet werden - an rotationssymmetrischen Bauteilen beispielsweise auch Außen- und Stirnfläche. Dies geschieht nach Möglichkeit in nur einer Prozessstufe. Bei verschiedenen Erzeugnissen, die in Systemen mit höheren Drücken - z.B. Diesel-Einspritztechnik - zum Einsatz kommen, sind zudem häufig Vorzugsformen an stirnseitigen Flächen gefordert, beispielsweise um Dichtfunktionen zu gewährleisten.
  • Bei speziellen Funktionsanforderungen des Bauteiles besteht zudem häufig die Forderung, dass am Übergang zwischen zwei aneinandergrenzenden Funktionsflächen kein Grat entsteht. Ist eine Verrundung zulässig, kann diese Forderung erfüllt werden, indem die Kontur des Werkstückes über das Schleifwerkzeug abgebildet wird. Ist jedoch zusätzlich ein scharfkantiger Übergang zwischen zwei Funktionsflächen gefordert (z.B. Dichtkante) und somit keine Verrundung durch den Werkzeugradius zulässig, werden in der Regel zwei Werkzeuge eingesetzt, die simultan die Funktionsflächen bearbeiten. Allerdings ist hierzu ein entsprechendes Maschinenkonzept vorzusehen, das, z.B. über zwei Kreuzschlitten, die simultane Bearbeitung zweier Flächen ermöglicht.
  • In Abhängigkeit der Bauteilgestalt besteht eine weitere Möglichkeit darin, die Flächen mit einem Werkzeug gleichzeitig zu bearbeiten. Ein typischer Anwendungsfall ist ein äußerer Konus (Sitz), der in eine Stirnfläche übergeht, die zudem - beispielsweise als Hochdruck-Dichtfläche - konvex oder konkav sphärisch ausgeführt sein muss. Der Übergang zwischen Konus und Stirnfläche kann hierbei als Dichtkante ausgeführt sein. Mit konventionellen Verfahren wird die Schleifspindel ca. 30-45° zur Werkstückspindel geschwenkt, wodurch sich für die Schleifmaschine ein erhöhter Bedarf an Bauraum ergibt, was u.a. weitere Bearbeitungsmöglichkeit auf der Maschine einschränkt.
  • In der US 2836939 wird ein Schleifverfahren beschrieben, mit dem nur eine Fläche gleichzeitig geschliffen werden kann. Es werden dort Verfahren für verschiedene Flächenformen, wie z.B. konkav oder konvex beschrieben. Ein gleichzeitiges Schleifen von mehreren Flächen wird dort nicht offenbart.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist demgegenüber den Vorteil auf, dass damit beispielsweise Dichtflächen mit Vorzugsform in Verbindung mit scharfkantiger, gratfreier Dichtkante erzeugt werden können. Dank dieser gratfreien und scharfkantigen Dichtkante ist eine hohe Bauteilqualität sowie Funktionalität gewährleistet. Gleichzeitig kann eine kostengünstige und einfache Maschinentechnologie mit geringem Bauraum und optimierter Taktzeit verwendet werden. Durch die erfindungsgemäße gleichzeitige Bearbeitung zweier Funktionsflächen ergibt sich eine hohe Prozesssicherheit für die Maßhaltigkeit der Dichtkantendurchmesser. Durch die fixe geometrische Einstellung des Werkzeugs ist die Maßhaltigkeit kaum durch den Prozess beeinflusst. Somit ergibt sich eine hohe Prozesssicherheit für konvexe oder konkave Vorzugsformen. Folglich ist somit auch eine einfache Korrekturstrategie für die Prozesssicherheit bzw. Maßhaltigkeit gegeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch Verwendung dieses rotationssymmetrischen Schleifwerkzeugs zur simultanen Erzeugung einer ersten Funktionsfläche und einer zweiten Funktionsfläche an einem Werkstück erreicht. Das Werkzeug umfasst dabei einen Grundkörper mit einer ringförmigen Werkzeugstirnfläche, wobei die Werkzeugstirnfläche eine kreisförmige Bearbeitungskänte bzw. Schneidekante aufweist, um die erste Funktionsfläche zu erzeugen. Desweiteren umfasst das verwendete Werkzeug einen kegelförmigen