EP2976184B1 - Honing method and honing tool - Google Patents
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- EP2976184B1 EP2976184B1 EP14708570.8A EP14708570A EP2976184B1 EP 2976184 B1 EP2976184 B1 EP 2976184B1 EP 14708570 A EP14708570 A EP 14708570A EP 2976184 B1 EP2976184 B1 EP 2976184B1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
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- B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
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- B24B33/08—Honing tools
- B24B33/088—Honing tools for holes having a shape other than cylindrical
Definitions
- the invention relates to a honing process for machining the inner surface of a bore in a workpiece by means of at least one honing operation according to the preamble of claim 1, as well as a honing tool usable in carrying out the honing process according to the preamble of claim 6.
- a preferred field of application is the honing of cylinder surfaces the production of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines.
- cylinder surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners of internal combustion engines or other reciprocating engines are exposed during operation of a strong tribological stress. Therefore, it is important in the production of cylinder blocks or cylinder liners to edit these cylinder surfaces so that later in all operating conditions sufficient lubrication is ensured by a lubricant film and the frictional resistance between relatively moving parts is minimized.
- Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting edges.
- an expandable honing tool is moved within the bore to be machined to generate a stroke in the axial direction of the bore with a stroke frequency up and down or back and forth and simultaneously rotated to produce a lifting movement superimposed rotary motion at a rotational frequency.
- the cutting material bodies attached to the honing tool are pressed against the inner surface to be machined via a feed system with a feed force acting radially to the tool axis.
- a cross-cut pattern typical of honing is produced on the inner surface with intersecting machining marks, which are also referred to as "honing marks".
- the friction ratio of the piston group can be up to 35%, so that the friction reduction in this area is desirable.
- a technology that is becoming increasingly important for the reduction of friction and wear is the avoidance or reduction of cylinder distortions or deformations of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or operation.
- a cylinder bore should typically have a bore shape that is as small as possible, e.g. a few micrometers, deviates from an ideal circular cylinder shape.
- the causes of distortions or deformations are different. It may be static or quasi-static thermal and / or mechanical loads or dynamic loads.
- the construction and design of cylinder blocks also influence the tendency to deform.
- the sealing function of the piston ring package is typically degraded by such hard-to-control deformations, which can increase blow-by, oil consumption and friction.
- Formhonen Another technology that is intended to ensure or approximate the formation of an ideal shape after assembly or in the operating state of the engine by an inversion of the cylinder distortions (generation of a negative shape of the error) is the so-called Formhonen.
- This is the unstrained workpiece
- a bore shape deviating from the circular cylindrical shape is produced, for example a cloverleaf shape.
- Such bore shapes are usually asymmetrical, because the deformations of the cylinder block are usually not symmetrical.
- the most ideal circular cylindrical shape should result, so that the piston ring package can seal well over the entire circumference of the bore.
- Different variants of the Formhonens become for example in the EP 1 790 435 B1 and in the prior art cited therein.
- the EP 1 321 229 A1 which forms the basis for the preambles of claims 1 and 6, describes a method for producing a bore which has an initial shape in the unloaded state and in the operating state a deviating from the initial shape desired shape.
- the deformation of a bore to the desired shape is determined in the operating state, by means of the desired shape and the deformation of the initial shape is determined and the bore is brought with a machining process in the initial form.
- the initial shape of the bore is largely cylindrical in an upper region and elliptical in a lower region. The two areas merge into a middle transition area.
- a honing machine which has one to four honing stones. Since the bore geometry changes continuously in the middle region between the cylindrical and the elliptical area, honing stones with very little axial extension are used.
- the international patent application with publication number WO 01/76817 A1 discloses a hydraulically expandable honing tool with an annular cutting group at the spindle end of the honing tool.
- the cutting pads are attached to the end of outwardly expandable tongues formed integrally with the tool body.
- the tongues are spread outwardly upon delivery to increase the effective outer diameter.
- German patent application DE 16 52 074 A1 discloses a honing tool having a cutting assembly consisting of two diametrically opposed honing segments with outboard ribs on which the cutting pad sits.
- the invention provides a honing method having the features of claim 1. Furthermore, a honing tool with the features of claim 6 is provided, which can be used in the context of the honing process.
- a bottle-shaped bore i. a hole with a bottle shape generated.
- a "bottle-shaped bore" immediately following a bore entry has a first bore portion having a first diameter remote from the bore entry, a second bore portion having a second diameter greater than the first diameter, and a transition portion between the first and second bore portions a continuous transition from the first diameter to the second diameter.
- the first bore portion and the second bore portion are generally circular cylindrical basic shape and are coaxial with each other.
- the transition portion may be partially conical and at its ends facing the outer bore sections each pass with suitable radii in the adjacent bore sections.
- the bottle-shaped macro-shape With a suitable design of the bottle-shaped macro-shape significant advantages in terms of friction reduction, reduced blow-by and reduced oil consumption can be achieved. Furthermore, improvements in the wear resistance of the piston ring package and positive influences on the noise during operation may result.
- the relatively narrower first bore section near the bore entry, ie in the "bottleneck" an essential part of the combustion takes place in an internal combustion engine. Any high oil supply in this section could lead to emissions and oil consumption issues.
- the ring pack of the piston rings can well fulfill its conventional functions (in particular the sealing against combustion gases and the stripping of the oil film in the backward movement) due to the relatively high hoop stress.
- the piston accelerates in first bore portion and reaches the transition portion with gradually increasing diameter.
- the piston ring tension is reduced by increasing the diameter.
- a smooth inlet and outlet of the piston rings can be achieved at the transition section, so that ring wear or engine erosion can be avoided.
- the friction loss is automatically reduced.
- a honing tool particularly suitable for this purpose is used in at least one honing operation, which is also referred to here as "ring tool” due to its construction.
- An "annular tool” in the sense of this application has at least one annular cutting group with three or more distributed around the circumference of the tool body of the honing tool radially deliverable cutting bodies, which are designed as relatively wide in the circumferential direction of the honing tool and in the axial direction of the honing tool relatively narrow Honsegmente.
- the axial length of the honing segments measured in the axial direction of the honing tool is smaller than the width measured in the circumferential direction and the axial length of the cutting area equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool.
- the machining forces can be distributed well and relatively evenly over the circumference over the entire available through radial feed effective outside diameter range of the honing tool. It can e.g. be provided in a cutting group exactly three, exactly four, exactly five or exactly six Honsegmente same or different circumferential width. Although more than six honing segments within a cutting group are possible, they make the design more complicated and are generally not required.
- the axial length of the segments may be e.g. less than 30% of the effective outer diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of this outer diameter.
- the axial length may e.g. in the range of 5 mm to 20 mm.
- the axial length is typically less than 10% of this bore length. If the upper limits are clearly exceeded, the possibility of axial contour tracing or contour generation usually suffers.
- small axial lengths are advantageous to produce sufficient surface pressure for machining.
- a minimum length in the axial direction is advantageous in order to allow a honing overflow for machining the bore ends and to limit a tilting tendency of the honing tool.
- Such a ring tool represents a departure from conventional concepts of honing tool design, which assume that to achieve less Form errors a honed bore honing tools should be used in the axial direction relatively long, in the circumferential direction, however, relatively narrow honing stones.
- An annular tool is particularly well adapted to the machining of bottle-shaped bore shapes or generally of bore shapes with significantly varying bore diameter in the axial direction.
- the cutting material bonded cutting grains of appropriate granularity, density and hardness
- is concentrated in an axially relatively narrow ring typically more than half of the circumference of an annular cutting group is occupied by cutting means and, accordingly, effectively contributes to material removal.
- the cutting area in which one or more annular cutting groups are located is short in the axial direction compared to the effective outer diameter of the honing tool, whereby the generation and / or tracking of an axially extending contour is possible.
- An annular cutting group distinguishes itself in comparison with conventional honing stones in that in the axial section covered by the annular cutting group substantially more contact surface exists between the cutting bodies and the bore inner surface than in a comparatively narrow axial section of a conventional honing tool.
- more than 60% of the circumference of an annular cutting group is occupied by cutting means, possibly even more than 70% or more than 80% of the circumference of the honing tool.
- a cutting group is arranged in the vicinity of a spindle end facing away from the tool body, that the cutting group is located exclusively in the spindle facing away from the tool body. If several annular cutting groups are provided, this condition can apply to all cutting groups.
- An arrangement near the end remote from the spindle allows i.a. Bearings with very little honing overflow.
- the stroke position of the honing tool can be used within the bore as a guide to specify the contact pressure or the delivery force as a function of the stroke position of the annular cutting group with high local resolution.
- a ring tool can be used in all axial areas the bore can be worked with substantially the same coverage, so that if necessary very uniform roughness images or surface structures can be produced. If an annular tool is used, it may be possible to work with very little honing overflow at the axial ends of a bore without problems of uneven cutting body wear.
- One or more sensors of a diameter measuring system can be arranged on the honing tool, so that an in-process diameter measurement is possible.
- measuring nozzles of a pneumatic diameter measuring system can be mounted between adjacent honing segments on the tool body. As a result, the precision of the achievable bore contours can be improved.
- the ring tool has a single annular cutting group, whose honing segments can be radially delivered or retracted via a single common delivery system.
- the annular cutting group has three or more uniform or uneven honeycomb segments distributed over the circumference of the honing tool, typically not more than six.
- the single annular cutting group is arranged in the vicinity of the spindle-facing free end of the tool body, for example, flush with the end face remote from the spindle.
- Such constructions are particularly well suited for machining cylinder bores with reduced honing overflow.
- Such limitations in processing arise, for example, blind holes or cylinder bores in engine blocks for monobloc or V-engines.
- annular cutting group has two independently deliverable groups of honing segments, wherein the honing segments of the groups are arranged alternately in the circumferential direction.
- This makes it possible to combine the advantages of a single annular cutting group (for example, with respect to the machining of bores with short Honüberlauf) with the advantages of a double delivery of two independent groups of honing segments.
- the honing segments of a group of honing segments usually have the same cutting deposit, while the groups have different cutting plaques, for example diamond plaques of different grain size.
- a ring tool has a first annular Schneden and at least one second annular cutting group, which is axially offset from the first annular cutting group and can be delivered independently of the first annular cutting group.
- This also makes two consecutive honing operations with different cutting materials without intermediate tool change possible. Since the different cutting materials are distributed over the at least two axially offset annular cutting groups, each of which can cover a large part of the circumference of the honing tool, particularly high removal rates or relatively short honing times are possible in both honing operations.
- Such ring tools can be used for all holes that allow enough Honüberlauf. With two or more annular cutting groups bridging Pulsations contemplatn or cross holes or hole interruptions of any kind is particularly easy.
- Such a ring tool preferably has exactly two annular cutting groups, whereby a flexible use is possible despite a simple structure.
- an integrated, multi-axially movable joint for example a ball joint or a cardan joint, is provided on the tool body.
- a ball joint or a cardan joint is provided on the tool body.
- positional errors of the machine and / or a core offset of the bore can be compensated without changing the bore position.
- Embodiments without joint are also possible.
- Such ring tools can be rigidly coupled to a honing spindle or rigidly coupled to the honing spindle drive rod.
- the bottle shape of the bore can be produced by any suitable machining process, for example by fine turning (fine spindles), ie by means of a machining process with a geometrically defined cutting edge, or by honing. This can be followed by one or more honing operations to arrive at the final desired hole geometry with a suitable surface structure.
- a hole with a circular cylindrical bore shape is first produced by fine turning or honing and then in aaunhonoperation by honing with axially varying Honabtrag a bottle-shaped bore shape is generated.
- honing makes it possible to produce surfaces with particularly uniform surface quality without circumferential tracks.
- the self-sharpening effect of the cutting material body also contributes to the uniformity of the surface quality.
- an expandable honing tool with at least one annular cutting group is used in the bottle honing operation, ie an annular tool. Honsegmente the cutting group in a downstroke according to the bottle shape depending on stroke position, away and / or force controlled delivered radially outward and retracted radially in an upstroke according to the bottle shape in response to the stroke position.
- the bottle honing operation it is also possible for the bottle honing operation to use an expandable honing tool with honing stones whose length is more than 50% of the length of the bore.
- the length of the honing stones can for example be between 50% and 80% of the length of the bore.
- the honing tool is moved back and forth in the second stroke position.
- the basic shape of the transitional section essentially arises during the second phase of the gradual stroke position displacement and lifting height reduction, whereby the diameter increase in the second bore section is generated simultaneously and also in the third phase.
- a relatively rough surface structure with a profile similar to a saw profile can be produced in the transition section.
- a smooth honing operation is preferably carried out after the bottle honing operation for smoothing the bore profile in the transition region, wherein an annular tool is used in the smoothing honing operation, ie an expandable honing tool with at least one annular cutting group.
- the invention also relates to a honing tool, which is particularly suitable for carrying out the honing process, but can also be used in other non-inventive honing process.
- the invention also relates to a workpiece having at least one bore having a honed inner surface, wherein the bore is a bottle-shaped bore, which subsequent to a bore entry a first bore portion having a first diameter, remote from the bore entry, a second bore portion having a second diameter, is larger than the first diameter, and between the first and the second bore portion has a transition portion with a continuous transition from the first to the second diameter, wherein the workpiece has been machined using a honing tool according to the invention.
- the workpiece may be a cylinder block or a cylinder liner for a reciprocating engine.
- the reciprocating engine may be e.g. to an internal combustion engine (internal combustion engine) or to act as a compressor.
- honing methods and honing tools are described, which can be used in the context of embodiments of the invention both material-removing machining of workpieces having one or more holes, which should have the macro-shape of a bottle in the finished state.
- Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore 110 in a workpiece 100 in the form of an engine block (cylinder crankcase) for an internal combustion engine.
- the bore is rotationally symmetric with respect to its bore axis 112 and extends over a bore length L from a bore inlet 114 facing the cylinder head to the bore exit 116 at the opposite end.
- the bore can be subdivided into three contiguous sections of different function, which merge into one another, ie without the formation of steps or edges.
