專利名稱：珩磨孔的方法
技術領域：
本發明涉及珩磨孔且尤其是內燃發動機曲軸箱的氣缸孔的方法。
背景技術：
在載重汽車發動機中，往往將離心鑄成的氣缸襯套用作氣缸工作面，因為這種材料比發動機組材料耐磨。但這樣的氣缸襯套導致較高的成本，這不僅指在制造方面，而且指在發動機組安裝方面。因此，早有人建議在活塞運動的上換向區中對發動機組里的氣缸工作面進行局部淬火，以便由此獲得更高的耐磨性。因而可以放棄單獨的氣缸襯套。至于淬火，例如可以考慮借助激光的方法，更經濟或成本更低的另一可選方案是感應淬火。在感應淬火時出現了非同心的孔收縮，這種孔收縮排除了常見的珩磨加工。
為加工曲軸箱中的局部淬硬的在氣缸孔，已經研究出了同軸珩磨技術，這例如已在EP 0535201 B1或VD1-Z(德國工程師協會雜志)第6期(2001)第49頁的由U.克林克和G.弗勞萊思所著的文章“Honen-Fortschritte durch optimierte Werkzeuge und Prozesse”中描述了。在這篇文章中描述的工具有兩組珩磨條，它們可以相互獨立地徑向進給。下組珩磨條裝有硬金屬導向板條，它們緊貼在預加工出的孔壁上。因而，該工具朝向孔軸線方向地位于中心位置上。上組珩磨條的金剛石珩磨條隨后被張開并加工有斷面收縮的淬硬孔段。這兩組珩磨條的進給及其擴張是分開進行的。導向板條的進給例如可以通過液壓方式實現，相反，金剛石板條則以電動機械方式被進給。
發明內容
本發明的目的在于優化具有淬硬段的孔的珩磨加工。因而，本發明的任務是如此改進珩磨孔且尤其是內燃發動機曲軸箱的氣缸孔的方法，從而使珩磨加工能夠更有效且尺寸精度更高地進行。
該任務通過一種具有權利要求1的特征的珩磨孔的方法來完成。
根據該方法的一個有利改進方案，珩磨工具的工作行程改變在硬度較小的相鄰孔段處進行。通過這一措施，在珩磨過的孔段和未珩磨的孔段之間的也就是在軟孔段和淬硬孔段之間獲得逐步過渡。本發明方法的另一改進方案在于，珩磨工具的工作行程的改變可以朝向淬硬孔段的一開口端進行。通過這個措施，可使孔口略有改變或可除去已有的毛刺。
就要加工從淬硬孔段到較軟孔段的良好過渡部以及還要加工孔口來說，有利的是，珩磨工具工作行程的改變既朝向相鄰孔段方向地進行，也朝向淬硬孔段的開口端的方向進行。
可能對某些孔有利的是，孔端有一倒角，因而，珩磨加工相應地在此部位上進行。在精加工中，倒角就是指靠近孔端的向外擴張的輪廓。在這里，孔的形狀不是理想的圓柱形。這意味著在孔徑在各孔端上增大。這樣產生的倒角減輕了隨后的珩磨作業的工作，因為在上孔端上只要珩磨掉較少的材料。
當在楔形區即上孔段中進行感應淬火時，不是均勻淬硬，而是根據淬火工具形成了具有柔軟的中間空隙的淬硬縱向條。由于在淬硬孔段上有不同的淬硬區，因而珩磨中的磨削率是不同的。為了保持穩定不變的磨粒相對珩磨條接合層的突出程度，可通過不同方式來實現交替變化的轉向。在這里可行的是，總在一個加工周期之后進行珩磨工具轉向的變換。但可能適當的是，在一個加工周期中進行一次珩磨工具轉向變換，例如當達到待磨掉材料層的一半時。另一種可能性是在一個加工周期中進行至少兩次轉向變換。
還有利的是，一直測量珩磨條的進給力并使之保持在一個上、下極限值的規定帶寬內，并且分別在達到進給力下極限值時逐步擴張珩磨條。因而，進給力在整個珩磨過程中始終保持在小的極限范圍內，由此避免了珩磨條在孔壁上產生不希望的大壓緊力。
以下根據附圖對本發明的實施例進行詳細說明。附圖所示為圖1是在一具有淬硬孔段的孔中進行同軸珩磨的珩磨工具的縱剖視圖；圖2表示在一個繞珩磨工具縱軸線錯開一角度的平面里的如圖1所示的截面；圖3是珩磨條進給裝置的示意圖；
圖4是珩磨條進給變化過程的曲線圖；圖5示意表示行程變化情況；圖6表示圖5所示的另一可選的實施形式。
具體實施例方式