Fortsatz der an der Werkzeugstirnfläche angeordnet ist, um die zweite Funktionsfläche, insbesondere Fase am Werkstück, zu erzeugen. Die Geometrie des erfindungsgemäßen Werkzeugs lässt sich auch beschreiben, in dem man die Grundfläche des kegelförmigen Fortsatzes kleiner als die Werkzeugstirnfläche definiert. Desweiteren weist die Mantelfläche des kegelförmigen Fortsatzes an einer dem Grundkörper zugewandten Seite den größten Umfang auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient z.B. zur Herstellung eines Bauteils mit einer Stirnfläche mit konkaver oder konvexer Vorzugsform (z.B. mit Dichtfunktion) in Verbindung mit gratfreier und scharfkantiger Dichtkante am Übergang zur einer weiteren Funktionsfläche durch Schleifbearbeitung mit nur einem Werkzeug in einem Bearbeitungsschritt. Neben der Taktzeit wird mit diesem Konzept auch die Anzahl der Maschinenkomponenten, insbesondere Maschinenachsen und Schleifspindeln, reduziert. Da die Schleifspindel erfindungsgemäß nur um einen geringen Betrag zur Werkstückspindel geschwenkt wird, ist nur wenig Bauraum erforderlich. Zudem lässt sich das erfindungsgemäße Werkzeug auch in konventionellen Schleifmaschinen einsetzen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Werkzeugstirnfläche zu einer Werkzeugrotationsachse um einen Freiwinkel γ einfällt und somit trichterförmig gestaltet ist. Dieser Freiwinkel bzw. dieses trichterförmige Einfallen ist besonders wichtig, wenn zusätzlich zu der zweiten Funktionsfläche eine konvexe erste Funktionsfläche bearbeitet wird. Es ist zu beachten, dass hierbei die Werkzeugstirnfläche nicht nur eben, sondern auch eine konkave oder konvexe Oberfläche aufweisen kann. Ferner ist es für konkave erste Funktionsflächen ausreichend und vorteilhaft die Werkzeugstirnfläche eben und somit senkrecht zur Werkzeugrotationsachse zu gestallten.
  • Bei Verwendung des Freiwinkels ist es bei Erzeugung einer konvexen ersten Funktionsfläche notwendig, dass der Freiwinkel γ größer oder gleich α ist. Somit kann mit einer innen liegenden Bearbeitungskante der ringförmigen Werkzeugstirnfläche eine konvexe erste Funktionsfläche erzeugt werden.
  • Ferner vorteilhaft ist eine kreisförmig verrundete Bearbeitungskante. Zur Beeinflussung der Rauheit der ersten Funktionsfläche kann ein Radius der Bearbeitungskante am erfindungsgemäßen Werkzeug verändert werden. Je größer der Radius gewählt wird, desto größer ist die Eingriffsbreite des Werkzeugs und desto kleiner wird die Rauheit am Werkstück. Diese Verrundung verbessert außerdem die Kantenstabilität des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Ferner ist es auch von Vorteil, die Rauhigkeit der ersten wie auch der zweiten Funktionsflächen durch die Wahl von Schleifparametern und/oder Scheibenspezifikation des Werkzeugs und/oder durch die Werkstückdrehzahl und/oder die Werkzeugdrehzahl optimal einzustellen. Die Bearbeitungskante muss jedoch nicht zwingend definiert sein. So ist es auch vorteilhaft mit einer undefinierte Bearbeitungskante die erste Funktionsfläche zu bearbeiten.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, den kegelförmigen Fortsatz als Stumpfkegel auszubilden. Das obere Ende des kegelförmigen Fortsatzes wird zur Bearbeitung der zweiten Funktionsfläche nicht benötigt und somit ist es ausreichend, einen stumpfkegeligen Fortsatz vorzusehen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eine Mantelfläche des kegelförmigen Fortsatzes eben oder konkav oder konvex ausgebildet. Dadurch kann die zweite Funktionsfläche bzw. Fase in ihrer Form beeinflusst werden.