- a first bore portion 120 at the entrance end has a first diameter D1 and a first length L1.
- a second bore portion 130 whose inner diameter (second diameter) D2 is greater than the first diameter D1.
- a partially conical transition section 140 in which there is a continuous transition from the first diameter to the second diameter.
- a first radius R1 is formed, while a second radius R2 is formed between the transition section and the second bore section.
- the radii R1 and R2 may be substantially equal, but it is also possible that the first radius is smaller or larger than the second radius.
- the first length L1 may be between 15% and 40% of the bore length L.
- the second length L2 is typically greater than the first length and is often between 40% and 60% of the bore length L.
- the transition section is normally relatively short to the adjacent bore sections.
- Typical third lengths L3 can be in the range of 5% to 20% of the bore length L are. Even deviations from these geometrical conditions are possible.
- the difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 is well outside the tolerances typical for honing, which are for a cylindrical shape in the order of a maximum of 10 microns (based on the diameter). With an absolute value of the inner diameter in the order of between 70 mm and 150 mm, the difference in diameter may for example be between 20 ⁇ m and 90 ⁇ m.
- the radii R1, R2, the lengths of the outer bore portions and the transition portion, and the tangent angle T between the bore axis and a tangent to the transition portion may be optimized to provide low blow-by, low oil consumption, and low wear in typical engine operating conditions Give piston rings.
- the bottle shape of the bore means that the bore in the region near the inlet is comparatively narrow, so that the piston rings of the piston running in the bore are pressed against the bore inner surface 118 under high hoop stress.
- the piston accelerated by the combustion then moves in the direction of the bore exit, whereby the piston rings first pass (partially) through the transition section with the continuously enlarged inner diameter and then the second bore section. In the transition section, the piston rings can gradually relax, with the seal remaining sufficient because the pressure difference across the piston rings decreases.
- the ring package At the beginning of the second bore section, the ring package reaches its lowest tension, so that friction losses are reduced by reduced ring tension, especially in the range of maximum piston speed.
- the hoop tension then increases again as soon as the piston rings reach the exit-side radius of the transition section and pass through it in the direction of the first bore section.
- a finishing process that can economically produce such a well in terms of both the macro-shape (bottle shape) and in terms of the surface structure of the tribologically stressed bore inner surface in high quality comprises in embodiments of the invention at least one honing operation, in which a honing tool of special construction is used, which is also referred to in this application as "ring tool".
- An annular tool has at least one annular group attached to the tool body cutting group with distributed around the circumference of the tool body Schneidstoff emotionsn that can be delivered by an associated delivery system in the radial direction or withdrawn.
- the cutting material bodies are designed as Honsegmente whose width in the circumferential direction is significantly greater than their length in the axial direction.
- the cutting material bodies responsible for material removal on the workpiece are concentrated in an axially relatively narrow zone (a ring of the cutting group) and occupy a relatively large portion of the circumference of the honing tool.
- bore shapes can be produced with a relatively high material removal rate, in which bore sections of different diameters adjoin one another in the axial direction.
- Fig. 2 2A shows a longitudinal section through an embodiment of an annular tool 200 with a single annular cutting group 220 and simple expansion.
- Fig. 2B shows a cross section through the cutting group
- the ring tool 200 has a tool body 210, which defines a tool axis 212, which is also the axis of rotation of the ring tool during honing.
- a coupling structure not shown for coupling the ring tool to a drive rod of a honing machine or other machine tool, which has a work spindle which is both to the spindle axis rotatable and parallel to the spindle axis oscillating back and forth movable.
- the annular cutting group 220 which has several (in the example, three) evenly distributed over the circumference of the tool body Schneidstoffmaschine 220-1, 220-2, 220-3, which delivered by means of a Schneidstoff Ari-delivery system radially to the tool axis 212 to the outside can be used to press the abrasive outer sides of the Schneidstoffköpers with a defined pressure force or contact force against the inner surface of a bore to be machined.
- Each of the three curved cutting material body is designed as a very wide in the circumferential direction, in contrast, in the axial direction against narrow Honsegment which covers a circumferential angle range between 115 ° and 120 °.
- the honing segments are decoupled from the tool body and displaceable radially relative to the tool axis 212.
- the ring formed by the honing segments terminates flush with the tool body on the side facing away from the spindle, so that the ring is completely inside the spindle Half of the tool body sitting at the spindle end facing away from the ring tool.
- the axial length LHS of the Honsegmente is less than 15%, in particular less than 10% of the bore length L.
- the Honsegmente are about 4 mm to 35 mm, in particular about 10 mm high (in the axial direction), which in the example between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the effective outside diameter of the cutting group.
- the axial length LHS corresponds here simultaneously to the axial length of the entire cutting region of the honing tool.
- Each cutting material body is fixed to an outside of an associated support bar 224-1, 224-2 made of steel by soldering. Alternatively, the cutting material body can also be attached by gluing or by screws, whereby an easier replacement is possible.
- Each support bar has on its inner side an inclined surface which cooperates with a conical outer surface of an axially displaceable Zustellkonus 232 in such a way that the support bars are delivered with the cutting material carried therefrom radially outward when the Zustellkonus means of a machine-side feed device against the force of return springs 234, 226, 228 is pressed in the direction of the spindle facing away from the end of the ring tool.
- the carrying strips with the honing segments are retrieved radially inward with the aid of circulating return springs 226, 228.
- the radial position of the cutting material body is thereby controlled without play on the axial position of the Zustellkonus 232.
- This tool concept is particularly suitable for machining cylinder bores with reduced honing overflow, for example with a maximum of 5 mm honing overflow.
- Such geometries typically occur in blind holes or in monoblock or V motors.
- a ring tool 300 which also has a single annular cutting group 320, which is arranged at the end face facing away from the spindle 310 of the tool body.
- Fig. 3A shows a longitudinal section through the ring tool
- Fig. 3B a cross section through the cutting group.
- the annular cutting group 320 has two independently deliverable groups of honing segments, wherein the honing segments of the groups are each arranged alternately in the circumferential direction are.
- a first group of honing segments has three first honing segments 320-1, which are arranged offset from each other by 120.degree.
- the first group has cutting material body with a relatively coarse cutting surface, while the second group has cutting material body with a relatively finer cutting surface.
- a ball joint 350 is provided between the tool body 310 and the coupling structure 340 provided for coupling the honing tool to a work spindle or the like, so that the honing tool is limitedly movable in several axes with respect to the honing spindle.
- the first honing segments can be delivered radially by means of a first delivery system.
- a first delivery system To this belongs a centric to the tool body extending first feed rod 332-I, which has a conical portion at the end remote from the spindle, which cooperates with the inclined surfaces of support strips of the first group of Honsegmenten.
- a second delivery system serves to deliver the second group of honing segments and has a tubular delivery element 332-A, which encloses the delivery rod 332-I and has at its end remote from the spindle a conical outer surface which cooperates with inclined surfaces on the support strips of the second honing segments.
- the three honing segments of the first group of honing segments can be expanded to perform a specific honing operation, for example a smooth honing operation or a structure honing operation.
- a specific honing operation for example a smooth honing operation or a structure honing operation.
- another honing operation such as a de-grating operation or a plateau honing operation may be performed.
- two different honing operations can be carried out one after the other, without having to change tools or use another honing spindle for machining.
- FIG. 4A shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a double expansion ring tool 400, which, in contrast to the exemplary embodiment of FIG Fig. 3 has two annular cutting groups 420-1 and 420-2, which are axially offset from each other in the spindle facing away from the tool body 410 are mounted.
- Each of the annular cutting group (cross section in Fig. 4B ) has three common deliverable segments, each between about 110 ° and 115 ° of Cover the circumference.
- the axial length of the honing segments is small and is typically less than 10% of the bore length and / or between 10% and 20% of the effective outside diameter of the honing tool in the area of the cutting material body.
- measuring nozzles 440 of a pneumatic diameter measuring system are respectively attached to the tool body.
- the cutting groups are axially close to each other, so that the cutting region of the honing tool, in which the two annular cutting groups lie, in the axial direction is substantially shorter than the effective outer diameter of the honing tool.
- the cutting material bodies are elastically yielded with respect to the tool body. This can possibly improve the ability to trace the contour during axial movement.
- spring elements e.g., leaf springs, spiral compression springs of the like
- the support elements may be interposed between the support members and the cutting material bodies. It is also possible to make the support elements elastically yielding, e.g. in that weakenings of the carrier material cross-section in the form of slots or the like are constructively provided at suitable locations.
- a conventional honing tool with axially relatively long, narrow honing stones was initially used in order to produce a honed bore with a circular cylindrical shape starting from, for example, a pre-machined hole by fine boring.
- the axial ledge length I was about 1/2 to 2/3 of the total hole length L.
- a first honing operation pre-honing
- a subsequent arhonoperation was carried out with fine grain size (grain size D54).
- a substantially circular-cylindrical bore shape with little deviation from the ideal shape and with a relatively smooth surface (R Z ⁇ 8 ⁇ m) was produced.
- the inlet-side and outlet-side honing overflow S was approximately 1/3 of the strip length, similar to conventional methods.
- the honing overflow can be shortened when machining V or monoblock motors.
- a subsequent third honing operation was designed as a bottle honing operation.
- a bottle honing operation By means of a bottle honing operation, a bottle-shaped bore shape is produced by axially varying material removal with geometrically indefinite cutting.
- Fig. 6 shows schematically the stroke position HP of the honing tool as a function of honing time t in the bottle honing operation.
- the machining of the cylinder running surface initially proceeds from a first time t 1 to a second time t 2 with the same stroke length in a first stroke position as in the machining of a circular cylindrical bore.
- stroke position here refers to the area between the upper Um Kunststofftician UO and the lower Um Kunststofftician UU a lifting movement. Each shift of a Um Kunststoffens thus also changes the Hublage.
- the honing machine switches automatically to an incremental change of the stroke position and after each stroke the upper Um Kunststofftician UO is incrementally changed in the direction of the lower Um Kunststoffticians UU.
- the temporal position of the second time t 2 can be defined for example over a certain number of strokes or over a predetermined honing time or over a predetermined material removal or other triggering parameters.
- the amount of increment IN by which the upper reversal point changes between two consecutive strokes can also be adjusted as needed.
- the bore is honed with the reached, new third stroke position until the second bore section reaches the desired diameter and the bottle shape (see. Fig. 1 ) is generated.
- the bottle honing operation is expediently carried out with honing stones whose cutting material grains are finer than those during pre-honing or intermediate honing. For example, it is possible to work with diamond grains in the region D35 in order to obtain a bottle shape with already a relatively fine surface structure.
- a suitable ring tool eg single widening, double widening with two cutting groups arranged in a common ring, or double widening with two cutting groups arranged in two axially offset annular cutting groups
- the tool selection can be oriented, for example, to the extent of the possible honing overflows and / or the position and size of transverse bores. If, for example, a cylinder crankcase has a large transverse bore, it usually makes sense to use a ring wrench with single widening (cf. Fig. 2 ) to work.
- such an annular tool has been employed with an annular cutting assembly to smooth grooves or burrs created during processing of the bottle honing operation in the transition section.
- the radii of the transition region can also be rounded and the surface values changed to be substantially identical to the surface values in the adjacent first and third bore sections.
- Fig. 7 shows a measurement diagram of a rounded profile of a bottle-shaped cylinder after the use of a ring tool with single expansion in the process shown here.
- the scale in the x-axis of the diagram (parallel to the bore axis) is 5 mm per unit of measurement shown, in the y-axis (in the radial direction of the bore) a unit of measure is 10 ⁇ m.
- annular tool with simple widening an annular tool with a single cutting group ring and double widening (cf. Fig. 3 ) is used for patterning, it will usually be necessary to increase the number of strokes over the use of a simple expanding ring tool to ensure a uniform coverage.
- the benefits of ring tools are retained and the number of strokes required to uniformly contour the bore internal surface will still be less than the corresponding stroke rate when using a conventional honing tool with long honing stones.
- the feed force can be expediently exerted by means of a hydraulic expansion, so that the surface can be processed with a constant force substantially.
- the tracking of the varying contour in the axial direction can then be adjusted by the type alone by the flexibility of the hydraulic expansion.
- one or more further honing operations can be followed in order to produce the final desired surface structure on the bottle-shaped bore.
- the process described here by way of example initially follows a fifth honing operation, which is referred to here as "spiral structure honing with ring tool".
- the axial speeds and the speed of the honing tool are coordinated so that relatively large honing angles, for example of the order of 140 °, are generated.
- relatively large honing angles for example of the order of 140 °
- other honing angles and / or roughness profiles can be generated in other variants of the method.
- the Spiral Genevahonen is designed in the example so that virtually no global material removal is achieved, but only in the after-rounding very smooth surface using a relatively coarse cutting material body with low cutting grain density grooves of suitable depth and distribution are generated. It can, for example, cutting material body with Schneidkarn Experience 1.25 to 15 vol.% And / or grain size 35 to 200 microns are used (see, eg DE 10 2005 018 277 A1 ).
- the previously structured surface is deburred (deburring).
- an annular tool with fine cutting means is preferably also used, for example the same ring tool, which was also used for the fourth honing operation (rounding of radii andtrafurlhones).
- the expansion can be designed hydraulic / hydraulic, hydraulic / mechanical or mechanical / mechanical. In the case of a mechanical widening, it is possible, for example, to use force-controlled power via a servo-mechanical expansion (hydraulic-like) or position and force-controlled.
- an expandable ring tool is used in the bottle honing operation, that is to say in the production of a bottle-shaped bore form from a previously circular-cylindrical bore shape.
- the control of the expansion system for the radial delivery of the honing segments is coupled to the control for the stroke position, so that the ring tool can accurately generate the transition section with the changing diameter and also operates in the cylindrical first and second bore section with a suitable pressing force ( see. Fig. 8 ).
- the bottle honing operation may be provided as a second honing operation immediately after prehone, and so far may substitute the second to fourth honing operations of the first embodiment.