圖1表示一個適用于同軸珩磨的珩磨工具的縱截面。在此，珩磨工具1位于一工件2的一個孔3里，該工件2例如是內燃發動機的曲軸箱。孔3包括一未淬硬的孔段4和一淬硬的孔段5，其中淬硬的孔段5形成在圖1的孔3的上端上。淬硬的孔段5例如可以通過感應淬火產生。珩磨工具1包括一個工具頭6，它具有可徑向擴張的珩磨條10和可徑向擴張的導向板條9。導向板條9支承在未淬硬的孔段4的孔壁上，給珩磨條10施加預定的力而壓在淬硬孔段的壁上。設有一個用于導向板條9的第一進給裝置7和用于珩磨條10的第二進給裝置8。第二進給裝置8可以是力控的電動機械式步進進給裝置。珩磨工具1可以圍繞其縱軸線L在一個第一轉向24和一個第二轉向25上被驅動。
圖2表示在一個繞珩磨工具1的縱軸線L偏轉一個角度的平面上的、如圖1所示的一個截面。在該平面上，在工具頭6里有用于基準測量的下空氣測量噴嘴11和用于在淬硬孔段5的珩磨加工中進行過程測量的上空氣測量噴嘴12。
圖3示意表示珩磨條10的進給裝置。為控制進給動作，在一主軸17上設有一個測力機構13，它測量將珩磨條10壓到待加工表面上的力，其中在珩磨條10和測力機構13之間只有第二進給裝置8。就這方面來說，由測力機構13測得的信號對應于珩磨條10上的實際值。進給裝置還包括一個步進電機14，其輸出軸作用于一齒輪15，該齒輪與另一齒輪16嚙合，其中齒輪16支承在主軸17上。一旦需要繼續進給并給步進電機14發出一相應信號，則步進電機14使齒輪15旋轉一定轉角，在此使另一齒輪16也旋轉起來并因而使主軸17(在圖3中看)向下運動。因此，珩磨條10按照規定程度徑向張開。
圖4是珩磨條進給變化過程的曲線圖，就是說，與隨珩磨加工時間的進給力有關的曲線圖。在該曲線圖中，F表示進給力變化曲線，它畫在時間軸t上。在相同的時間過程t中，標記s表示進給行程。為進給力標出了一個額定值范圍20，它由一上極限值18和一下極限值19限定。如圖所示，額定值范圍20保持在一個較窄極限范圍內。力控的電動機械式珩磨條進給是工具進給的一種特別適用的與方法相關的技術。它合理地將形狀配合的步進式工具擴張特點與傳力配合的永久作用的進給裝置的功能結合起來。
進給支路的構造如圖3所示地包括步進電機14、一用于將轉動轉換成軸向運動的帶齒輪15、16的傳動齒輪箱、一在絲杠或主軸17與珩磨工具1的進給裝置8之間的測力機構13。力控的電動機械式樣進給如圖4所示在整個珩磨過程中將進給力穩定保持在小極限范圍內，也就是在上極限值18和下極限值19之內保持不變。因而，近似不變的進給力F作用在孔壁和珩磨條工作面上。只要進給力F位于規定的額定值范圍內，就沒有進一步的擴張。只有當進給力F隨著切削的進行而降低并因而達到下極限值19時，才進一步擴張，必要時分步進行，如圖4所示的那樣，直至達到進給力F的上極限值。因而，避免了進給壓力的連續升高并獲得了高的尺寸精度和形狀精度，因為進給行程s和磨蝕量盡量是相同的。
若在規定進給力F下達到在珩磨程序中預定的或算出的擴張行程s，就中斷珩磨操作。因此，不僅擴張行程對斷開程度很重要，而且在斷開時作用在珩磨條工作面上的力也很重要。因而，可以實現高的尺寸精度，它在個別情況下可能達到±0.2μm。因而，可以在某些條件下在第一次珩磨作業中無附加的在線加工測量裝置或二次加工測量裝置地并可靠地在幾微米內加工齒輪、連桿孔或氣缸孔。
同軸珩磨的加工作業在孔的形狀偏差部位里進行，這種偏差在本實施中是因淬火變形而產生的。它表現為孔的偏心收縮，如圖1所示的那樣。為了從未淬硬部位到淬硬部位地逐步過渡，例如可以使用如圖5所示的方式。
圖5用剖視圖表示工件2的具有孔段4、5的孔3。主要的磨削首先用初始行程位置來實現。在這里，加工區上限為孔邊緣，如由上行程位置10.1表示的那樣。另外，加工區下限由在行程反向點上的珩磨條10下邊緣構成，它位于從淬硬孔段5至未淬硬孔段4的過渡部位里并用10.2表示為下行程位置。為了在珩磨的和未珩磨的部位之間即在孔3的較軟孔段4和淬硬孔段5之間實現逐步過渡，總是使最后加工行程向下面增大幾毫米。這種行程位置的下移在圖5里通過在如10.2所示的反向點上的珩磨條10位置變化來表示。因而，珩磨條10的工作區超出了以前已加工的區域并轉入孔3的以前未加工的區域里。因而，能夠實現無級過渡。