  • Die Erfindung beschreibt ein Schleifverfahren gemäß Anspruch 1. Durch die gleichzeitige erfindungsgemäße Bearbeitung beider Flächen in einer Aufspannung mit nur einem Werkzeug wird die Anzahl der Bearbeitungsstationen reduziert, darüber hinaus lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund des einfachen Aufbaus - kompakte Schleifspindel mit geringem Schwenkwinkel gegenüber der Werkstückspindel - ein einfaches, konventionelles Maschinenkonzept nutzen und es verbleibt weiterer Raum für zusätzliche Bearbeitungsstationen. Wird wie im Stand der Technik mit zwei Werkzeugen geschliffen, besteht bei Abweichung einer der Werkzeuge vom Sollmaß zudem die Gefahr, dass der Dichtkantendurchmesser abweicht. Bei Bearbeitung mit nur einem Werkzeug kommt es selbst bei axialem Versatz von Werkstück oder Werkzeug zu keiner negativen Beeinflussung des Dichtkantendurchmessers. Es können hochgenaue Dichtflächen und Dichtkanten mit sehr hoher Funktionalität prozesssicher und kostengünstig gefertigt werden. Die weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits in Verbindung mit dem verwendeten Werkzeug ausführlich diskutiert. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte gemäß Anspruch 1.
  • Hier ist zu beachten, dass unter dem Begriff "Verfahren des Werkstücks und/oder des Werkzeugs" ein "Bewegen des Werkstücks und/oder des Werkzeugs" zu verstehen ist. Desweiteren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer kreisförmigen Bearbeitungskante einer ringförmigen Werkzeugstirnfläche eines Grundkörpers des Werkzeugs die erste Funktionsfläche, insbesondere Werkstückstirnfläche, des Werkstücks bearbeitet. Zum Teil gleichzeitig dazu wird mit einem kegelförmigen Fortsatz auf der Werkzeugstirnfläche die zweite Funktionsfläche, insbesondere eine Fase, des Werkstücks bearbeitet.
  • Vorteilhafterweise wird das Werkstück und/oder das Werkzeug entlang der Werkstückrotationsachse oder leicht schräg dazu verfahren.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung wird für eine sphärisch konkave Ausbildung der ersten Funktionsfläche der Anstellwinkel α so gewählt, dass sich die Werkstückrotationsachse und die Werkzeugrotationsachse auf einer werkzeugzugewandten Seite der ersten Funktionsfläche schneiden.
  • Alternativ dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass für eine sphärisch konvexe Ausbildung der ersten Funktionsfläche der Anstellwinkel α so gewählt wird, dass sich die Werkstückrotationsachse und die Werkzeugrotationsachse auf einer werkzeugabgewandten Seite der ersten Funktionsfläche schneiden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit Vorzugsformen auch mit sehr geringen Werten im Bereich von wenigen µm für sphärische Konvexitäten oder Konkavitäten prozesssicher erzielt werden.
  • Ferner von Vorteil ist es, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen der ersten Funktionsfläche und der zweiten Funktionsfläche eine gratfreie Kante, insbesondere Dichtkante, ausgebildet wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die beiden aneinandergrenzenden Funktionsflächen in einem Bearbeitungsschritt und somit zumindest teilweise gleichzeitig erzeugt werden, ist es möglich, diese gratfreie bzw. scharfe Kante herzustellen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, dass ein Durchmesser der Kante, insbesondere Dichtkante, durch einen radialen Versatz zwischen Werkzeug und Werkstück eingestellt werden kann. Unter radialem Versatz ist hier das Versetzen beispielsweise des Werkstücks parallel zur Werkstückrotationsachse gemeint. Jedoch kann auch in entsprechender Weise das erfindungsgemäße Werkzeug versetzt werden. Zur stetigen Kontrolle und Verbesserung der Maßhaltigkeit bzw. Prozesssicherheit wird der Dichtkantendurchmesser nicht nur durch den radialen Versatz eingestellt, sondern kann durch diesen radialen Versatz auch stetig korrigiert werden.