- the stroke-dependent control of the expansion is then carried out so that the honing segments of the cutting group in a downward stroke corresponding to the bottle shape as a function of the stroke position and force controlled delivered radially outwards and in an upstroke according to the bottle shape as a function of the stroke position in the transition section again be withdrawn radially.
- a smooth contour in the transition section can be achieved.
- Fig. 8 2 shows by way of example a schematic diagram which shows the dependence of the axial stroke position HP (solid line) and the radial widening position AP (dashed line) as a function of the honing time t during bottle honing with ring tool.
- Ring tools of the type described here can not only be used for the production or processing of bottle-shaped holes, but can also bring significant benefits without modification when machining holes with different geometry.
- a double expansion ring tool with a single cutting group ring identical or similar to the embodiment of FIG Fig. 3 to use to create a freeform on a bore with a non-circular bore cross-section.
- This is commonly referred to as form honing.
- a bore section with shamrock shape or elliptical shape of the cross section can be produced.
- the honing machine must have the ability to simultaneously control the first delivery system and the second delivery system, depending on the stroke position and angular position of the cutting group to the bore expansions must be controlled with different force / position, so that the freeform can arise.
- annular tool to create and / or machine a bore shape that has a frusto-conical bore portion (cone portion) that transitions relatively abruptly or with transition radius into an adjacent cylindrical bore portion without joining another bore portion.
- a bore of funnel shape having an input cylindrical first bore portion having a first diameter which increases conically in an adjacent second bore portion toward the bore bottom to a maximum diameter.
- the difference in diameter between the cylindrical first bore portion and the maximum diameter in the conical second bore portion may be e.g. between about 20 microns and about 90 microns.
- the axial length of the cylindrical first bore portion may be e.g. between 20% and 80% of the total bore length.
- a ring tool in a bore to form a barrel-shaped bore section, i. to create a bulge in an otherwise largely cylindrical bore.
- the bulge may be approximately in the middle or close to one of the bore ends.
- strip honing When using an annular tool, it is relatively inexpensive possible to edit a cylinder surface so that in the region of the top dead center and / or in the region of the bottom dead center narrow strip with different surface structures than in the middle region highest piston speed. This variant is referred to here as "strip honing".
- a conventional Verfanren suitable for this purpose and a correspondingly adapted honing tool are eg in the DE 195 42 892 C2 described.
- a long-stroke machining of the entire bore length can be carried out with the first annular cutting group, before then, for example, with the second cutting group in the region of top dead center, a short-stroke machining to produce a special structure in the region of top dead center is performed.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Honverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein bei der Durchführung des Honverfahrens verwendbares Honwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen.The invention relates to a honing process for machining the inner surface of a bore in a workpiece by means of at least one honing operation according to the preamble of claim 1, as well as a honing tool usable in carrying out the honing process according to the preamble of claim 6. A preferred field of application is the honing of cylinder surfaces the production of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines.
Die Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen von Brennkraftmaschinen oder anderen Hubkolbenmaschinen sind im Betrieb einer starken tribologischen Beanspruchung ausgesetzt. Daher kommt es bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen darauf an, diese Zylinderlaufflächen so zu bearbeiten, dass später bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Schmierung durch einen Schmiermittelfilm gewährleistet ist und der Reibwiderstand zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen möglichst gering gehalten wird.The cylinder surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners of internal combustion engines or other reciprocating engines are exposed during operation of a strong tribological stress. Therefore, it is important in the production of cylinder blocks or cylinder liners to edit these cylinder surfaces so that later in all operating conditions sufficient lubrication is ensured by a lubricant film and the frictional resistance between relatively moving parts is minimized.
Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung solcher tribologisch beanspruchbaren Innenflächen erfolgt in der Regel mit geeigneten Honverfahren, die typischer Weise mehrere aufeinanderfolgende Honoperationen umfassen. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Bei einer Honoperation wird ein aufweitbares Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz auf und ab bzw. hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht. Die am Honwerkzeug angebrachten Schneidstoffkörper werden über ein Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Beim Honen entsteht an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die auch als "Honriefen" bezeichnet werden.The quality-determining finishing of such tribologically stressable inner surfaces is usually carried out with suitable honing methods, which typically comprise several successive honing operations. Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting edges. In a honing operation an expandable honing tool is moved within the bore to be machined to generate a stroke in the axial direction of the bore with a stroke frequency up and down or back and forth and simultaneously rotated to produce a lifting movement superimposed rotary motion at a rotational frequency. The cutting material bodies attached to the honing tool are pressed against the inner surface to be machined via a feed system with a feed force acting radially to the tool axis. During honing, a cross-cut pattern typical of honing is produced on the inner surface with intersecting machining marks, which are also referred to as "honing marks".
Mit steigenden Anforderungen an die Sparsamkeit und Umweltfreundlichkeit von Mobren ist die Optimierung des tribologischen Systems Kolben/Kolbenringe/Zylinderlauffläche von besonderer Bedeutung, um geringe Reibung, geringen Verschleiß und geringen Ölverbrauch zu erreichen. Der Reibungsanteil der Kolbengruppe kann bis zu 35% betragen, so dass der Reibungsreduzierung in diesem Bereich wünschenswert ist.With increasing demands on the thriftiness and environmental friendliness of Mobren, the optimization of the tribological system piston / piston rings / cylinder surface is of particular importance in order to reduce friction, to achieve low wear and low oil consumption. The friction ratio of the piston group can be up to 35%, so that the friction reduction in this area is desirable.
Es werden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die mechanischen Verluste eines Motors zu reduzieren. Hierzu gehören u.a. die Nutzung thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen, die Verwendung beschichteter Kolbenringe, die Entwicklung besonders optimierter Honoberflächen etc..Different approaches are used to reduce the mechanical losses of a motor. These include u.a. the use of thermally sprayed cylinder surfaces, the use of coated piston rings, the development of particularly optimized honing surfaces etc.
Eine Technologie, die für die Reduzierung der Reibung und des Verschleißes immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Vermeidung bzw. Reduzierung von Zylinderverzügen bzw. Deformationen des Motorblocks (Zylinderkurbelgehäuses) bei der Montage und/oder im Betrieb. Nach einer konventionellen Honbearbeitung soll eine Zylinderbohrung typischerweise eine Bohrungsform haben, die möglichst wenig, z.B. maximal wenige Mikrometer, von einer idealen Kreiszylinderform abweicht. Während der Montage oder des Betriebs des Motors kann es jedoch zu deutlichen Formfehlern kommen, die bis zu mehreren Hundertsteln Millimeter betragen und die Performance des Motors verringern können. Die Ursachen von Verzügen bzw. Deformationen sind unterschiedlich. Es kann sich um statische oder quasi statische thermische und/oder mechanische Belastungen handeln oder um dynamische Belastungen. Auch die Konstruktion und das Design von Zylinderblöcken haben Einfluss auf die Neigung zu Deformationen. Die Dichtfunktion des Kolbenringpakets wird durch solche schwer kontrollierbaren Deformationen typischerweise verschlechtert, wodurch sich der Blow-by, der Ölverbrauch und auch die Reibung erhöhen können.A technology that is becoming increasingly important for the reduction of friction and wear is the avoidance or reduction of cylinder distortions or deformations of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or operation. After conventional honing, a cylinder bore should typically have a bore shape that is as small as possible, e.g. a few micrometers, deviates from an ideal circular cylinder shape. During assembly or operation of the engine, however, it can lead to significant form errors, which can be up to several hundredths of a millimeter and reduce the performance of the engine. The causes of distortions or deformations are different. It may be static or quasi-static thermal and / or mechanical loads or dynamic loads. The construction and design of cylinder blocks also influence the tendency to deform. The sealing function of the piston ring package is typically degraded by such hard-to-control deformations, which can increase blow-by, oil consumption and friction.
Um Probleme aufgrund von Verzügen bei der Montage oder in bestimmten Betriebszuständen zu verringern, wurde beispielsweise in der
Eine andere Technologie, welche durch eine Invertierung der Zylinderverzüge (Erzeugung einer Negativform des Fehlers) bei der Bearbeitung die Entstehung einer Idealform nach der Montage oder im Betriebszustand des Motors gewährleisten oder annähern soll, ist das sogenannte Formhonen. Dabei wird am unverspannten Werkstück mittels Honen eine von der Kreiszylinderform definiert abweichende Bohrungsform erzeugt, z.B. eine Kleeblattform. Solche Bohrungsformen sind in der Regel unsymmetrisch, weil auch die Deformationen der Zylinderblocks in der Regel nicht symmetrisch sind. Im Betriebszustand soll sich dabei eine möglichst ideale Kreiszylinderform ergeben, so dass das Kolbenringpaket über den gesamten Bohrungsumfang gut abdichten kann. Verschiedene Varianten des Formhonens werden beispielsweise in der
Die
Die internationale Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer
Die deutsche Offenlegungsschrift
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Honverfahren und ein bei seiner Durchführung verwendbares Honwerkzeug bereitzustellen, die es erlauben, Hubkolbenmaschinen herzustellen, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Reibungsverlusten, Ölverbrauch und Blow-by haben.It is an object of the present invention to provide a generic honing method and a honing tool which can be used in carrying it allow to produce reciprocating engines which have improved friction loss, oil consumption and blow-by characteristics.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereitgestellt, welches im Rahmen des Honverfahrens verwendet werden kann.To solve this problem, the invention provides a honing method having the features of claim 1. Furthermore, a honing tool with the features of claim 6 is provided, which can be used in the context of the honing process.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
Bei dem Honverfahren wird eine flaschenförmige Bohrung, d.h. eine Bohrung mit einer Flaschenform, erzeugt. Eine "flaschenförmige Bohrung" hat direkt anschließend an einen Bohrungseintritt einen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser, entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, und zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt einen Übergangsabschnitt mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser. Der erste Bohrungsabschnitt und der zweite Bohrungsabschnitt haben in der Regel kreiszylindrische Grundform und liegen koaxial zueinander. Der Übergangsabschnitt kann teilweise konisch ausgebildet sein und an seinen den äußeren Bohrungsabschnitten zugewandten Enden jeweils mit geeigneten Radien in die benachbarten Bohrungsabschnitte übergehen.In the honing process, a bottle-shaped bore, i. a hole with a bottle shape generated. A "bottle-shaped bore" immediately following a bore entry has a first bore portion having a first diameter remote from the bore entry, a second bore portion having a second diameter greater than the first diameter, and a transition portion between the first and second bore portions a continuous transition from the first diameter to the second diameter. The first bore portion and the second bore portion are generally circular cylindrical basic shape and are coaxial with each other. The transition portion may be partially conical and at its ends facing the outer bore sections each pass with suitable radii in the adjacent bore sections.
Bei geeigneter Auslegung der flaschenförmigen Makroform können wesentliche Vorteile bezüglich Reibungsreduzierung, reduziertem Blow-by sowie reduziertem Ölverbrauch erzielt werden. Weiterhin können sich Verbesserungen bei der Verschleißbeständigkeit des Kolbenringpakets und positive Einflüsse auf die Geräuschentwicklung während des Betriebs ergeben. Im relativ engeren ersten Bohrungsabschnitt nahe dem Bohrungseintritt, also im "Flaschenhals", findet in einer Brennkraftmaschine ein wesentlicher Teil der Verbrennung statt. Ein eventuelles hohes Ölangebot in diesem Abschnitt könnte zu Emissions- und Ölverbrauchproblemen führen. In diesem engeren ersten Bohrungsabschnitt kann das Ringpaket der Kolbenringe seine konventionellen Funktionen (insbesondere die Abdichtung gegen Verbrennungsgase sowie das Abstreifen des Ölfilms in der Rückwärtsbewegung) aufgrund relativ hoher Ringspannung gut erfüllen. Durch die Druckwellen der Verbrennung beschleunigt sich der Kolben im ersten Bohrungsabschnitt und erreicht den Übergangsabschnitt mit sich allmählich vergrößerndem Durchmesser. Im Übergangsabschnitt wird die Kolbenringspannung durch die Vergrößerung des Durchmessers reduziert. Da hier jedoch bereits eine erhebliche Kolbengeschwindigkeit vorliegt und der Innendruck im Zylinderraum nachlässt, werden Blow-by, Ölverbrauchswert und Motorgeräuschemission nicht nachteilig beeinflusst. Durch geeignete Radien zwischen dem Übergangsabschnitt und den daran angrenzenden ersten und zweiten Bohrungsabschnitten kann ein sanfter Einlauf und Auslauf der Kolbenringe am Übergangsabschnitt erreicht werden, so dass Ringverschleiß oder Motorfresser vermieden werden können. In der Abwärtsbewegung erreicht das Ringpaket nach Durchlaufen des Übergangsabschnitts beim Eintritt in den zweiten Bohrungsabschnitt seine niedrigste Spannung, so dass dort, wo der Kolben seine maximale Geschwindigkeit erreicht, der Reibungsverlust automatisch reduziert wird.With a suitable design of the bottle-shaped macro-shape significant advantages in terms of friction reduction, reduced blow-by and reduced oil consumption can be achieved. Furthermore, improvements in the wear resistance of the piston ring package and positive influences on the noise during operation may result. In the relatively narrower first bore section near the bore entry, ie in the "bottleneck", an essential part of the combustion takes place in an internal combustion engine. Any high oil supply in this section could lead to emissions and oil consumption issues. In this narrower first bore portion, the ring pack of the piston rings can well fulfill its conventional functions (in particular the sealing against combustion gases and the stripping of the oil film in the backward movement) due to the relatively high hoop stress. Due to the pressure waves of combustion, the piston accelerates in first bore portion and reaches the transition portion with gradually increasing diameter. In the transition section, the piston ring tension is reduced by increasing the diameter. However, since a considerable piston speed is already present here and the internal pressure in the cylinder chamber decreases, the blow-by, oil consumption value and engine noise emission are not adversely affected. By suitable radii between the transition section and the adjacent first and second bore sections, a smooth inlet and outlet of the piston rings can be achieved at the transition section, so that ring wear or engine erosion can be avoided. In the downward movement of the ring package reaches its lowest voltage after passing through the transition section on entering the second bore section, so that where the piston reaches its maximum speed, the friction loss is automatically reduced.
