珩磨方法和珩磨工具的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种用于借助于根据权利要求1的前序部分所述的至少一次珩磨操作对工件中的钻孔的内表面进行加工的珩磨方法以及根据权利要求6的前序部分的可用于执行该珩磨方法的珩磨工具。优选使用领域是用于往复活塞式发动机的汽缸体或汽缸衬套的生产期间的汽缸面的珩磨。
[0002]内燃发动机或其它往复活塞式发动机的汽缸体(汽缸曲轴箱)或汽缸衬套中的汽缸面在操作期间经受严重的摩擦应力。在汽缸体或汽缸衬套的生产期间，因此必须以这样的方式对所述汽缸面进行加工，即随后在所有操作条件下确保借助于润滑膜的充分润滑，并且相对于彼此运动的零件之间的摩擦阻力保持尽可能低。
[0003]此类摩擦可承载内表面的质量确定精加工一般地用适当的珩磨方法进行，其通常包括多个连续的珩磨操作。珩磨是使用几何未限定切削边缘的切削过程。在珩磨操作期间，可扩展珩磨工具在要加工的钻孔内上下或来回运动以便以往复的频率在钻孔的轴向方向上产生往复运动，并且在同时旋转以便产生旋转运动，其被与往复运动组合，具有一定旋转频率。被附接到珩磨工具的切削材料主体通过进给系统按压要加工的内表面，该进给系统具有相对于工具轴线径向地作用的进给力。在珩磨期间，在内表面上产生横向磨削图案，其珩磨加工典型的，并且具有交叉精加工标记，其也称为“珩磨凹槽”。
[0004]随着对发动机的经济性和环境友好性的要求增加，活塞/活塞环、汽缸面的摩擦系统的优化特别重要，以便实现低水平的摩擦、低水平的磨损和低油耗。活塞组的摩擦部分可以达到35%，并且因此期望此区域中的摩擦的减少。
[0005]追求用于减少发动机的机械损耗的不同方法。这些特别地包括使用热喷镀汽缸面、使用有涂层活塞环、产生特别优化珩磨表面等。
[0006]获得用于减少摩擦和磨损的增加重要性的技术是避免或减少组装期间和/或操作期间的发动机组(汽缸曲轴箱)的汽缸扭曲或变形。在常规珩磨加工之后，钻孔通常意图具有尽可能少地偏离理想圆形汽缸形状(例如最大几微米)的钻孔形状。然而，在发动机的组装或操作期间，可能发生总计达到几百毫米的显著的形状误差，并且可降低发动机的性能。扭曲或变形的原因不同。其可涉及到静态或实际上静态热和/或机械载荷或动态载荷。汽缸体的构造和设计也对变形趋势有影响。活塞环组合件的密封功能通常由于此类变形而恶化，其可能难以控制，作为其结果，渗漏、油耗以及摩擦可增加。
[0007]为了减少由于组装期间或在某些操作状态下的扭曲而引起的问题，例如在DE 2810 322 C2中已经提出使用张紧设备来使用于珩磨加工的发动机组变形，其方式为用汽缸盖来模拟后续变形。在对应于随后在组装之后存在的状态的撑牢状态，进行珩磨加工，以便产生然后还意图在组装之后被再次固定的圆柱形钻孔形状。
[0008]通过在加工期间使汽缸扭曲反转(误差的负形的产生)意图在组装之后或者在发动机的操作状态下确保或近似理想形状的产生的另一技术是所谓的形状珩磨。在这里，借助于珩磨在未撑牢工件上产生以定义方式偏离圆柱形状的钻孔形状，例如苜蓿叶形状。此类钻孔形状一般地是不对称的，因为汽缸体的变形一般地也是不对称的。在操作状态下，意图产生尽可能理想的圆柱形状，使得活塞环组合件可以在钻孔的整个周向上提供良好的密封。例如在EP 1 790 435 B1中和本文所述的现有技术中描述了形状珩磨的各种变体。
【发明内容】
[0009]本发明的问题是提供正在讨论中的类型的珩磨方法和可用于执行所述珩磨方法的珩磨工具，所述珩磨方法和珩磨工具使得可以产生往复活塞式发动机，其在摩擦损耗、油耗和渗漏方面具有改善的性质。
[0010]为了解决此问题，本发明提供了具有权利要求1的特征的珩磨方法。此外，提供了具有权利要求6的特征的珩磨工具，其可以在所述珩磨方法的范围内使用。
[0011]在从属权利要求中指定了有利发展。所有权利要求中的措辞是通过参考本描述的内容而提供的。
[0012]在珩磨方法中，产生瓶状钻孔，即具有瓶子形状的钻孔。“瓶状钻孔”直接地在钻孔进口之后具有具有第一直径的第一钻孔部、远离钻孔进口的具有大于第一直径的第二直径的第二钻孔部以及在第一和第二钻孔部之间具有从第一至直径的连续过渡的过渡部，第一钻孔部和第二钻孔部一般地具有圆柱形基本形状并相对于彼此处于同轴状态。过渡部可以部分地成圆锥形地形成，并且可在末端面积外钻孔部的其末端处合并到相邻钻孔部中，在每种情况下具有适当的半径。
