DE10306864B3 - Fine machining system for inner surface of hollow cylinder made of materials of different hardness with conical or flat honing stones has axially and radially movable holder - Google Patents

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Abstract

The cylinder is made off two cylinders of different hardness. A first hard cylinder (4) is butted (14) against a soft cylinder (6) underneath. The inside diameter of the composite cylinder may be machined to a double cone shape (11), with the butt joint in a gently sloping region. The hone may have two stones (8) on a movable holder (7). The alteration in radius (12) may be between 10 and 100 mu and the conical region may be between 20 and 200 mm long.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinbearbeitung einer zylindrischen Innenfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for fine machining a cylindrical inner surface according to the preamble of Claim 1.

Das Feinbearbeiten von zylindrischen Flächen, insbesondere das Feinbearbeiten von Zylinderlaufflächen in Zylinderkurbelgehäusen wird in der Regel durch Honen realisiert. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Veröffentlichungen, wie z. B. die DE 44 32 514 A1 , in der ein Verfahren beschrieben wird, durch das ein hochgenaues Endmaß einer gehonten Fläche erzielt werden kann.The fine machining of cylindrical surfaces, in particular the fine machining of cylinder surfaces in cylinder crankcases is usually realized by honing. There are a variety of publications, such. B. the DE 44 32 514 A1 in which a method is described by which a highly accurate final dimension of a honed area can be achieved.

Die DE 196 05 588 C2 beschreibt ein Verfahren, in dem eine Zylinderlauffläche in einem oberen und unteren Totpunkt eines Kolbens so behandelt wird, dass sie in diesen Bereichen höheren Verschleißbedingungen standhält.The DE 196 05 588 C2 describes a method in which a cylinder surface is treated in an upper and lower dead center of a piston so that it can withstand higher wear conditions in these areas.

Der bekannte Stand der Technik beschränkt sich jedoch auf die Feinbearbeitung einer Fläche, die durchgehend das selbe Oberflächenmaterial aufweist. Es kann jedoch vorkommen, dass die Zylinderlauffläche durch unterschiedliche Materialien dargestellt ist. Hierbei handelt es sich um einen weicheren Bereich, der beispielsweise durch das Gussmaterial des Zylinderkurbelgehäuses gebildet wird, und einen härteren Bereich, der durch eine Zylinderlaufbuchse dargestellt ist.The known prior art is limited however, on the finishing of a surface that is the same throughout surface material having. However, it may happen that the cylinder surface through different materials is shown. This is it a softer area, for example due to the casting material of the cylinder crankcase is formed, and a harder Area represented by a cylinder liner.

In derartig gestalteten Fällen ist das Feinbearbeiten, insbesondere das Honen, besonders schwierig, da die angewendeten Bearbeitungsmittel, z. B. der Honstein, durch das weichere Material verschmiert und seine Schleifwirkung verliert.In such cases designed is fine machining, especially honing, especially difficult because the applied processing means, eg. B. the honing stone, through the smoother material smears and loses its abrasive effect.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zylindrische Innenflächen, die unterschiedliche Materialien aufweisen, so feinzubearbeiten, dass die Standzeiten der Bearbeitungsmittel deutlich verbessert werden.The object of the invention is inside, cylindrical inner surfaces, which have different materials, so finely work, that the service life of the processing means improved significantly become.

Die Lösung der Erfindung besteht in einem Verfahren nach Anspruch 1.The solution of the invention is in a method according to claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass eine zylindrische Innenfläche, insbesondere eine Zylinderlaufbuchse die mindestens einen weicheren und mindestens einen härteren Bereich in axialer Richtung aufweist, durch Honschritte, einem Vorhonschritt (Vorhonen) und einem Feinhonschritt (Feinhonen) feinbearbeitet wird.The inventive method according to claim 1 is characterized in that a cylindrical inner surface, in particular a cylinder liner which is at least one softer and at least a harder one Has area in the axial direction, by honing steps, a Vorhonschritt (Pre-honing) and a fine honing step (fine honing) is finished.

Unter Honen wird hierbei jede Art von Feinbearbeitung verstanden, bei der Oberflächenbereiche durch die Einwirkung von Schleifpartikeln abgetragen werden. Diese Schleifpartikel sind üblicherweise in einem Honstein gebunden, der an einer Honahle befestigt ist.Under honing here is every kind understood by fine machining, in the surface areas by the action be removed from abrasive particles. These abrasive particles are common tied in a honing stone attached to a honeydehole.