Im Rahmen des Honverfahrens, welches zu einer flaschenförmigen Bohrung mit einsatzoptimaler Oberflächenstruktur führt, wird bei mindestens einer Honoperation ein für diesen Zweck besonders taugliches Honwerkzeug verwendet, welches hier aufgrund seiner Konstruktion auch als "Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Ein "Ringwerkzeug" im Sinne dieser Anmeldung hat mindestens eine ringförmige Schneidgruppe mit drei oder mehr um den Umfang des Werkzeugkörpers des Honwerkzeugs verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern, die als in Umfangsrichtung des Honwerkzeugs relativ breite und in Axialrichtung des Honwerkzeuges relativ schmale Honsegmente gestaltet sind. Die in Axialrichtung des Honwerkzeugs gemessene axiale Länge der Honsegmente ist dabei kleiner als die in Umfangsrichtung gemessene Breite und die axiale Länge des mit Schneidstoffkörpern ausgestatteten Schneidbereichs ist kleiner als der wirksame Außendurchmesser des Honwerkzeugs.As part of the honing process, which leads to a bottle-shaped bore with optimal surface texture, a honing tool particularly suitable for this purpose is used in at least one honing operation, which is also referred to here as "ring tool" due to its construction. An "annular tool" in the sense of this application has at least one annular cutting group with three or more distributed around the circumference of the tool body of the honing tool radially deliverable cutting bodies, which are designed as relatively wide in the circumferential direction of the honing tool and in the axial direction of the honing tool relatively narrow Honsegmente. The axial length of the honing segments measured in the axial direction of the honing tool is smaller than the width measured in the circumferential direction and the axial length of the cutting area equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool.
Wenn mindestens drei Honsegmente vorgesehen sind, so können die Bearbeitungskräfte über den gesamten durch radiale Zustellung verfügbaren wirksamen Außendurchmesserbereich des Honwerkzeugs gut und relativ gleichmäßig über den Umfang verteilt werden. Es können z.B. in einer Schneidgruppe genau drei, genau vier, genau fünf oder genau sechs Honsegmente gleicher oder unterschiedlicher Umfangsbreite vorgesehen sein. Mehr als sechs Honsegmente innerhalb einer Schneidgruppe sind zwar möglich, machen die Konstruktion aber komplizierter und sind in der Regel nicht erforderlich.If at least three Honsegmente are provided, the machining forces can be distributed well and relatively evenly over the circumference over the entire available through radial feed effective outside diameter range of the honing tool. It can e.g. be provided in a cutting group exactly three, exactly four, exactly five or exactly six Honsegmente same or different circumferential width. Although more than six honing segments within a cutting group are possible, they make the design more complicated and are generally not required.
Durch die radiale Zustellbarkeit (Verschiebung der Honsegmente in Radialrichtung bei der Zustellung) kann erreicht werden, dass die Eingriffsbedingungen zwischen Schneidstoffkörper und Bohrungsinnenfläche unabhängig vom eingestellten Durchmesser praktisch konstant bleiben. Durch Vermeidung von Schneidstoffkörper-Verkippung während der radialen Zustellung kann ungleichmäßiger Verschleiß vermieden werden.Due to the radial deliverability (displacement of the Honsegmente in the radial direction at the delivery) can be achieved that the engagement conditions between Cutting material body and bore inner surface remain virtually constant regardless of the set diameter. By avoiding Schneidstoffkörper tilt during radial delivery uneven wear can be avoided.
Diese Maßnahmen können sich einzeln und in Kombination positiv auf die erzielbare Oberflächenqualität auswirken, insbesondere bezüglich der Gleichmäßigkeit der Oberflächenqualität über unterschiedliche Bohrungsabschnitte.These measures can individually and in combination have a positive effect on the achievable surface quality, in particular with regard to the uniformity of the surface quality over different bore sections.
Die axiale Länge der Honsegmente kann z.B. bei weniger als 30% des wirksamen Außendurchmessers des Honwerkzeugs liegen, insbesondere zwischen 10% und 20% dieses Außendurchmessers. Bei Ringwerkzeugen für die Bearbeitung typischer Zylinderbohrungen in Motorblöcken für PKW oder LKW kann die axiale Länge z.B. im Bereich von 5 mm bis 20 mm liegen. Bezogen auf die Bohrungslänge einer zu bearbeitenden Bohrung liegt die axiale Länge typischerweise bei weniger als 10% dieser Bohrungslänge. Werden die oberen Grenzen deutlich überschritten, so leidet in der Regel die Möglichkeit zur axialen Konturverfolgung bzw. Konturerzeugung. Außerdem sind geringe axiale Längen vorteilhaft, um einen ausreichenden Flächendruck für die Bearbeitung zu erzeugen. Andererseits ist eine Mindestlänge in Axialrichtung vorteilhaft, um zur Bearbeitung der Bohrungsenden einen Honüberlauf zu ermöglichen und um eine Kippneigung des Honwerkzeugs zu begrenzen.The axial length of the segments may be e.g. less than 30% of the effective outer diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of this outer diameter. For ring tools for machining typical cylinder bores in engine blocks for cars or trucks, the axial length may e.g. in the range of 5 mm to 20 mm. Relative to the bore length of a bore to be machined, the axial length is typically less than 10% of this bore length. If the upper limits are clearly exceeded, the possibility of axial contour tracing or contour generation usually suffers. In addition, small axial lengths are advantageous to produce sufficient surface pressure for machining. On the other hand, a minimum length in the axial direction is advantageous in order to allow a honing overflow for machining the bore ends and to limit a tilting tendency of the honing tool.
Ein derartiges Ringwerkzeug stellt eine Abkehr von konventionellen Konzepten der Honwerkzeugauslegung dar, welche davon ausgehen, dass zur Erzielung geringer Formfehler einer gehonten Bohrung Honwerkzeuge mit in Axialrichtung relativ langen, in Umfangsrichtung dagegen relativ schmalen Honleisten verwendet werden sollten. Ein Ringwerkzeug ist besonders gut an die Bearbeitung von flaschenförmigen Bohrungsformen bzw. allgemein von Bohrungsformen mit in Axialrichtung signifikant variierendem Bohrungsdurchmesser angepasst. In einer ringförmigen Schneidgruppe ist der Schneidstoff (gebundene Schneidkörner geeigneter Körnung, Dichte und Härte) in einem axial relativ schmalen Ring konzentriert, wobei typischerweise mehr als die Hälfte des Umfangs einer ringförmigen Schneidgruppe mit Schneidmittel besetzt ist und dementsprechend wirksam zum Materialabtrag beiträgt.Such a ring tool represents a departure from conventional concepts of honing tool design, which assume that to achieve less Form errors a honed bore honing tools should be used in the axial direction relatively long, in the circumferential direction, however, relatively narrow honing stones. An annular tool is particularly well adapted to the machining of bottle-shaped bore shapes or generally of bore shapes with significantly varying bore diameter in the axial direction. In an annular cutting group, the cutting material (bonded cutting grains of appropriate granularity, density and hardness) is concentrated in an axially relatively narrow ring, typically more than half of the circumference of an annular cutting group is occupied by cutting means and, accordingly, effectively contributes to material removal.
Der Schneidbereich, in dem eine oder mehrere ringförmige Schneidgruppen liegen, ist im Vergleich zum wirksamen Außendurchmesser des Honwerkzeugs in Axialrichtung kurz bzw. schmal, wodurch die Erzeugung und/oder Verfolgung einer in Axialrichtung verlaufenden Kontur möglich wird.The cutting area in which one or more annular cutting groups are located is short in the axial direction compared to the effective outer diameter of the honing tool, whereby the generation and / or tracking of an axially extending contour is possible.
Eine ringförmige Schneidgruppe zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Honleisten dadurch aus, dass in dem von der ringförmigen Schneidgruppe abgedeckten axialen Abschnitt wesentlich mehr Kontaktfläche zwischen Schneidstoffkörpern und Bohrungsinnenfläche existiert als in einem vergleichbar schmalen axialen Abschnitt eines konventionellen Honwerkzeugs. Bei manchen Ausführungsformen sind an einer ringförmigen Schneidgruppe mehr als 60% des Umfangs mit Schneidmittel belegt, eventuell sogar mehr als 70% oder mehr als 80% des Umfangs des Honwerkzeugs.An annular cutting group distinguishes itself in comparison with conventional honing stones in that in the axial section covered by the annular cutting group substantially more contact surface exists between the cutting bodies and the bore inner surface than in a comparatively narrow axial section of a conventional honing tool. In some embodiments, more than 60% of the circumference of an annular cutting group is occupied by cutting means, possibly even more than 70% or more than 80% of the circumference of the honing tool.
Vorzugsweise ist eine Schneidgruppe derart in der Nähe eines spindelabgewandten Endes des Werkzeugkörpers angeordnet, dass sich die Schneidgruppe ausschließlich in der spindelabgewandten Hälfte des Werkzeugkörpers befindet. Wenn mehrere ringförmige Schneidgruppen vorgesehen sind, kann diese Bedingung für alle Schneidgruppen gelten. Eine Anordnung nahe am spindelfernen Ende ermöglicht u.a. Bearbetungen mit sehr geringem Honüberlauf.Preferably, a cutting group is arranged in the vicinity of a spindle end facing away from the tool body, that the cutting group is located exclusively in the spindle facing away from the tool body. If several annular cutting groups are provided, this condition can apply to all cutting groups. An arrangement near the end remote from the spindle allows i.a. Bearings with very little honing overflow.
Bei der Honbearbeitung kann die Hubposition des Honwerkzeugs innerhalb der Bohrung als Leitgröße genutzt werden, um mit hoher örtlicher Auflösung den Anpressdruck bzw. die Zustellkraft als Funktion der Hubposition der ringförmigen Schneidgruppe vorzugeben. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe einer zustellbaren ringförmigen Schneidgruppe eine Bohrung mit axial veränderlicher Kontur zu erzeugen oder auch einer bereits vorher erzeugten axial variierenden Kontur ohne unerwünschte Andruckkraftspitzen zu folgen. Bei Verwendung eines Ringwerkzeugs kann in allen axialen Bereichen der Bohrung mit im Wesentlichen gleicher Überdeckung gearbeitet werden, so dass bei Bedarf sehr gleichmäßige Rauhigkeitsbilder bzw. Oberflächenstrukturen erzeugt werden können. Bei Verwendung eines Ringwerkzeugs kann gegebenenfalls auch mit sehr geringem Honüberlauf an den axialen Enden einer Bohrung gearbeitet werden, ohne dass Probleme mit ungleichmäßigem Schneidkörperverschleiß auftreten.When honing the stroke position of the honing tool can be used within the bore as a guide to specify the contact pressure or the delivery force as a function of the stroke position of the annular cutting group with high local resolution. This makes it possible to use a deliverable annular cutting group to produce a bore with an axially variable contour or to follow an already previously generated axially varying contour without unwanted Andruckkraftspitzen. When using a ring tool can be used in all axial areas the bore can be worked with substantially the same coverage, so that if necessary very uniform roughness images or surface structures can be produced. If an annular tool is used, it may be possible to work with very little honing overflow at the axial ends of a bore without problems of uneven cutting body wear.
Vorzugsweise wird mit einem elektromechanischen Schneidgruppen-Zustellsystem gearbeitet. Im Gegensatz zu einer hydraulischen Aufweitung ist dadurch eine präzise Vorgabe des Zustellwegs (Wegsteuerung) möglich, wodurch eine axiale Kontur gezielt erzeugt und/oder eine vorgegebene axiale Kontur präzise verfolgt werden kann.Preferably, working with an electromechanical cutting group delivery system. In contrast to a hydraulic widening thereby a precise specification of the feed path (path control) is possible, whereby an axial contour generated selectively and / or a predetermined axial contour can be precisely tracked.
An dem Honwerkzeug können ein oder mehrere Sensoren eines Durchmessermesssystems angeordnet sein, so dass eine in-prozess-Durchmessermessung möglich ist. Beispielsweise können zwischen benachbarten Honsegmenten am Werkzeugkörper jeweils Messdüsen eines pneumatischen Durchmessermesssystems angebracht sein. Hierdurch kann die Präzision der erzielbaren Bohrungskonturen verbessert werden.One or more sensors of a diameter measuring system can be arranged on the honing tool, so that an in-process diameter measurement is possible. For example, measuring nozzles of a pneumatic diameter measuring system can be mounted between adjacent honing segments on the tool body. As a result, the precision of the achievable bore contours can be improved.
Durch Verwendung eines Ringwerkzeugs sind ein gleichmäßiger Verschleiß der Schneidstoffkörper und sehr gute Formwerte sowie gleichmäßige Oberflächenrauheiten der Bohrung über die gesamte Standzeit der ringförmigen Schneidgruppe gewährleistet.By using a ring tool uniform wear of the cutting material body and very good form values and uniform surface roughness of the bore over the entire service life of the annular cutting group are ensured.
Es sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Ringwerkzeugen möglich, zwischen denen ein Nutzer in Abhängigkeit von der zu bewältigenden Bearbeitungsaufgabe auswählen kann.There are different embodiments of ring tools possible, between which a user can select depending on the processing task to be handled.