[0013]给定瓶状宏观形状的适当构造，相对于摩擦的减少、减少的渗漏和减少的油耗而言可以获得显著的优点。此外，可以产生活塞环组合件的耐磨性方面的改善和对操作期间的噪声产生的正面影响。内燃发动机中的燃烧的相当一部分是在钻孔进口附近的相对窄的第一钻孔部中、即在“瓶颈”中发生的。此部中的油的可能高量提供可以导致排放和油耗问题。在此较窄的第一钻孔部中，活塞环的环形组合件由于相对高的边缘应力而可以容易地执行其常规功能(特别是针对燃烧气体的密封和返回运动中的油膜的刮掉)。借助于燃烧的压力波，活塞在第一钻孔部中被加速，并且到达具有逐渐增加直径的过渡部。在过渡部中，通过增加直径来减小活塞环张力。然而，由于在这里存在相当大的活塞速度，并且减小了汽缸空间中的内部压力，所以渗漏、油耗值和发动机噪声发射并未受到不利影响。借助于过渡部与相邻的第一和第二钻孔部之前的适当半径，可以在过渡部处实现活塞环的温和进入和退出，并且因此可以避免活塞环磨损或发动机咬死。在向下运动中，环形组合件在通过过渡部之后在进入第二钻孔部时达到其最大张力，并且因此在活塞达到其最大速度时自动地减少了摩擦损耗。
[0014]在导致具有最适合于使用的表面结构的瓶状钻孔的珩磨方法的背景下，在至少一次珩磨操作期间，进行珩磨工具的使用，其特别是适合于此目的，并且在这里还由于其造而将其称为“环形工具”。在此应用背景内的“环形工具”具有至少一个环形切削组，其具有三个或更多可径向进给切削材料体，其分布在珩磨工具的工具主体的周向周围，并被构造为珩磨段，该珩磨段在珩磨工具的周向方向上是相对宽的，并且在珩磨工具的轴向方向上是相对窄的。如在轴向方向上测量的珩磨段的轴向长度在这里小于在周向方向上测量的宽度，并且配备有切削材料体的切削区域的轴向长度小于珩磨工具的有效外直径。
[0015]如果提供了至少三个珩磨段，则可以容易地在珩磨工具的整个有效外直径区域(其由于径向进给而可用)上且相对均匀地在周向上分布加工力。例如，可以在切削组中提供相同或不同周向宽度的精确地三个、精确地四个、精确地五个或者精确地六个珩磨段。虽然可以有切削组内的超过六个珩磨段，但这些使得构造更加复杂，并且一般地并不要求。在某些情况下，可选地如果珩磨工具具有仅两个珩磨段则可足够。
[0016]用可径向进给性(珩磨段在进给期间在径向方向上的移位)可以实现的效果切削材料体与钻孔内部表面之间的卡合实际上仍是恒定的，无论直径设定如何。通过避免切削材料体在径向进给期间的倾斜，可以避免不均匀磨损。
[0017]该措施可以单独地或者组合地对可以实现的表面质量具有正面影响，特别是在不同钻孔部上的表面质量的均匀性方面。
[0018]珩磨段的轴向长度可以例如小于珩磨工具的有效外直径的30%，特别地可以在所述外直径的10%和20%之间。在用于加工用于小客车或卡车的发动机本体中的典型汽钻孔的环形工具的情况下，轴向长度可以例如在5mm至20mm的范围内。基于要加工的钻孔的钻孔长度，轴向长度通常小于所述钻孔长度的10%。如果明显地超过上限，则一般地遭受用于断面的轴向跟随或断面的产生的可能性。另外，为了产生用于加工的充足表面压力，小的轴向长度是有利的。另一方面，为了允许用于加工钻孔末端的珩磨越程且为了限制珩磨工具倾斜的趋势，轴向方向上的最小长度是有利的。
[0019]此类环形工具构成珩磨工具的构造的常规概念的反转，其基于这样的事实，即为了获得珩磨钻孔中的小的形状误差，应使用具有在轴向方向上相对长但在周向方向上相对窄的珩磨磨石的珩磨工具。环形工具特别容易适合于瓶状钻孔形状或者一般地具有在轴向方向上明显改变的钻孔直径的钻孔形状的加工。在环形切削组中，切削材料(适当粒径、密度和硬度的结合切削颗粒)集中在轴向相对窄的环中，其中，环形切削组的通常超过一半的周向被切削装置占用，并且因此有效地促进了材料的去除。
[0020]与珩磨工具的有效外直径相比，一个或多个环形切削组位于其中的切削区在轴向方向上是短或窄的，因此，可能有在轴向方向上行进的断面的产生和/或跟随。
[0021]与常规珩磨磨石相比，环形切削组的区别在于在切削材料体与被环形切削组覆盖的轴向部中的钻孔内表面之间存在比在常规珩磨工具的相对窄的轴向部中基本上更多的接触表面。在某些实施例中，用环形切削组，珩磨工具的周向的超过60%、周向的可能甚至超过70%或者超过80%被切削装置占用。
[0022]切削组优选地被布置在工具主体的心轴远端附近，其方式为切削组独有地位于工具主体的心轴远离一半处。如果提供了多个环形切削组，则此条件可以适用于所有切削