  • Ferner ist es von Vorteil, dass die Form, insbesondere die Konkavität oder Konvexität, der ersten Funktionsfläche in Abhängigkeit des Anstellwinkels und/oder eines Durchmessers der Bearbeitungskante und/oder des radialen Versatzes, ausgebildet bzw. hergestellt wird. Ist beispielsweise der Durchmesser der Bearbeitungskante, einmal abgerichtet, so muss nur noch die Stirnfläche in regelmäßigen Intervallen abgerichtet werden. Da die erste Funktionsfläche, d.h., die Vorzugsform, im Wesentlichen durch den Durchmesser der Bearbeitungskante und den Anstellwinkel bzw. die Veränderung des Anstellwinkels bestimmt wird, bleibt die Qualität der ersten Funktionsfläche konstant.
  • In vorteilhafter Ausführung des Verfahrens wird zur Erzeugung einer konvexen ersten Funktionsfläche der Freiwinkel γ größer als der Anstellwinkel α gewählt, so dass auch bei γ < 90° eine konvexe erste Funktionsfläche mit scharfem Übergang zur zweiten Funktionsfläche erzeugt werden kann.
  • Besonders vorteilhaft kommt das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz, indem die erste Funktionsfläche und die zweite Funktionsfläche an einem Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere einer Kopplerhülse, erzeugt werden. Die Erfindung kommt somit beispielsweise bei der Feinbearbeitung verschiedener Produkte aus der Diesel-Einspritztechnik zum Einsatz, an denen mehrere Funktionsflächen an Stirnflächen bearbeitet werden müssen. Besondere Vorzüge ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren, sobald im Bereich der Diesel-Einspritztechnik eine konvexe oder konkave Vorzugsform an einer Bauteil-Stirnfläche zur Dichtfunktion in Kombination mit einer Dichtkante gefordert wird, die keine Gratbildung aufweisen darf und annähernd ohne Verrundung (scharfkantig) ausgebildet sein muss. Die Konkavität oder Konvexität kann hierbei auch nur wenige µm betragen. Beide Forderungen gleichzeitig lassen sich nur erfüllen, indem entweder zwei Werkzeuge gleichzeitig im Einsatz sind (Simultanschleifen mit zwei Schleifspindeln) oder ein Werkzeug beide Flächen gleichzeitig bearbeitet. Auch ohne die Forderung nach gratfreien, scharfen Kanten, ergibt sich ein wirtschaftlicher Vorteil durch das Schleifen mit reduzierter Taktzeit.
    • Zeichnungen
  • Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine zum Teil aufgebrochene Darstellung des im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Werkzeugs nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem bearbeiteten Werkstück,
    Figur 2
    eine stirnseitige Draufsicht auf das Werkstück, bearbeitet durch das Werkzeug nach dem ersten Ausführungsbeispiel, mit Werkzeugeingriffsbahnen,
    Figur 3
    eine zum Teil aufgebrochene Darstellung des im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Werkzeugs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem bearbeiteten Werkstück, und
    Figur 4
    eine zum Teil aufgebrochene Darstellung des im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Werkzeugs nach einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem bearbeiteten Werkstück.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein Werkzeug 1 für das Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Figur 1 zeigt das rotierende Schleifwerkzeug, bestehend aus einem Grundkörper 2, einem kegelförmigen Fortsatz 3 und einem Schaft 24. Der Grundkörper 2 kann auch als Schleifscheibe bezeichnet werden. Desweiteren zeigt Figur 1 ein bereits bearbeitetes Werkstück 4.
  • Der Grundkörper 2 ist zylinderförmig ausgebildet und weist an seiner dem Werkstück 4 zugewandten Seite eine ringförmige Stirnfläche 22 mit einer runden Bearbeitungskante 21, ausgebildet als Außenkante, auf. Die ringförmige Stirnfläche 22 ist als Ring um den kegelförmigen Fortsatz 3 ausgebildet. An seiner, einer Werkzeugmaschine zugewandten Seite, geht der Grundkörper 2 in den ebenfalls zylinderförmigen, jedoch schmaleren Schaft 24 über. Dieser Schaft 24 dient zum Einspannen des Werkzeugs 1 in die Werkzeugmaschine. Desweiteren ist eine Werkzeugrotationsachse 23 eingezeichnet. Um diese Werkzeugrotationsachse 23 dreht sich das Werkzeug 1 rotationssymmetrisch. Ferner bezeichnet ein Freiwinkel γ ein trichterförmiges Einfallen der ringförmigen Stirnfläche 22.