圖6表示了圖5所示方案的一變型實施形式，其中在圖6中，孔3的淬硬孔段5是這樣加工的，即在珩磨作業快結束時，通過使換向點進一步離開淬硬孔段5而使上行程位置10.1不斷改變。當然，這種朝向孔3開口端23的行程移動也可以與圖5所示的下行程位置10.2的移動組合起來。根據在加工周期中的進行這種改變的時刻，也就是說已經明顯在珩磨加工結束之前，并且根據這種移動的絕對值和/或壓緊力的絕對值，孔3可以在開口端23處被制造成倒圓的輪廓22，它在圖6中用虛線表示，因此，得到了孔3的倒角21。
如上所述，如圖1所示的珩磨工具交替地在兩個轉向上被驅動。轉向反向的時刻可按照預期的珩磨加工持續時間來定，因而當加工周期較短時，總是在一個周期結束后改變轉向就夠了。若加工周期較長，則應該在周期中改變轉向，在這里，可根據需要進行一次變向，或者也可以進行多次變向。
權利要求
1.一種珩磨孔(3)且尤其是內燃發動機的曲軸箱的氣缸孔的方法，所述孔具有兩個在孔(3)的軸向方向前后接續的且可能不是同心的孔段(4，5)，所述孔段的待加工表面具有不同的硬度，這些孔先經過預加工并接著被局部淬硬，其中，借助布置在一珩磨工具(1)里的導向板條(9)使珩磨工具(1)徑向支承在一個孔段(4)里，而用裝在珩磨工具(1)上的珩磨條(10)對淬硬的孔段(5)進行加工并因而磨掉材料，其中導向板條(9)的進給與珩磨條(10)的進給無關地進行，并且珩磨條(10)的進給調整以力控的電動機械進給方式來進行，并且珩磨工具(1)的工作行程至少在珩磨加工快結束時被連續改變，該珩磨工具(1)按照一個規定的進給方式被擴張開。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，珩磨工具(1)交替地以變化的轉向被驅動。
3.按權利要求1所述的方法，其特征在于，珩磨工具(1)的工作行程在孔(3)的具有較小硬度的相鄰孔段(4)處改變。
4.按權利要求1所述的方法，其特征在于，珩磨工具(1)的工作行程的改變朝向淬硬孔段(5)的開口端(23)進行。
5.按權利要求1所述的方法，其特征在于，珩磨工具(1)的工作行程的改變不僅朝向相鄰的孔(3)段(4)地進行，而且朝向淬硬孔段(5)開口端(23)地進行。
6.按權利要求1所述的方法，其特征在于，在淬硬部位的開口端(23)上，給該孔(3)加工出一個倒角(21)。
7.按權利要求2所述的方法，其特征在于，分別在一個加工周期之后進行珩磨工具的轉向變換。
8.按權利要求2所述的方法，其特征在于，在一個加工周期里變換一次珩磨工具(1)的轉向，例如在達到要磨掉的材料層的一半時。
9.按權利要求2所述的方法，其特征在于，在一個加工周期中進行至少兩次轉向變換。
10.按權利要求1所述的方法，其特征在于，連續測量該珩磨條的進給力并使之保持在上、下極限值(18，19)的預定帶寬里并且該珩磨條(10)的擴張分別在達到進給力(F)的下極限值(19)時分步進行。
全文摘要
本發明描述一種珩磨孔(3)的方法，該孔具有兩個在孔(3)的軸向方向上前后相連的孔段(4，5)，孔段的待加工面具有不同的硬度。珩磨工具(1)徑向支承在未淬硬的孔段(4)里，而用裝在珩磨工具(1)上的珩磨條(10)對淬硬的孔段(5)進行加工并因而磨掉材料。珩磨條(10)的進給調整以力控的電動機械式進給方式進行并且至少在珩磨加工快結束時連續改變珩磨工具的工作行程。
文檔編號B24B33/08GK1626312SQ200410008079
公開日2005年6月15日 申請日期2004年3月10日 優先權日2003年12月10日
發明者U·克林克, J·維德霍爾德, J·沃爾夫 申請人:格靈兩合公司