Bei manchen Ausführungsformen hat das Ringwerkzeug eine einzige ringförmige Schneidgruppe, deren Honsegmente über ein einziges gemeinsames Zustellsystem radial zugestellt bzw. zurückgezogen werden können. Typischerweise hat die ringförmige Schneidgruppe drei oder mehr gleichmäßig oder ungleichmäßige über den Umfang des Honwerkzeugs verteilte Honsegmente, in der Regel nicht mehr als sechs. Vorzugsweise ist die einzige ringförmige Schneidgruppe in der Nähe des spindelabgewandten freien Endes des Werkzeugkörpers angeordnet, z.B. bündig mit der spindelabgewandten Stirnseite. Derartige Konstruktionen sind besonders gut für die Bearbeitung von Zylinderbohrungen mit reduziertem Honüberlauf geeignet. Derartige Einschränkungen bei der Bearbeitung ergeben sich beispielsweise bei Sacklochbohrungen oder bei Zylinderbohrungen in Motorblöcken für Monoblock- oder V-Motoren.In some embodiments, the ring tool has a single annular cutting group, whose honing segments can be radially delivered or retracted via a single common delivery system. Typically, the annular cutting group has three or more uniform or uneven honeycomb segments distributed over the circumference of the honing tool, typically not more than six. Preferably, the single annular cutting group is arranged in the vicinity of the spindle-facing free end of the tool body, for example, flush with the end face remote from the spindle. Such constructions are particularly well suited for machining cylinder bores with reduced honing overflow. Such limitations in processing arise, for example, blind holes or cylinder bores in engine blocks for monobloc or V-engines.
Es ist auch möglich, dass eine ringförmige Schneidgruppe zwei unabhängig voneinander zustellbare Gruppen von Honsegmenten aufweist, wobei die Honsegmente der Gruppen in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Vorteile einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe (beispielsweise hinsichtlich der Bearbeitung von Bohrungen mit kurzem Honüberlauf) mit den Vorteilen einer Doppelzustellung zweier voneinander unabhängiger Gruppen von Honsegmenten zu kombinieren. Mit einem derartigen Werkzeug können zwei aufeinanderfolgende Honoperationen mit unterschiedlichen Schneidstoffen ohne zwischengeschalteten Werkzeugwechsel durchgeführt werden. Die Honsegmente einer Gruppe von Honsegmenten haben normalerweise den gleichen Schneidbelag, während die Gruppen untereinander unterschiedliche Schneidbeläge haben, beispielsweise Diamantbeläge unterschiedlicher Körnung.It is also possible that an annular cutting group has two independently deliverable groups of honing segments, wherein the honing segments of the groups are arranged alternately in the circumferential direction. This makes it possible to combine the advantages of a single annular cutting group (for example, with respect to the machining of bores with short Honüberlauf) with the advantages of a double delivery of two independent groups of honing segments. With such a tool, two consecutive honing operations with different cutting materials without intermediate tool change can be performed. The honing segments of a group of honing segments usually have the same cutting deposit, while the groups have different cutting plaques, for example diamond plaques of different grain size.
Es ist auch möglich, dass ein Ringwerkzeug eine erste ringförmige Schnedgruppe und mindestens eine zweite ringförmige Schneidgruppe aufweist, die axial versetzt zur ersten ringförmigen Schneidgruppe angeordnet ist und unabhängig von der ersten ringförmigen Schneidgruppe zugestellt werden kann. Auch hierdurch sind zwei aufeinanderfolgende Honoperationen mit unterschiedlichen Schneidstoffen ohne zwischengeschalteten Werkzeugwechsel möglich. Da die unterschiedlichen Schneidstoffe auf die mindestens zwei axial gegeneinander versetzt liegenden ringförmigen Schneidgruppen verteilt sind, die jeweils einen großen Teil des Umfangs des Honwerkzeugs abdecken können, sind hier in beiden Honoperationen besonders hohe Abtragsleistungen bzw. relativ kurze Honzeiten möglich. Derartige Ringwerkzeuge können für alle Bohrungen eingesetzt werden, die genügend Honüberlauf erlauben. Mit zwei oder mehr ringförmigen Schneidgruppen ist auch eine Überbrückung von Pulsationsfenstern oder Querbohrungen bzw. Bohrungsunterbrechungen jeglicher Art besonders einfach möglich. Ein solches Ringwerkzeug hat vorzugsweise genau zwei ringförmige Schneidgruppen, wodurch trotz einfachem Aufbau ein flexibler Einsatz möglich ist.It is also possible that a ring tool has a first annular Schnedgruppe and at least one second annular cutting group, which is axially offset from the first annular cutting group and can be delivered independently of the first annular cutting group. This also makes two consecutive honing operations with different cutting materials without intermediate tool change possible. Since the different cutting materials are distributed over the at least two axially offset annular cutting groups, each of which can cover a large part of the circumference of the honing tool, particularly high removal rates or relatively short honing times are possible in both honing operations. Such ring tools can be used for all holes that allow enough Honüberlauf. With two or more annular cutting groups bridging Pulsationsfenstern or cross holes or hole interruptions of any kind is particularly easy. Such a ring tool preferably has exactly two annular cutting groups, whereby a flexible use is possible despite a simple structure.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist am Werkzeugkörper ein integriertes, mehrachsig bewegliches Gelenk, z.B. ein Kugelgelenk oder ein kardanisches Gelenk, vorgesehen. So können Positionsfehler der Maschine und/oder ein Kernversatz der Bohrung ausgeglichen werden, ohne die Bohrungsposition zu verändern. Ausführungsbeispiele ohne Gelenk sind auch möglich. Derartige Ringwerkzeuge können starr an eine Honspindel oder eine starr mit der Honspindel gekoppelte Antriebsstange angekoppelt werden.In preferred embodiments, an integrated, multi-axially movable joint, for example a ball joint or a cardan joint, is provided on the tool body. Thus, positional errors of the machine and / or a core offset of the bore can be compensated without changing the bore position. Embodiments without joint are also possible. Such ring tools can be rigidly coupled to a honing spindle or rigidly coupled to the honing spindle drive rod.
Die Flaschenform der Bohrung kann durch jedes geeignete spanabhebende Bearbeitungsverfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Feindrehen (Feinspindeln), also mit Hilfe eines Bearbeitungsverfahrens mit geometrisch bestimmter Schneide, oder durch Honen. Daran können sich eine oder mehrere Honoperationen anschließen, um zur endgültig gewünschten Bohrungsgeometrie mit geeigneter Oberflächenstruktur zu gelangen.The bottle shape of the bore can be produced by any suitable machining process, for example by fine turning (fine spindles), ie by means of a machining process with a geometrically defined cutting edge, or by honing. This can be followed by one or more honing operations to arrive at the final desired hole geometry with a suitable surface structure.
Vorzugsweise wird zunächst durch Feindrehen oder Honen eine Bohrung mit kreiszylindrischer Bohrungsform erzeugt und danach wird in einer Flaschenhonoperation durch Honen mit axial variierendem Honabtrag eine flaschenförmige Bohrungsform erzeugt. Im Vergleich zum Feindrehen können durch Honen Oberflächen mit besonders gleichmäßiger Oberflächenqualität ohne umlaufende Spuren erzeugt werden. Zur Gleichmäßigkeit der Oberflächenqualität trägt auch der Selbstschärfungseffekt der Schneidstoffkörper bei. Beim Honen ist eine kontinuierliche Prozessüberwachung möglich.Preferably, a hole with a circular cylindrical bore shape is first produced by fine turning or honing and then in a Flaschenhonoperation by honing with axially varying Honabtrag a bottle-shaped bore shape is generated. In comparison to fine turning, honing makes it possible to produce surfaces with particularly uniform surface quality without circumferential tracks. The self-sharpening effect of the cutting material body also contributes to the uniformity of the surface quality. When honing a continuous process monitoring is possible.
Bei einer Verfahrensvariante wird bei der Flaschenhonoperation ein aufweitbares Honwerkzeug mit mindestens einer ringförmigen Schneidgruppe verwendet, also ein Ringwerkzeug. Dabei werden Honsegmente der Schneidgruppe in einem Abwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von Hubposition, weg- und/oder kraftgesteuert radial nach außen zugestellt und bei einem Aufwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition radial zurückgezogen. Durch diese Bearbeitungsvariante ergibt sich im besonders schwierig zu bearbeitenden Übergangsabschnitt von Anfang an ein relativ glatter Konturverlauf.In a variant of the method an expandable honing tool with at least one annular cutting group is used in the bottle honing operation, ie an annular tool. Honsegmente the cutting group in a downstroke according to the bottle shape depending on stroke position, away and / or force controlled delivered radially outward and retracted radially in an upstroke according to the bottle shape in response to the stroke position. As a result of this processing variant, the transition section which is particularly difficult to machine results from the beginning in a relatively smooth contour course.
Alternativ ist es auch möglich, dass bei der Flaschenhonoperation ein aufweitbares Honwerkzeug mit Honleisten verwendet wird, deren Länge mehr als 50% der Länge der Bohrung beträgt. Die Länge der Honleisten kann beispielsweise zwischen 50% und 80% der Länge der Bohrung betragen. Bei der Flaschenhonoperation wird dann in einer ersten Phase das Honwerkzeug in einer ersten Hublage zwischen einem oberen und einem unteren Umsteuerpunkt auf und ab bzw. hin- und her bewegt, um die Bohrung zunächst auf ihrer gesamten Länge in eine kreiszylindrische Form zu bringen. Danach wird in einer zweiten Phase der obere Umsteuerpunkt inkrementell, d.h. über mehrere Hübe hinweg, in Richtung des unteren Umsteuerpunkts verändert, so dass sich die Hublänge allmählich reduziert. Dadurch ergibt sich eine Verlagerung der Hublage in Richtung einer zweiten Hublage, die im Bereich des zweiten Bohrungsabschnitts liegt. Danach wird in einer dritten Phase das Honwerkzeug in der zweiten Hublage hin- und her bewegt. Bei dieser Verfahrensvariante entsteht die Grundform des Übergangsabschnitts im Wesentlichen während der zweiten Phase der allmählichen Hublagenverlagerung und Hubhöhenreduzierung, wobei gleichzeitig und auch in der dritten Phase noch die Durchmesservergrößerung im zweiten Bohrungsabschnitt erzeugt wird.Alternatively, it is also possible for the bottle honing operation to use an expandable honing tool with honing stones whose length is more than 50% of the length of the bore. The length of the honing stones can for example be between 50% and 80% of the length of the bore. In the bottle honing operation, the honing tool is then moved in a first stroke position between an upper and a lower Umsteuerpunkt up and down or back and forth in order to bring the first hole along its entire length in a circular cylindrical shape. Thereafter, in a second phase, the upper Umsteuerpunkt incrementally, ie across several strokes, changed in the direction of the lower Umsteuerpunkts, so that the stroke length is gradually reduced. This results in a displacement of the stroke position in the direction of a second stroke position, which in the region of the second bore portion lies. Thereafter, in a third phase, the honing tool is moved back and forth in the second stroke position. In this variant of the method, the basic shape of the transitional section essentially arises during the second phase of the gradual stroke position displacement and lifting height reduction, whereby the diameter increase in the second bore section is generated simultaneously and also in the third phase.
Wenn die Flaschenhonoperation mittels eines Honwerkzeugs mit relativ langen Honleisten durchgeführt wird, kann im Übergangsabschnitt eine relativ raue Oberflächenstruktur mit einem Profil ähnlich einem Sägeprofil entstehen. Um die erwünschte gleichmäßige Oberflächenstruktur auch im Übergangsabschnitt zu erhalten, wird daher vorzugsweise nach der Flaschenhonoperation eine Glatthonoperation zur Glättung des Bohrungsprofils im Übergangsbereich durchgeführt, wobei bei der Glättungshonoperation ein Ringwerkzeug verwendet wird, also ein aufweitbares Honwerkzeug mit mindestens einer ringförmigen Schneidgruppe. Mit Hilfe des Ringwerkzeugs können Rillen oder Grate im Übergangsabschnitt beseitigt und die Radien des Übergangsabschnitts verrundet werden.When the bottle honing operation is performed by means of a honing tool with relatively long honing stones, a relatively rough surface structure with a profile similar to a saw profile can be produced in the transition section. In order to obtain the desired uniform surface structure in the transition section as well, a smooth honing operation is preferably carried out after the bottle honing operation for smoothing the bore profile in the transition region, wherein an annular tool is used in the smoothing honing operation, ie an expandable honing tool with at least one annular cutting group. With the help of the ring tool grooves or ridges in the transition section can be eliminated and the radii of the transition section rounded.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn bei der Glättungshonoperation die Schneidstoffkörper der ringförmigen Schneidgruppe mit konstanter Zustellkraft an die Innenfläche der Bohrung gedrückt werden. Dies wird bei manchen Verfahrensvarianten dadurch erreicht, dass eine Honmaschine mit einem hydraulischen Zustellsystem für das Ringwerkzeug verwendet wird. Die Verfolgung der Kontur der flaschenförmigen Bohrung durch die Honsegmente des Ringwerkzeugs kann sich dabei schon aus der bauartbedingten Nachgiebigkeit der hydraulischen Aufweitung ergeben.It has proven to be advantageous if, during the smoothing honing operation, the cutting material bodies of the annular cutting group are pressed against the inner surface of the bore with a constant feed force. This is achieved in some process variants in that a honing machine is used with a hydraulic feed system for the ring tool. The tracking of the contour of the bottle-shaped bore through the honing segments of the ring tool can already result from the design-related flexibility of the hydraulic expansion.
Die Erfindung betrifft auch ein Honwerkzeug, welches besonders zur Durchführung des Honverfahrens geeignet ist, aber auch bei anderen, nicht erfindungsgemäßen Honverfahren verwendet werden kann.The invention also relates to a honing tool, which is particularly suitable for carrying out the honing process, but can also be used in other non-inventive honing process.
Die Erfindung betrifft auch ein Werkstück mit mindestens einer Bohrung, die eine gehonte Innenfläche aufweist, wobei die Bohrung eine flaschenförmige Bohrung ist, die anschließend an einen Bohrungseintritt einen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser, entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, und zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt einen Übergangsabschnitt mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser aufweist, wobei das Werkstück unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Honwerkzeugs bearbeitet wurde.The invention also relates to a workpiece having at least one bore having a honed inner surface, wherein the bore is a bottle-shaped bore, which subsequent to a bore entry a first bore portion having a first diameter, remote from the bore entry, a second bore portion having a second diameter, is larger than the first diameter, and between the first and the second bore portion has a transition portion with a continuous transition from the first to the second diameter, wherein the workpiece has been machined using a honing tool according to the invention.