  • Der kegelförmige Fortsatz 3 weist eine Mantelfläche 31 sowie eine Kegelstumpffläche 32 auf. Der kegelförmige Fortsatz 3 sitzt mittig und somit rotationssymmetrisch auf dem Grundkörper 2 des Werkzeugs 1. Um diesen kegelförmigen Fortsatz 3 herum ist die ringförmige Stirnfläche 22 ausgebildet.
  • Das Werkstück 4 weist eine erste Funktionsfläche 41, auch Werkstückstirnfläche oder Vorzugsform genannt, auf. Seitlich an diese erste Funktionsfläche 41 ist auf dem Werkstück 4 eine zweite Funktionsfläche 42 in Form einer konischen Fase ausgebildet. Diese zweite Funktionsfläche 42 bildet somit den Übergang von der ersten Funktionsfläche 41 zur Mantelfläche des rotationssymmetrischen Werkstücks 4. Zwischen der ersten Funktionsfläche 41 und der zweiten Funktionsfläche 42 ist eine Dichtkante 43 ausgebildet. Diese Dichtkante 43 ist scharf und gratfrei. Das Werkstück 4 rotiert um eine Werkstückrotationsachse 44.
  • Desweiteren zeigt Figur 1 auch geometrische Größen des Werkzeugs 1 und des Werkstücks 4. Das Werkzeug 1 weist an seiner dicksten Stelle, dem Grundkörper 2, den Werkzeugdurchmesser Dwz auf. Die ringförmige Werkzeugstirnfläche 22 weist die Ringbreite br auf. Desweiteren ist der Kegelstumpfdurchmesser Df an der dünnsten Stelle des kegelförmigen Fortsatzes 3 eingezeichnet. Der Winkel zwischen Werkzeugrotationsachse 23 und Werkstückrotationsachse 44 wird als Anstellwinkel α bezeichnet. Die Mantelfläche 31 des kegelförmigen Fortsatzes 3 läuft mit dem Kegelwinkel β zusammen.
  • Des Weiteren ist ein Werkstückdurchmesser Dws und eine Tiefe t der konkaven ersten Funktionsfläche 41 eingezeichnet.
  • Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens rotiert das Werkstück 4 in einer Werkstückspindel, während des rotierende Werkzeug 1 im Anstellwinkel α zum Werkstück 4 angestellt und entlang der Werkstückrotationsachse 44 auf das Werkstück 4 verfahren wird. Alternativ kann selbstverständlich auch das Werkstück 4 in das Werkzeug 1 verfahren bzw. bewegt werden. Mit der Bearbeitungskante 21 am Übergang zwischen Werkzeugdurchmesser Dwz und ringförmiger Stirnfläche 22 des Werkzeugs 1 wird die konvexe oder konkave sphärische erste Funktionsfläche 41 erzeugt.
  • Erfolgt die Anstellung des Werkzeugs 1 um den Anstellwinkel α gemäß Figur 1, so schneidet die Werkstückrotationsachse 44 die Werkzeugrotationsachse 23 auf einer werkzeugzugewandten Seite z der ersten Funktionsfläche 41 und es ergibt sich eine konkav sphärische erste Funktionsfläche 41. Wird das Werkzeug 1 alternativ mit negativem Anstellwinkel α angestellt, so schneidet die Werkstückrotationsachse 44 die Werkzeugrotationsachse 23 auf einer werkzeugabgewandten Seite a der ersten Funktionsfläche 41 und es wird eine sphärisch konvexe erste Funktionsfläche 41 erzeugt. Dies wird sich an den Figuren 3 und 4 zeigen.
