珩磨方法和珩磨工具的制作方法_3

文档序号:9492893阅读:来源:国知局
心部分与第一钻孔部之间形成第一半径R1,而在过渡部与第二钻孔部之间形成第二半径R2。半径R1和R2可以是基本上相同的,但是还可以使第一半径小于或大于第二半径。
[0045]在典型钻孔几何结构的情况下,第一长度L1可以例如在钻孔长度L的15%和40%之间。第二长度L2通常大于第一长度且常常在钻孔长度L的40%和60%之间。过渡部正常地相对于邻接钻孔部而言是相对短的。典型第三长度L3可以在钻孔长度L的5%至20%范围内。还可以有与所述几何比的偏差。
[0046]第一直径D1与第二直径D2之间的直径差显著地位于对于珩磨加工而言典型的公差外面,并且对于圆柱形状而言,位于最大10Mm的数量级内(基于直径)。在70mm与150mm之间的数量级中的内直径的绝对值的情况下,直径差可以位于例如20μπι与90μπι之间。
[0047]可以以这样的方式来优化半径Rl、R2、外钻孔部和过渡部的长度和钻孔轴与过渡部的切线之间的切线角Τ,即在发动机的典型操作状态下产生低渗漏、低油耗以及活塞环的低磨损。
[0048]钻孔的瓶子形状导致钻孔在进口附近的区域中是相对窄的,并且因此在钻孔中运动的活塞的活塞环在高边缘应力下抵靠着钻孔内表面118运动。结果,在其中主要地进行燃烧并发生高压的位置处实现可靠密封,并且油墨在下行冲程中被刮掉。由于燃烧而加速的活塞然后在钻孔出口的方向上运动,活塞环首先(部分地)穿过具有连续加宽内直径的过渡部,并且随后穿过第二钻孔部。活塞环可以在过渡部中逐渐地放松,密封在充分的程度上保持,因为压力差在活塞环处下降。在第二钻孔部开始时,环组合件达到其最低应力,并且因此由于减小的边缘应力而精确地在最大活塞速度区域中减少了摩擦损耗。在上行冲程期间,边缘应力然后在活塞环达到过渡部的出口侧半径并在第一钻孔部的方向上传过后者时再次地立即增加。
[0049]可以相对于宏观形状(瓶子形状)且相对于摩擦承压钻孔内表面的表面结构以高质量经济地产生此类钻孔的精密加工过程在本发明的实施例中包括至少一次珩磨操作,其中使用在本申请中称为“环形工具”的特定构造的珩磨工具。环形工具具有至少一个切削组,其被环形地附接到工具主体,并且具有围绕着工具主体的周向分布的切削材料体,并且可以借助于关联进给系统在径向方向上进给或者缩回。切削材料体被设计为珩磨段,其宽度在周向方向上明显大于其在轴向方向上的长度。负责从工件去除材料的切削材料体集中于轴向相对窄的区域(切削组的环)中,并且占据珩磨工具的周向的相对大的部分。结果,可以以相对高的材料去除能力产生其中不同直径的钻孔部在轴向方向上相互邻近的钻孔形状。
[0050]图2在图2A中示出了通过具有单个环形切削组220和单扩张的环形工具200的实施例的纵截面。图2B示出了通过切削组的横截面。环形工具200具有工具主体210,其定义在珩磨加工期间同时地是环形工具的旋转轴的工具轴线212。用于将环形工具耦接到珩磨机或具有工作心轴的另一加工机器的驱动杆的耦接结构(并未具体地示出)位于环形工具的心轴侧末端处(在图2A中的顶部),所述工作心轴可绕着心轴线旋转,并且还可平行于心轴线以震荡方式来回运动。
[0051]环形切削组220位于工具主体的心轴远端处(在图2A的底部处),其具有均匀地分布在工具主体的周向上并可以借组与切削材料体进给系统相对于工具轴线212径向地向外进给以便用定义接触压力或抵靠着要加工钻孔的内表面的压上力按压切削材料的摩擦作用外侧的多个(在本示例的情况下三个)切削材料体220 - 1,220 - 2,220 一 3。拱形地弯曲的三个切削材料体中的每一个被设计为珩磨段,其在周向方向上非常宽但在轴向方向上是窄的,并且其覆盖在115°和120°之间的周向角区域。珩磨段被从工具主体解耦,并且相对于工具轴线212可径向地相对于后者移位。由珩磨段形成的环在远离心轴侧结束,与工具主体齐平,使得环完全座在工具主体的心轴远离一半内,在环形工具的心轴远端处。
[0052]珩磨段的轴向长度LHS小于钻孔长度L的15%,特别地小于其10%。珩磨段的高度为约4mm至35mm,特别地约为10mm (在轴向方向上),其在本示例的情况下对应于切削组的有效外直径的5%和30%之间,特别是10%和20%之间。轴向长度LHS在这里同时地对应于珩磨工具整个切削区的轴向长度。