Insbesondere kann es sich bei dem Werkstück um einen Zylinderblock oder eine Zylinderlaufbuchse für eine Hubkolbenmaschine handeln. Bei der Hubkolbenmaschine kann es sich z.B. um eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) oder um einen Kompressor handeln.In particular, the workpiece may be a cylinder block or a cylinder liner for a reciprocating engine. The reciprocating engine may be e.g. to an internal combustion engine (internal combustion engine) or to act as a compressor.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine flaschenförmige Zylinderbohrung in einem Motorblock;Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a bottle-shaped cylinder bore in an engine block; -
Fig. 2 zeigt in 2A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit einfacher Aufweitung einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe sowie in 2B einen Querschnitt durch die Schneidgruppe;Fig. 2 FIG. 2A shows a longitudinal section through an embodiment of an annular tool with simple widening of a single annular cutting group and in FIG. 2B a cross section through the cutting group; FIG. -
Fig. 3 zeigt in 3A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit doppelter Aufweitung einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe sowie in 3B einen Querschnitt durch die Schneidgruppe;Fig. 3 3A shows a longitudinal section through an embodiment of an annular tool with double widening of a single annular cutting group and in FIG. 3B a cross section through the cutting group; -
Fig. 4 zeigt in 4A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit doppelter Aufweitung bei zwei übereinander angeordneten ringförmigen Schneidgruppen sowie in 4B einen Querschnitt durch eine der Schneidgruppen;Fig. 4 4A shows a longitudinal section through an embodiment of a double widening ring tool in the case of two annular cutting groups arranged one above the other, and in FIG. 4B a cross section through one of the cutting groups; -
Fig. 5 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Bohrung, die mittels eines Honwerkzeugs mit relativ langen Honleisten bearbeitet wird;Fig. 5 shows schematically a longitudinal section through a bore which is machined by means of a honing tool with relatively long honing stones; -
Fig. 6 zeigt schematisch die Hubposition eines Honwerkzeugs mit langen Honleisten als Funktion der Honzeit t bei der Flaschenhonoperation.Fig. 6 shows schematically the stroke position of a honing tool with long honing stones as a function of honing time t in the bottle honing operation. -
Fig. 7 zeigt ein Messdiagramm eines abgerundeten Profils eines flaschenförmigen Zylinders nach dem Einsatz eines Ringwerkzeuges.Fig. 7 shows a measurement diagram of a rounded profile of a bottle-shaped cylinder after the use of an annular tool. -
Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit der Hubposition HP (durchgezogene Linie) und der Aufweitposition AP (gestrichelte Linie) als Funktion der Honzeit t bei einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.Fig. 8 FIG. 12 is a schematic diagram showing the dependence of the stroke position HP (solid line) and the expanding position AP (broken line) as a function of the honing time t in a second embodiment.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Honverfahren und Honwerkzeugen beschrieben, die im Rahmen von Ausführungsformen der Erfindung beider materialabtragenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet werden können, die eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, welche im fertig bearbeiteten Zustand die Makroform einer Flasche haben sollen.In the following, embodiments of honing methods and honing tools are described, which can be used in the context of embodiments of the invention both material-removing machining of workpieces having one or more holes, which should have the macro-shape of a bottle in the finished state.
Ein erster Bohrungsabschnitt 120 am eintrittsseitigen Ende hat einen ersten Durchmesser D1 und eine erste Länge L1. Am gegenüberliegenden austrittsseitigen Ende erstreckt sich über eine zweite Länge L2 ein zweiter Bohrungsabschnitt 130, dessen Innendurchmesser (zweiter Durchmesser) D2 größer als der erste Durchmesser D1 ist. Zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 120 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 130 befindet sich ein teilweise konischer Übergangsabschnitt 140, in dem ein kontinuierlicher Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser erfolgt. Zwischen dem mittleren, im Wesentlichen konischen Teil des Übergangsabschnitts und dem ersten Bohrungsabschnitt wird ein erster Radius R1 gebildet, während zwischen dem Übergangsabschnitt und dem zweiten Bohrungsabschnitt ein zweiter Radius R2 gebildet wird. Die Radien R1 und R2 können im Wesentlichen gleich sein, es ist jedoch auch möglich, dass der erste Radius kleiner oder größer als der zweite Radius ist.A
Bei typischen Bohrungsgeometrien kann die erste Länge L1 beispielsweise zwischen 15% und 40% der Bohrungslänge L betragen. Die zweite Länge L2 ist typischerweise größer als die erste Länge und liegt häufig zwischen 40% und 60% der Bohrungslänge L. Der Übergangsabschnitt ist gegenüber den daran angrenzenden Bohrungsabschnitten normalerweise relativ kurz. Typische dritte Längen L3 können im Bereich von 5% bis 20% der Bohrungslänge L liegen. Auch Abweichungen von diesen geometrischen Verhältnissen sind möglich.For example, in typical bore geometries, the first length L1 may be between 15% and 40% of the bore length L. The second length L2 is typically greater than the first length and is often between 40% and 60% of the bore length L. The transition section is normally relatively short to the adjacent bore sections. Typical third lengths L3 can be in the range of 5% to 20% of the bore length L are. Even deviations from these geometrical conditions are possible.
Der Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2 liegt deutlich außerhalb der für die Honbearbeitung typischen Toleranzen, die für eine Zylinderform in der Größenordnung von maximal 10 µm (bezogen auf den Durchmesser) liegen. Bei einem Absolutwert des Innendurchmessers in der Größenordnung zwischen 70 mm und 150 mm kann der Durchmesserunterschied beispielsweise zwischen 20 µm und 90 µm liegen.The difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 is well outside the tolerances typical for honing, which are for a cylindrical shape in the order of a maximum of 10 microns (based on the diameter). With an absolute value of the inner diameter in the order of between 70 mm and 150 mm, the difference in diameter may for example be between 20 μm and 90 μm.
Die Radien R1, R2, die Längen der äußeren Bohrungsabschnitte und des Übergangsabschnitts und der Tangentenwinkel T zwischen der Bohrungsachse und einer Tangente an den Übergangsabschnitt können so optimiert sein, dass sich in typischen Betriebszuständen des Motors geringer Blow-by, geringer Ölverbrauch und geringer Verschleiß der Kolbenringe ergeben.The radii R1, R2, the lengths of the outer bore portions and the transition portion, and the tangent angle T between the bore axis and a tangent to the transition portion may be optimized to provide low blow-by, low oil consumption, and low wear in typical engine operating conditions Give piston rings.
Die Flaschenform der Bohrung führt dazu, dass die Bohrung im eintrittsnahen Bereich vergleichsweise eng ist, so dass die Kolbenringe des in der Bohrung laufenden Kolbens unter hoher Ringspannung an die Bohrungsinnenfläche 118 gedrückt werden. Dadurch wird dort, wo die Verbrennung hauptsächlich erfolgt und hohe Drücke auftreten, eine zuverlässige Abdichtung erreicht und der Ölfilm wird im Abwärtshub abgestreift. Der durch die Verbrennung beschleunigte Kolben bewegt sich dann Richtung Bohrungsaustritt, wobei die Kolbenringe zunächst den Übergangsabschnitt mit dem sich kontinuierlich erweiterten Innendurchmesser und anschließend den zweiten Bohrungsabschnitt (teilweise) durchlaufen. Im Übergangsabschnitt können sich die Kolbenringe allmählich entspannen, wobei die Abdichtung ausreichend bleibt, weil die Druckdifferenz an den Kolbenringen sinkt. Zu Beginn des zweiten Bohrungsabschnitts erreicht das Ringpaket seine niedrigste Spannung, so dass gerade im Bereich maximale Kolbengeschwindigkeit Reibungsverluste durch verringerte Ringspannung reduziert werden. Beim Aufwärtshub nimmt die Ringspannung dann wieder zu, sobald die Kolbenringe den austrittsseitigen Radius des Übergangsabschnitts erreichen und diesen in Richtung des ersten Bohrungsabschnitts durchlaufen.The bottle shape of the bore means that the bore in the region near the inlet is comparatively narrow, so that the piston rings of the piston running in the bore are pressed against the bore
Ein Feinbearbeitungsprozess, der eine solche Bohrung sowohl hinsichtlich der Makroform (Flaschenform) als auch hinsichtlich der Oberflächenstruktur der tribologisch beanspruchten Bohrungsinnenfläche in hoher Qualität wirtschaftlich erzeugen kann, umfasst bei Ausführungsformen der Erfindung mindestens eine Honoperation, bei welcher ein Honwerkzeug besonderer Konstruktion verwendet wird, welches in dieser Anmeldung auch als "Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Ein Ringwerkzeug hat mindestens eine ringförmig am Werkzeugkörper angebrachte Schneidgruppe mit um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Schneidstoffkörpern, die mittels eines zugeordneten Zustellsystems in Radialrichtung zugestellt beziehungsweise zurückgezogen werden können. Die Schneidstoffkörper sind als Honsegmente gestaltet, deren Breite in Umfangsrichtung deutlich größer ist als ihre Länge in Axialrichtung. Die für den Materialabtrag an Werkstück zuständigen Schneidstoffkörper sind in einer axial relativ schmalen Zone (einem Ring der Schneidgruppe) konzentriert und nehmen einen relativ großen Anteil des Umfangs des Honwerkzeugs ein. Dadurch können mit relativ hoher Materialabtragsleistung Bohrungsformen erzeugt werden, bei denen in Axialrichtung Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aneinander angrenzen.A finishing process that can economically produce such a well in terms of both the macro-shape (bottle shape) and in terms of the surface structure of the tribologically stressed bore inner surface in high quality, comprises in embodiments of the invention at least one honing operation, in which a honing tool of special construction is used, which is also referred to in this application as "ring tool". An annular tool has at least one annular group attached to the tool body cutting group with distributed around the circumference of the tool body Schneidstoffkörpern that can be delivered by an associated delivery system in the radial direction or withdrawn. The cutting material bodies are designed as Honsegmente whose width in the circumferential direction is significantly greater than their length in the axial direction. The cutting material bodies responsible for material removal on the workpiece are concentrated in an axially relatively narrow zone (a ring of the cutting group) and occupy a relatively large portion of the circumference of the honing tool. As a result, bore shapes can be produced with a relatively high material removal rate, in which bore sections of different diameters adjoin one another in the axial direction.
Am spindelabgewandten Ende des Werkzeugkörpers (in
Die axiale Länge LHS der Honsegmente liegt bei weniger 15%, insbesondere bei weniger als 10% der Bohrungslänge L. Die Honsegmente sind ca. 4 mm bis 35 mm, insbesondere ca. 10 mm hoch (in Axialrichtung), was im Beispielsfall zwischen 5% und 30%, insbesonder zwischen 10% und 20% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppe entspricht. Die axiale Länge LHS entspricht hier gleichzeitig der axialen Länge des gesamten Schneidbereichs des Honwerkzeugs.The axial length LHS of the Honsegmente is less than 15%, in particular less than 10% of the bore length L. The Honsegmente are about 4 mm to 35 mm, in particular about 10 mm high (in the axial direction), which in the example between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the effective outside diameter of the cutting group. The axial length LHS corresponds here simultaneously to the axial length of the entire cutting region of the honing tool.
Jeder Schneidstoffkörper ist an einer Außenseite einer zugeordneten Tragleiste 224-1, 224-2 aus Stahl durch Löten befestigt. Alternativ kann der Schneidstoffkörper auch durch Kleben oder mittels Schrauben befestigt werden, wodurch eine leichtere Auswechslung möglich ist. Jede Tragleiste hat an ihrer Innenseite eine Schrägfläche, die mit einer konischen Außenfläche eines axial verschiebbaren Zustellkonus 232 in der Weise zusammenwirkt, dass die Tragleisten mit den davon getragenen Schneidstoffkörpern nach radial außen zugestellt werden, wenn der Zustellkonus mittels einer maschinenseitigen Zustellvorrichtung gegen die Kraft von Rückholfedern 234, 226, 228 in Richtung des spindelabgewandten Endes des Ringwerkzeugs gedrückt wird. Bei entgegengesetzter Zustellbewegung werden die Tragleisten mit den Honsegmenten mit Hilfe umlaufender Rückholfedern 226, 228 nach radial innen zurückgeholt. Die radiale Position der Schneidstoffkörper wird dadurch spielfrei über die axiale Position des Zustellkonus 232 gesteuert.Each cutting material body is fixed to an outside of an associated support bar 224-1, 224-2 made of steel by soldering. Alternatively, the cutting material body can also be attached by gluing or by screws, whereby an easier replacement is possible. Each support bar has on its inner side an inclined surface which cooperates with a conical outer surface of an axially displaceable Zustellkonus 232 in such a way that the support bars are delivered with the cutting material carried therefrom radially outward when the Zustellkonus means of a machine-side feed device against the force of return springs 234, 226, 228 is pressed in the direction of the spindle facing away from the end of the ring tool. In the case of an opposing feed movement, the carrying strips with the honing segments are retrieved radially inward with the aid of circulating return springs 226, 228. The radial position of the cutting material body is thereby controlled without play on the axial position of the
Dieses Werkzeugkonzept ist besonders geeignet für die Bearbeitung von Zylinderbohrungen mit reduziertem Honüberlauf, beispielsweise mit maximal 5 mm Honüberlauf. Derartige Geometrien treten typischerweise bei Sacklochbohrungen oder im Monoblock - oder V-Motoren auf.This tool concept is particularly suitable for machining cylinder bores with reduced honing overflow, for example with a maximum of 5 mm honing overflow. Such geometries typically occur in blind holes or in monoblock or V motors.