  • Die Mantelfläche 31 am Werkzeug 1 bzw. am kegelförmigen Fortsatz 3 erzeugt die zweite Funktionsfläche 42 am Werkstück 4. Alternativ kann die Mantelfläche 31 auch konkav oder konvex ausgebildet sein, um eine zweite Funktionsfläche 42 mit Radius zu erzeugen. Um die bestimmte Kontur durch Abrichten in das Werkzeug 1 bzw. in eine Schleifscheibe einbringen zu können, und zudem das Schleifen konvexer erster Funktionsflächen 41 zu ermöglichen, ist der Freiwinkel γ an der ringförmigen Stirnfläche 22 des Grundkörpers 2 eingebracht.
  • Durch den Schleifprozess entsteht am Werkstück 4 neben der sphärischen ersten Funktionsfläche 41 am Übergang zwischen der ersten Funktionsfläche 41 und der zweiten Funktionsfläche 42 die scharfkantige und gradfreie Dichtkante 43 mit dem Dichtkantendurchmesser Dκ. Die Konvexität bzw. Konkavität der sphärischen ersten Funktionsfläche 41 entsteht in Abhängigkeit des Verschwenkens des Anstellwinkels α, des Werkstückdurchmessers DWZ und eines radialen Versatzes e1, e2. Dieser radiale Versatz e1, e2 wird zwischen der Bearbeitungskante 21 und der Werkstückrotationsachse 44 eingestellt. Somit ist die Konvexität bzw. Konkavität der sphärischen ersten Funktionsfläche 41 auch im Bereich von wenigen µm prozesssicher herstellbar.
  • Figur 2 zeigt das Werkstück 4 in Draufsicht auf seine Stirnfläche. Das Werkstück 4 ist dabei durch das erfindungsgemäße Werkzeug 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel bearbeitet worden. Gezeigt ist die Dichtkante 43 mit einem Dichtkantendurchmesser Dκ sowie eine Bearbeitungskanteneingriffsbahn 5 und eine Fortsatzeingriffsbahn 6. Die Bearbeitungskanteneingriffsbahn 5 entsteht durch den Eingriff der Bearbeitungskante 21 in das Werkstück 4. Die Fortsatzeingriffsbahn 6 resultiert aus dem Eingriff der Mantelfläche 31 des kegelförmigen Fortsatzes 3 in das Werkstück 4.
  • Figur 3 zeigt das Werkzeug 1 für das Verfahren nach einem zweiten Ausführungsbeispiel sowie ein bearbeitetes Werkstück 4. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den selben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
  • Das Werkzeug 1 in Figur 3 weist einen deutlich größeren Freiwinkel γ als das Werkzeug 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Ferner ist die erste Funktionsfläche 41 konvex.
  • Der Anstellwinkel α ist so gewählt, dass die Werkstückrotationsachse 44 die Werkzeugrotationsachse 23 auf einer werkzeugabgewandten Seite a der ersten Funktionsfläche 41 schneidet. Ferner ist die Bearbeitungskante 21 um einen Abstand f von der Werkstückrotationsachse 44 versetzt.
  • Figur 4 zeigt das Werkzeug 1 für das Verfahren nach einem dritten Ausführungsbeispiel sowie ein bearbeitetes Werkstück 4. Im dritten Ausführungsbeispiel sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie im ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
  • Das Werkzeug 1 in Figur 4 weist einen Freiwinkel γ von 90° auf. Ferner ist die erste Funktionsfläche 41 konvex. Der Anstellwinkel α entspricht dem Anstellwinkel α aus dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Durch den Freiwinkel γ von 90° teilt sich die Stirnfläche 22 in eine ringförmige erste Ebene 22a und eine dem Schaft 24 nähere, ringförmige zweite Ebene 22b. Die Bearbeitungskante 21 zur Bearbeitung der ersten Funktionsfläche 41 sitzt auf einer Innenseite der ersten Ebene 22a.