[0053]每个切削材料体被通过焊接而紧固到关联钢制成的支撑钢带244 — 1、224 — 2的外侧。替换地,还可以通过粘合剂结合或借助于螺钉将切削材料主体紧固,因此可以进行更容易的替换。每个支撑带的内侧具有倾斜表面,其与轴向可移位进给圆锥体232的圆锥形外表面相交互,其方式为当借助于机器侧进给设备在与复位弹簧234、226、228的力相反的环形工具的心轴远端的方向上按压进给圆锥体时,支撑带连同由其承载的切削材料体一起被径向向外进给。在相反的进给运动的情况下,借助于外围恢复弹簧226、228使支撑带与珩磨段一起径向向内恢复。结果,经由进给圆锥体232的轴向位置以无运动方式控制切削材料体的径向位置。
[0054]此工具概念特别适合于具有减少的珩磨越程、例如具有最大5mm的珩磨越程的加工钻孔。此类几何结构通常在盲孔钻孔的情况下或者在整体发动机或V形发动机中发生。
[0055]图3示出了环形工具300的示例性实施例,其同样地具有被布置在工具主体310的心轴远端侧末端处的单个环形切削组320。图3A示出了通过环形工具的纵截面,图3B示出了通过切削组的横截面。然而,与图2的示例性实施例相反,涉及到具有双扩张的珩磨工具。环形切削组320具有两组珩磨段,其可相互独立地进给,其中,各组的珩磨段每个在周向方向上以相对于彼此交替的方式布置。第一组珩磨段具有在每种情况下相对于彼此周向地偏移120°的三个第一珩磨段320 — 1。第二组珩磨段的三个第二珩磨段320 — 2在每种情况下被布置在其之间。第一组具有带有相对粗的切削层的切削材料体,而第二组具有带有相对更细的切削层的切削材料体。轴向导带326在每种情况下被布置在直接相邻的珩磨段中。在工具主体310与耦接结构340之间提供了球窝接头350,其是为了将珩磨工具耦接到工作心轴等而提供的,并且因此珩磨工具可相对于珩磨心轴在多个轴中运动至有限的程度。
[0056]第一珩磨段可以借助于第一进给系统径向地进给。后者是第一进给杆332 — I,其在工具主体上在中心行进,并且在心轴远端处,具有圆锥形部,其与第一组珩磨段的支撑带的倾斜表面相交互。第二进给系统用于对第二组珩磨段进行进给,并且具有管状进给元件332 - A,其包围进给杆332 — I,并且在其心轴远端处具有圆锥形外表面,其与第二珩磨段的支撑带上的倾斜表面相交互。
[0057]可以借助于第一进给系统使第一组珩磨段中的三个珩磨段扩张,以便执行某个珩磨操作,例如平滑化珩磨操作或结构珩磨操作。如果替代地具有不同类型的切削层的另一组珩磨段被进给,则可以执行不同的珩磨操作,例如去毛刺珩磨操作或平顶珩磨操作。借助于具有双扩张的环形工具,可以连续地执行两个不同的珩磨操作而并不同时地执行工具的改变或者使用不同的珩磨心轴进行加工。
[0058]图4在4A中示出了通过具有双扩张的环形工具400的实施例的示意性纵截面,与图3的示例性实施例相反,其具有在工具主体410的远离心轴部分中被以相对于彼此轴向偏移的方式附接的两个环形切削组420 - 1和420 - 2。每个环形切削组(图4B中的横截面)具有三个公共可进给珩磨段,其每个覆盖周向的约110°和115°之间。相反地,珩磨段的轴向长度是小的,并且通常小于钻孔长度的10%和/或在切削材料体的区域中的珩磨工具的有效外直径的10%和20%之间。气动直径测量系统的测量喷嘴440在每种情况下被附接到相邻珩磨段之间的工具主体。切削组在轴向上相互接近地定位,使得两个环形切削组位于其中的珩磨工具的切削区域在轴向方向上基本上比珩磨工具的有效外直径更短。
[0059]在某些实施例中,相对于工具主体以弹性柔软的方式来安装切削材料体。结果,可选地可以改善在轴向运动期间跟随断面的能力。例如,可以在载体元件与切削材料体之间连接弹簧元件(例如,板簧、螺旋压缩弹簧等)。还可以将载体元件设计成本身是弹性柔软的,例如通过在结构上在适当点处提供的狭槽形式的载体材料横截面的弱化。
[0060]存在用于通过使用在本申请中所述类型的一个或多个环形工具来产生具有钻孔内表面的期望表面结构的瓶状钻孔的各种可能性。结合图5和6来描述第一示例性实施例。
[0061]在本方法变体的情况下,首先使用常规珩磨工具,其具有轴向相对长的窄珩磨磨石,以便从例如用精确钻孔进行预加工的钻孔开始产生具有圆柱形状的珩磨钻孔。轴向磨石长度I在这里为整个钻孔长度L的约1/2或2/3。在第一珩磨操作中(初步珩磨),使用D107型的金刚石磨石来执行操作,并且以细粒径(粒径D54)来执行后续中间珩磨操作。结果,产生具有与理想形状的很小偏差且具有相对光滑表面(Rz< 8 Mffl)的基本上圆柱形钻孔形状。进口侧和出口侧珩磨越程S在这里为磨石长度的约1/3,与在常规方法中类似。可以在V形或整体发动机的加
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