In
Die ersten Honsegmente können mit Hilfe eines ersten Zustellsystems radial zugestellt werden. Zu diesem gehört eine zentrisch am Werkzeugkörper verlaufende erste Zustellstange 332-I, die am spindelabgewandten Ende einen konischen Abschnitt hat, der mit den Schrägflächen von Tragleisten der ersten Gruppe von Honsegmenten zusammenwirkt. Ein zweites Zustellsystem dient der Zustellung der zweiten Gruppe von Honsegmenten und weist ein rohrförmiges Zustellelement 332-A auf, welches die Zustellstange 332-I umschließt und an ihrem spindelabgewandten Ende eine konische Außenfläche hat, die mit Schrägflächen an den Tragleisten der zweiten Honsegmente zusammenwirkt.The first honing segments can be delivered radially by means of a first delivery system. To this belongs a centric to the tool body extending first feed rod 332-I, which has a conical portion at the end remote from the spindle, which cooperates with the inclined surfaces of support strips of the first group of Honsegmenten. A second delivery system serves to deliver the second group of honing segments and has a tubular delivery element 332-A, which encloses the delivery rod 332-I and has at its end remote from the spindle a conical outer surface which cooperates with inclined surfaces on the support strips of the second honing segments.
Mit Hilfe des ersten Zustellsystems können die drei Honsegmente der ersten Gruppe von Honsegmenten aufgeweitet werden, um eine bestimmte Honoperation, beispielsweise eine Glatthonoperation oder eine Strukturhonoperation, durchzuführen. Wird stattdessen die andere Gruppe von Honsegmenten zugestellt, die eine andere Schneidbelagsorte aufweisen, kann eine andere Honoperation, beispielsweise eine Entgrathonoperation oder eine Plateauhonoperation, durchgeführt werden. Mit Hilfe des Ringwerkzeuges mit Doppelaufweitung können zwei unterschiedliche Honoperationen nacheinander durchgeführt werden, ohne zwischenzeitlich einen Werkzeugwechsel vorzunehmen oder eine andere Honspindel zur Bearbeitung zu nutzen.With the aid of the first delivery system, the three honing segments of the first group of honing segments can be expanded to perform a specific honing operation, for example a smooth honing operation or a structure honing operation. Instead, if the other group of honing segments having a different cutting pad location is delivered, another honing operation such as a de-grating operation or a plateau honing operation may be performed. With the help of the ring tool with double widening, two different honing operations can be carried out one after the other, without having to change tools or use another honing spindle for machining.
Bei manchen Ausführungsformen sind die Schneidstoffkörper in Bezug auf den Werkzeugkörper elastisch nachgiebig gelagert. Dadurch kann ggf. die Fähigkeit zur Konturverfolgung bei Axialbewegung verbessert werden. Beispielsweise können zwischen den Trägerelementen und den Schneidstoffkörpern Federelemente (z.B. Blattfedern, Spiraldruckfedern der dergleichen) zwischengeschaltet sein. Es ist auch möglich, die Trägerelemente in sich elastisch nachgiebig zu gestalten, z.B. indem an geeigneten Stellen Schwächungen des Trägermaterialquerschnitts in Form von Schlitzen oder dergleichen konstruktiv vorgesehen sind.In some embodiments, the cutting material bodies are elastically yielded with respect to the tool body. This can possibly improve the ability to trace the contour during axial movement. For example, spring elements (e.g., leaf springs, spiral compression springs of the like) may be interposed between the support members and the cutting material bodies. It is also possible to make the support elements elastically yielding, e.g. in that weakenings of the carrier material cross-section in the form of slots or the like are constructively provided at suitable locations.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, unter Verwendung von einem oder mehreren Ringwerkzeugen der in dieser Anmeldung beschriebenen Art flaschenförmige Bohrungen mit einer gewünschten Oberflächenstruktur der Bohrungsinnenfläche herzustellen. Ein erstes Ausführungsbeispiel wird im Zusammenhang mit den
Bei dieser Verfahrensvariante wurde zunächst ein konventionelles Honwerkzeug mit axial relativ langen, schmalen Honleisten verwendet, um ausgehend von einer z.B. durch Feinbohren vorbearbeiteten Bohrung eine gehonte Bohrung mit Kreiszylinderform zu erzeugen. Die axiale Leistenlänge I betrug dabei ca. 1/2 bis 2/3 der gesamten Bohrungslänge L. Bei einer ersten Honoperation (Vorhonen) wurde mit Diamantleisten vom Typ D107 gearbeitet, eine anschließende Zwischenhonoperation wurde mit feiner Körnung (Körnung D54) durchgeführt. Dadurch wurde eine im Wesentlichen kreiszylindrische Bohrungsform mit geringer Abweichung zur Idealform und mit einer relativ glatten Oberfläche (RZ < 8 µm) hergestellt. Der eintrittsseitige und austrittsseitige Honüberlauf S betrug dabei ähnlich wie bei konventionellen Verfahren ca. 1/3 der Leistenlänge. Der Honüberlauf kann bei der Bearbeitung von V- oder Monoblockmotoren verkürzt werden.In this process variant, a conventional honing tool with axially relatively long, narrow honing stones was initially used in order to produce a honed bore with a circular cylindrical shape starting from, for example, a pre-machined hole by fine boring. The axial ledge length I was about 1/2 to 2/3 of the total hole length L. In a first honing operation (pre-honing) was worked with diamond strips type D107, a subsequent Zwischenhonoperation was carried out with fine grain size (grain size D54). As a result, a substantially circular-cylindrical bore shape with little deviation from the ideal shape and with a relatively smooth surface (R Z <8 μm) was produced. The inlet-side and outlet-side honing overflow S was approximately 1/3 of the strip length, similar to conventional methods. The honing overflow can be shortened when machining V or monoblock motors.
Eine nachfolgende dritte Honoperation war als Flaschenhonoperation konzipiert. Mit Hilfe einer Flaschenhonoperation wird durch axial variierenden Materialabtrag mit geometrisch unbestimmtem Schneiden eine flaschenförmige Bohrungsform erzeugt. Dabei wurde in der dritten Honoperation (Flaschenhonoperation) ebenfalls mit relativ langen Honleisten mit Leistenlänge I = 2/3 L und einer speziellen Hubsteuerung gearbeitet, die anhand von
Ab einem definierten zweiten Zeitpunkt t2 schaltet die Honmaschine automatisch auf eine inkrementelle Veränderung der Hublage um und nach jedem Hub wird der obere Umsteuerpunkt UO inkrementell in Richtung des unteren Umsteuerpunkts UU verändert. Die zeitliche Lage des zweiten Zeitpunkts t2 kann beispielsweise über eine bestimmte Hubanzahl oder über eine vorgegebene Honzeit oder über einen vorgegebenen Materialabtrag oder eine anderen auslösenden Parameter definiert werden. Das Ausmaß des Inkrements IN, um das sich der obere Umsteuerpunkt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hüben verändert, kann ebenfalls nach Bedarf eingestellt werden. Nach Abschluss der Hubverlagerungsphase zu einem dritten Zeitpunkt t3 wird die Bohrung mit der erreichten, neuen dritten Hublage so lange gehont, bis der zweite Bohrungsabschnitt den gewünschten Durchmesser erreicht und die Flaschenform (vgl.
Je nachdem, wie die inkrementelle Variation der Hubverlagerung und der zeitliche Ablauf der Hubverlagerung vorgegeben werden, ergeben sich unterschiedliche Radien und Tangentenwinkel im Übergangsabschnitt. Diese Parameter können daher über die Parameter der Hubverlagerung vorgegeben werden. Die Flaschenhonoperation wird zweckmäßig mit Honleisten durchgeführt, deren Schneidstoffkörner feiner sind als diejenigen beim Vorhonen oder Zwischenhonen. Beispielsweise kann mit Diamantkörnern im Bereich D35 gearbeitet werden, um eine Flaschenform mit bereits relativ feiner Oberflächenstruktur zu erhalten.Depending on how the incremental variation of the Hubverlagerung and the timing of Hubverlagerung be specified, different radii and tangent angles result in the transition section. These parameters can therefore be specified via the parameters of the stroke displacement. The bottle honing operation is expediently carried out with honing stones whose cutting material grains are finer than those during pre-honing or intermediate honing. For example, it is possible to work with diamond grains in the region D35 in order to obtain a bottle shape with already a relatively fine surface structure.
Bei der Erzeugung der Flaschenform mit Hilfe relativ langer Honleisten und inkrementeller Hubverlagerung kann sich im Übergangsbereich eine relativ raue Oberflächenstruktur mit kleinen Stufen ähnlich einem Sägeprofil ergeben. Derartige Strukturen sind in der Regel unerwünscht. Um die erwünschte Oberflächenstruktur gleichmäßig auf der gesamten Bohrungsinnenfläche inklusive dem Übergangsabschnitt und den daran anschließenden Radien zu erhalten, wird daher bei dem hier beschriebenen Verfahren nach der Flaschenhonoperation eine Verrundung der Radien und eine Glättung der Oberfläche mit Hilfe eines Ringwerkzeus durchgeführt. Hier kann mit nochmals feineren Schneidmitteln gearbeitet werden, beispielsweise im Bereich D10 bis D15, insbesondere D12. Die Auswahl eines geeigneten Ringwerkzeuges (z.B. Einfachaufweitung, Doppelaufweitung mit zwei Schneidgruppen, angeordnet in einem gemeinsamen Ring, oder Doppelaufweitung mit zwei Schneidgruppen, angeordnet in zwei axial versetzten ringförmigen Schneidgruppen) hängt unter anderem vom Design des Zylinderblocks ab. Die Werkzeugauswahl kann beispielsweise am Ausmaß der möglichen Honüberläufe und/oder an der Lage und Größe von Querbohrungen orientiert sein. Wenn beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse eine große Querbohrung hat, ist es in der Regel sinnvoll, mit einem Ringwerkzeug mit Einfachaufweitung (vgl. z.B.
Die Verwendung eines Ringwerkzeuges bringt hier nicht nur Vorteile im Hinblick auf den glatten, kantenfreien Verlauf der Bohrungskontur in Axialrichtung. Da bei Ringwerkzeugen der hier beschriebenen Art die Schneidstoffkörper einer ringförmigen Schneidgruppe einen großen Teil des Umfangs des Honwerkzeugs (beispielsweise zwischen 70% und 80%) einnehmen, ergibt sich außerdem beim Honen eine sehr gleichmäßige Überdeckung der bearbeiteten Bohrungsinnenfläche bei allen axialen Positionen. Der Begriff "Überdeckung" bezeichnet hierbei qualitativ die Gleichmäßigkeit der Verteilung von Honriefen über die gesamte Bohrungslänge und den Umfang. Werden konventionelle Honwerkzeuge mit axial relativ langen Honleisten verwendet, kann unter Umständen eine ungleichmäßige Rauheit oder Welligkeit in der Bohrung generiert werden. Dieses Problem kann je nach Blockdesign noch schärfer auftreten, wenn beispielsweise Motorblöcke mit kürzeren Honausläufen bearbeitet werden müssen. Bei einem Honauslauf von nur wenigen Millimetern Länge kann es zu einem ungleichmäßigen Verschleiß der langen Honleisten kommen, so dass die Bohrung im unteren Umsteuerpunkt einen geringeren Durchmesser als im oberen Umsteuerpunkt bekommen kann. Solche Probleme sind bei Verwendung konventioneller Honwerkzeuge (mit langen Honleisten) zwar durch Wahl geeigneter Honparameter weitgehend zu vermeiden, die Auslegung der entsprechenden Honprozesse ist aber relativ zeit- und kostenintensiv. Häufig müssen mehrere Versuche durchgeführt werden, bis eine Honprozessauslegung so optimiert ist, dass ungleichmäßige Bearbeitung mit langen Leisten vermieden wird. Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges können viele der konventionell auftretenden Probleme vermieden werden. Zu den Vorteilen von Ringwerkzeugen gehören unter anderem:
- 1. Weil ein großer Anteil des Umfangs des Honwerkzeuges im Bereich einer ringförmigen Schneidgruppe mit Schneidstoffkörpern besetzt ist, kann eine Bohrungsinnenfläche mit Hilfe eines Ringwerkzeuges viel schneller strukturiert werden als mit Hilfe eines Leistenwerkzeuges. Dadurch können ggf. Taktzeiten verkürzt werden.
- 2. Wird die Hublänge verstellt, um beispielsweise die Form zu korrigieren, ergeben sich bei Verwendung von Ringwerkzeugen keine störenden Ungleichmäßigkeiten der Rauheitsverteilung, da die Überdeckung auch bei veränderter Hublänge beibehalten wird.
- 3. Ringförmige Schneidgruppen verschleißen im Wesentlichen gleichmäßig, so dass unerwünschte Konizitäten vor allem im Bereich des unteren Umsteuerpunkts bei Verwendung von Ringwerkzeugen vermieden werden können.
- 4. Die Einrichtung einer Honmaschine für einen neuen Honprozess kann bei Verwendung von Ringwerkzeugen viel einfacher und schneller als bei Verwendung konventioneller Leistenhonwerkzeuge verlaufen. Die Überdeckung wird, bedingt durch die Werkzeugkonstruktion, im Rahmen der Anforderungen ausreichend gleichmäßig sein.
- 1. Because a large proportion of the circumference of the honing tool is occupied in the region of an annular cutting group with cutting material bodies, a bore inner surface can be structured using a ring tool much faster than with the aid of a strip tool. As a result, if necessary, cycle times can be shortened.
- 2. If the stroke length is adjusted, for example, to correct the shape, resulting in the use of ring tools no disturbing irregularities of the roughness distribution, since the coverage is maintained even with changed stroke length.
- 3. Ring-shaped cutting groups wear substantially uniformly, so that undesirable conicities can be avoided, especially in the region of the lower Umsteuerpunkts when using ring tools.
- 4. The installation of a honing machine for a new honing process can be much easier and faster when using ring tools than with the use of conventional grooving tools. Due to the tool design, the overlap will be sufficiently even within the requirements.
Wird anstelle eines Ringwerkzeuges mit einfacher Aufweitung ein Ringwerkzeug mit einem einzigen Schneidgruppenring und Doppelaufweitung (vgl. z.B.
Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges kann die Zustellkraft zweckmäßig mittels einer hydraulischen Aufweitung ausgeübt werden, so dass die Oberfläche im Wesentlichen mit konstanter Kraft bearbeitet werden kann. Die Verfolgung der in Axialrichtung variierenden Kontur kann sich dann durch die Bauart bedingt allein schon durch die Nachgiebigkeit der hydraulischen Aufweitung einstellen.When using an annular tool, the feed force can be expediently exerted by means of a hydraulic expansion, so that the surface can be processed with a constant force substantially. The tracking of the varying contour in the axial direction can then be adjusted by the type alone by the flexibility of the hydraulic expansion.
Nach der Glättung der Bohrungsinnenfläche und Verrundung der Radien mit Hilfe eines Ringwerkzeuges können ein oder mehrere weitere Honoperationen nachgeschaltet werden, um die endgültig gewünschte Oberflächenstruktur an der flaschenförmigen Bohrung zu erzeugen.After the smoothing of the bore inner surface and rounding of the radii with the aid of an annular tool, one or more further honing operations can be followed in order to produce the final desired surface structure on the bottle-shaped bore.
Bei dem hier beispielhaft beschriebenen Prozess schließt sich zunächst eine fünfte Honoperation an, die hier als "Spiralstrukturhonen mit Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Bei dieser Honoperation werden die axialen Geschwindigkeiten und die Drehzahl des Honwerkzeuges so aufeinander abgestimmt, dass relativ große Honwinkel, beispielsweise in der Größenordnung um 140°, erzeugt werden. Selbstverständlich können bei anderen Verfahrensvarianten auch andere Honwinkel und/oder Rauheitsprofile erzeugt werden. Das Spiralstrukturhonen ist in dem Beispielsfall so ausgelegt, dass praktisch kein globaler Materialabtrag mehr erzielt wird, sondern lediglich in die nach dem Verrunden sehr glatte Oberfläche mit Hilfe eines relativ grobkörnigen Schneidstoffkörpers mit geringer Schneidkorndichte Riefen geeigneter Tiefe und Verteilung erzeugt werden. Es können z.B. Schneidstoffkörper mit Schneidmittelkorndichte 1,25 bis 15 Vol. % und/oder Korngröße 35 bis 200 µm verwendet werden (vgl. z.B.
Anschließend wird in einer sechsten und letzten Honoperation die vorher strukturierte Oberfläche noch entgratet (Entgrathonen). Hierzu wird vorzugsweise ebenfalls ein Ringwerkzeug mit feinen Schneidmitteln verwendet, beispielsweise das gleiche Ringwerkzeug, welches auch für die vierte Honoperation (Verrundung der Radien und Glatthonen) verwendet wurde. Hier kann mit unterschiedlichen Aufweitungsarten gearbeitet werden. Die Aufweitungsart kann hydraulisch/hydraulisch, hydraulisch/mechanisch oder mechanisch/mechanisch ausgelegt sein. Bei einer mechanischen Aufweitung kann z.B. kraftgesteuert über eine servomechanische Aufweitung (hydraulic-like) oder positions- und kraftgesteuert gefahren werden.Then, in a sixth and final honing operation, the previously structured surface is deburred (deburring). For this purpose, an annular tool with fine cutting means is preferably also used, for example the same ring tool, which was also used for the fourth honing operation (rounding of radii and glatthones). Here you can work with different expansion types. The expansion can be designed hydraulic / hydraulic, hydraulic / mechanical or mechanical / mechanical. In the case of a mechanical widening, it is possible, for example, to use force-controlled power via a servo-mechanical expansion (hydraulic-like) or position and force-controlled.
Bei einer alternativen Verfahrensvariante wird bei der Flaschenhonoperation, also bei der Erzeugung einer flaschenförmigen Bohrungsform aus einer vorher noch kreiszylindrischen Bohrungsform, ein aufweitbares Ringwerkzeug verwendet. Hierzu ist vorgesehen, dass die Steuerung des Aufweitungssystems für die radiale Zustellung der Honsegmente mit der Steuerung für die Hubposition gekoppelt wird, damit das Ringwerkzeug den Übergangsabschnitt mit dem sich verändernden Durchmesser genau generieren kann und auch im zylindrischen ersten und zweiten Bohrungsabschnitt mit geeigneter Andrückkraft arbeitet (vgl.
An der Honmaschine kann dies dadurch erreicht, dass bestimmte Hubbereiche entsprechend den ersten bis dritten Bohrungsabschnitten im Steuerprogramm eingegeben werden, so dass die Schneidgruppe durch weg- und kraftgesteuerte Aufweitung beim Abwärtshub ab Ende des ersten Bohrungsabschnitts aufweitet. Beim Aufwärtshub fährt die Aufweitung der Schneidgruppe dann ab Ende des dritten Bohrungsabschnitts zurück, so dass der erwünschte programmierte flaschenförmige Zylinder generiert wird.
Ringwerkzeuge der hier beschriebenen Art können nicht nur zur Erzeugung bzw. Bearbeitung von flaschenförmigen Bohrungen verwendet werden, sondern können auch ohne Modifikation bei der Bearbeitung von Bohrungen mit anderer Geometrie erhebliche Vorteile bringen. Beispielsweise ist es möglich, ein Ringwerkzeug mit Doppelaufweitung und einem einzigen Schneidgruppenring identisch oder ähnlich dem Ausführungsbeispiel von
Es ist auch möglich, mit einem Ringwerkzeug eine Bohrungsform zu erzeugen und/oder zu bearbeiten, die einen kegelstumpfförmigen Bohrungsabschnitt (Konusabschnitt) aufweist, der relativ abrupt oder mit Übergangsradius in einen angrenzenden zylindrischen Bohrungsabschnitt übergeht, ohne dass sich ein weiterer Bohrungsabschnitt anschließt. Dadurch kann z.B. eine Bohrung mit Trichterform erzeugt werden, die einen eingangsseitigen zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser hat, der sich in einem angrenzenden zweiten Bohrungsabschnitt zum Bohrungsgrund hin konisch bis zu einem Maximaldurchmesser vergrößert. Der Durchmesserunterschied zwischen dem zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt und dem Maximaldurchmesser im konischen zweiten Bohrungsabschnitt kann z.B. zwischen ca. 20 µm und ca. 90 µm liegen. Die axiale Länge des zylindrischen ersten Bohrungsabschnitts kann z.B. zwischen 20% und 80% der gesamten Bohrungslängeliegen.It is also possible to use an annular tool to create and / or machine a bore shape that has a frusto-conical bore portion (cone portion) that transitions relatively abruptly or with transition radius into an adjacent cylindrical bore portion without joining another bore portion. Thereby, e.g. a bore of funnel shape having an input cylindrical first bore portion having a first diameter which increases conically in an adjacent second bore portion toward the bore bottom to a maximum diameter. The difference in diameter between the cylindrical first bore portion and the maximum diameter in the conical second bore portion may be e.g. between about 20 microns and about 90 microns. The axial length of the cylindrical first bore portion may be e.g. between 20% and 80% of the total bore length.
Weiterhin ist es möglich, mithilfe eines Ringwerkzeugs in einer Bohrung einen tonnenförmigen Bohrungsabschnitt, d.h. eine Ausbauchung in einer ansonsten weitgehend zylindrischen Bohrung zu erzeugen. Die Ausbauchung kann etwa mittig oder aber in der Nähe eines der Bohrungsenden liegen.Furthermore, it is possible to use a ring tool in a bore to form a barrel-shaped bore section, i. to create a bulge in an otherwise largely cylindrical bore. The bulge may be approximately in the middle or close to one of the bore ends.
Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges ist es auch relativ kostengünstig möglich, eine Zylinderlauffläche so zu bearbeiten, dass im Bereich des oberen Totpunktes und/oder im Bereich des unteren Totpunktes schmale Streifen mit anderen Oberflächenstrukturen vorliegt als im mittleren Bereich höchster Kolbengeschwindigkeit. Diese Variante wird hier als "Streifenhonen" bezeichnet. Ein hierzu geeignetes konventionelles Verfanren und ein entsprechend angepasstes Honwerkzeug sind z.B. in der
Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges mit Doppelaufweitung und zwei axial versetzten Schneidgruppen (vgl. z.B.
Bei entsprechender variabler Steuerung des Verhältnisses zwischen Hubfrequenz und Drehfrequenz der Arbeitsspindel kann auf einfache Weise auch erreicht werden, ein solches Streifenhonen mit unterschiedlichen Honwinkeln in unterschiedlichen axialen Bohrungsabschnitten durchzuführen (vgl. z.B.
Claims (15)
- Honing method for machining the internal surface of a bore in a workpiece with the aid of at least one honing operation, in particular for honing cylinder faces during the production of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating piston engines,
wherein, during a honing operation, an expandable honing tool is moved up and down within the bore in order to produce a reciprocating movement in the axial direction of the bore and at the same time is rotated in order to produce a rotational movement combined with the reciprocating movement,
wherein a bore shape deviating from the circular cylinder shape is produced,
characterized in that
a bottle-shaped bore is produced, said bore having, following a bore inlet, a first bore section with a first diameter, a second bore section with a second diameter, which is larger than the first diameter, away from the bore inlet, and a transition section with a continuous transition from the first to the second diameter between the first and the second bore section,
wherein, during at least one honing operation, use is made of an annular tool (200, 300, 400) which has at least one annular cutting group (220, 320, 420) having three or more cutting material bodies which are distributed about the circumference of a tool body and radially infeedable by shifting in the radial direction during the infeeding, and are designed as honing segments which are wide in the circumferential direction and are narrow in the axial direction, wherein an axial length of the honing segments, as measured in the axial direction, is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting region equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool. - Honing method according to claim 1, characterized in that first of all a bore having a circular-cylindrical bore shape is produced and then, in a bottle honing operation, a bottle-shaped bore shape is produced by honing with axially varying honing removal.
- Honing method according to claim 2, characterized in that, during the bottle honing operation, use is made of an expandable honing tool having at least one annular cutting group, wherein honing segments of the cutting group are infed radially during a downward stroke in accordance with the bottle shape depending on the stroke position and are radially retracted during an upward stroke in accordance with the bottle shape depending on the stroke position.
- Honing method according to claim 2, characterized in that, during the bottle honing operation, use is made of an expandable honing tool with honing sticks, the length of which is more than 50% of the length of the bore, wherein, in a first phase, the honing tool is moved up and down between an upper and a lower reversing point in a first stroke position, then, in a second phase, the upper reversing point is changed incrementally in the direction of the lower reversing point, and therefore the stroke position is shifted in the direction of a second stroke position in the region of the second bore section, and then, in a third phase, the honing tool is moved up and down in the second stroke position.
- Honing method according to claim 4, characterized in that, after the bottle honing operation, a smoothing honing operation for smoothing the bore profile in the transition region is carried out, wherein, during the smoothing honing operation, use is made of an expandable honing tool having at least one annular cutting group,
wherein preferably, during the smoothing honing operation, the cutting material bodies are pressed at a constant infeed force on to the internal surface of the bore. - Honing tool, in particular for carrying out the honing method as claimed in one of the preceding claims, with a tool body (210, 310, 410) which defines a tool axis, at least one cutting group (220, 320, 420) which is attached to the tool body and has cutting material bodies for the material-removing machining of the internal surface of a bore, and a cutting-group infeed system, assigned to the cutting group, for exerting an infeed force, acting radially with respect to the tool axis, on the cutting material bodies of the cutting group,
characterized in that
the honing tool (200, 300, 400) is designed as an annular tool and has at least one annular cutting group (220, 320, 420) having three or more cutting material bodies (220-1, 220-2, 220-3) which are distributed about the circumference of the tool body and radially infeedable by shifting in the radial direction during the infeeding, and are designed as honing segments which are wide in the circumferential direction and are narrow in the axial direction, wherein an axial length (LHS) of the honing segments, as measured in the axial direction, is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting region equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool. - Honing tool according to claim 6, characterized in that the axial length of the honing segments is less than 30% of the effective outside diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of said outside diameter, and/or in that the axial length of the honing segments lies within the range of 5 mm to 20 mm, and/or in that the axial length of the honing segments is less than 10% of the bore length of the bore to be honed.
- Honing tool according to claim 6 or 7, characterized in that more than half of the circumference of an annular cutting group (220, 320, 420), in particular more than 70% of said circumference, is occupied with cutting material bodies.
- Honing tool according to any of claims 6 to 8, characterized in that a cutting group is composed of three, four, five or six honing segments.
- Honing tool according to any of claims 6 to 9, characterized in that the cutting group (220, 320, 420) is arranged in the vicinity of a spindle-remote end of the tool body in such a manner that the cutting group is located exclusively in the spindle-remote half of the tool body.
- Honing tool according to any of claims 6 to 10, characterized in that the annular tool (200, 300) has a single annular cutting group (220, 320) which is preferably arranged at a free end of the tool body (210, 310).
- Honing tool according to any of claims 6 to 11, characterized in that an annular cutting group (320) has two groups of honing segments (320-1, 320-2) which are infeedable independently of each other, wherein honing segments of the groups are arranged in an alternating manner in the circumferential direction.
- Honing tool according to any of claims 6 to 10, characterized in that the annular tool (400) has a first annular cutting group (420-1) and at least one second annular cutting group (420-2) which is arranged axially offset with respect to the first annular cutting group and is infeedable independently of the first annular cutting group, wherein the annular tool preferably has precisely two annular cutting groups.
- Honing tool according to any of claims 6 to 13, characterized in that one or more sensors of a diameter measuring system are arranged on the honing tool, wherein measuring nozzles (440) of a pneumatic diameter measuring system are in each case attached to the tool body, preferably between adjacent honing segments.
- Honing tool according to any of claims 6 to 14, characterized in that an integrated, multi-axially movable joint, in particular a ball and socket joint (350), is provided on the tool body.
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