  • Der Einsatz des Werkzeugs 1 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt z.B. bei der Bearbeitung von Bauteilen für Nutzfahrzeug-Injektoren. An den Bauteilen wird eine Stirnfläche (erste Funktionsfläche 41) mit einer Konkavität von 5 µm (auf einer Messstrecke von 0,45 mm) und eine Dichtkante mit einem Durchmesser Dκ von 5,8 mm erzeugt, die am Übergang der konkaven Fläche (erste Funktionsfläche 41) zu einer äußeren Fase (zweite Funktionsfläche 42) mit einem Winkel von 20° gebildet wird. Erste rasterelektronische Untersuchungen haben bereits die Scharfkantigkeit und Gratfreiheit am Bauteil bestätigt, die prozesssichere Herstellung der Konkavität wurde mittels Weißlicht-Interferometer nachgewiesen. Die Bauteile werden mit diesem Verfahren für die Musterfertigung und auch schon für den Serienanlauf gefertigt, wodurch eine Taktzeit- und Kostenreduzierung erzielt werden kann.

Claims (11)

  1. Schleifverfahren zur simultanen Erzeugung einer Werkstückstirnfläche als erste Funktionsfläche (41) und einer Fase als an der ersten Funktionsfläche (41) angrenzenden zweiten Funktionsfläche (42) an einem Werkstück (4) mit einem rotationssymmetrischem Schleifwerkzeug (1), umfassend die Schritte:
    - Rotieren des Werkstücks (4) um eine Werkstückrotationsachse (44) und Rotieren des Werkzeugs (1) um eine Werkzeugrotationsachse (23),
    - Anstellen der Werkzeugrotationsachse (23) und/oder der Werkstückrotationsachse (44) zueinander um einen Anstellwinkel (α), und
    - Verfahren des Werkstücks (4) und/oder des Werkzeugs (1) zueinander,
    - wobei mit einer kreisförmigen Bearbeitungskante (21) oder einer ringförmigen Werkzeugstirnfläche (22) eines Grundkörpers (2) des Werkzeugs (1) die erste Funktionsfläche (41) des Werkstücks (4) bearbeitet wird , und
    - wobei mit einem kegelförmigen Fortsatz (3) auf der Werkzeugstirnfläche (22) die zweite Funktionsfläche (42) des Werkstücks (4) bearbeitet wird.
  2. Schleifverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine konkave Ausbildung der ersten Funktionsfläche (41) der Anstellwinkel (α) so gewählt wird, dass sich die Werkstückrotationsachse (44) und die Werkzeugrotationsachse (23) auf einer werkzeugzugewandten Seite der ersten Funktionsfläche (41) schneiden.
  3. Schleifverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine konvexe Ausbildung der ersten Funktionsfläche (41) der Anstellwinkel (α) so gewählt wird, dass sich die Werkstückrotationsachse (44) und die Werkzeugrotationsachse (23) auf einer werkzeugabgewandten Seite der ersten Funktionsfläche (41) schneiden.
  4. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Funktionsfläche (41) und der zweiten Funktionsfläche (42) eine gratfreie Kante (43), insbesondere Dichtkante, ausgebildet wird.
  5. Schleifverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (Dκ) der Kante (43) durch einen radialen Versatz (e1, e2) zwischen Werkzeug (1) und Werkstück (4) eingestellt wird.
  6. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der ersten Funktionsfläche (41) in Abhängigkeit des Anstellwinkels (α) und/oder eines Außendurchmessers (Dwz) der Bearbeitungskante (21) und/oder des radialen Versatzes (e1, e2) ausgebildet wird.
  7. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren die erste Funktionsfläche (41) und die zweiten Funktionsfläche (42) an einem Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere einer Kopplerhülse, erzeugt werden.
  8. Schleifverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugstirnfläche (22) zu einer Werkzeugrotationsachse (23) um einen Freiwinkel (γ), einfällt oder die Werkzeugstirnfläche (22) senkrecht zur Werkzeugrotationsachse (23) ist.
  9. Schleifverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Bearbeitungskante (21) verrundet wird.
  10. Schleifverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Fortsatz (3) als Stumpfkegel ausgebildet ist.
  11. Schleifverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (31) des kegelförmigen Fortsatzes (3) eben oder konkav oder konvex ausgebildet ist.
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