Hierbei wird während des Vorhonens entlang einer Zylinderachse ein Konus eingebracht, der sich vom härteren Bereich zum weicheren Bereich hin ausdehnt. Dieser Konus wird während des Feinhonens im härteren Bereich bis etwa zu einer Grenzfläche härterer Bereich-weicherer Bereich ausgeglichen, so dass im härteren Bereich im Endzustand wieder eine zylindrische Innenfläche vorliegt. Im weicheren Bereich bleibt der Konus erhalten.This is during the Vorhonens along a Cylinder axis a cone introduced, extending from the harder area expands towards the softer area. This cone will be released during the Fine honing in the harder Range to about an interface harder area-softer area balanced, so in the harder Area in the final state again a cylindrical inner surface is present. The cone is preserved in the softer area.

Durch den Konus, der den Grenzbereich zwischen weicheren und härteren Bereich überschreitet, wird verhindert, dass die ausgesprochen feinen Schleifpartikel auf einem Feinhonstein durch das Material des weicheren Bereiches verschmieren.Through the cone, the boundary area between softer and harder Range is exceeded prevents the extremely fine abrasive particles on one Smooth fine honestone through the material of the softer area.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Konus durch einen konischen oder einen, entlang eines Konuses ausgerichteten Honstein, eingebracht. Durch den konischen oder konisch ausgerichteten Honstein kann der Konus bereits durch das Werkzeug vorgegeben werden und wird exakt eingehalten.In one embodiment of the invention The cone is made by a conical or a, along a cone aligned honing stone, introduced. By the conical or conical Aligned honing stone, the cone can already through the tool be specified and will be maintained exactly.

In einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Konus durch einen herkömmlichen Honstein eingebracht, der Honstein und die Honahle werden durch die Prozessparameter derart gesteuert, dass entlang der Vorschubrichtung ein zunehmender Materialabtrag erfolgt, was zu Bildung des Konuses führt.In another embodiment invention, the cone is introduced by a conventional honing stone, the honing stone and the honing hue become so through the process parameters controlled, that along the feed direction an increasing material removal takes place, which leads to the formation of the cone.

Die Prozessparameter, die den höchsten Einfluss auf die Ausbildung des Konuses haben, sind eine Vorschubgeschwindigkeit der Honahle entlang einer Zylinderachse und ein Anpressdruck der Honahle an die zylindrische Innenfläche.The process parameters that have the highest impact on the formation of the cone are a feed rate the Honahle along a cylinder axis and a contact pressure of Hone to the cylindrical inner surface.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auf einer Honahle mehrere Typen von Honsteinen angebracht, die jeweils für den entsprechenden Anwendungsfall (beispielsweise Vorhonen oder Feinhonen) ausgefahren bzw. zurückgezogen werden können.In a further embodiment of the Invention, there are several types of honing stones on a hone each for the appropriate application (for example, pre-honing or Fine Honing) extended or withdrawn can.

Der Konus, der erfindungsgemäß entlang der Zylinderlauffläche eingebracht wird, weist in der Regel eine geringe Radiusänderung zwischen 10 μm und 100 μm auf. Diese Radiusänderung erstreckt sich entlang der zylindrischen Innenfläche auf einer Länge zwischen 20 mm und 200 mm.The cone according to the invention along the Cylinder surface is introduced, usually has a small radius change between 10 μm and 100 μm. This radius change extends along the cylindrical inner surface at a length between 20 mm and 200 mm.

Zur Vermeidung einer diskreten Stufe im weicheren Bereich kann der Konus in einen gegenläufigen Konus münden, was zu einer konvexen Form im weicheren Bereich führt. Die konvexe Form kann zur Geräuschreduzierung im Motorbetrieb beitragen.To avoid a discrete step in the softer area, the cone can turn into an opposite cone lead, which leads to a convex shape in the softer area. The convex shape can reduce noise contribute in engine operation.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.Advantageous embodiments The invention are explained in more detail with reference to the following drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1, einen Schnitt durch eine unbearbeitete Zylinderlaufbuchse mit einem härteren Bereich (oben) und einem weicheren Bereich (unten), 1 , a section through an unprocessed cylinder liner with a harder area (top) and a softer area (bottom),

2a, ein Vorhonen mit einem konischen ausgerichteten Honstein, 2a , a pre-honing with a conical honing stone,

2b, ein Vorhonen mit einem geraden Honstein, 2 B , a pre-honing with a straight honing stone,

2c, ein Vorhonen mit einer Honahle, die mit zwei Typen von Honsteinen besetzt ist und 2c , a pre-honing with a honing haul, which is occupied by two types of honing stones and

3 eine Zylinderlaufbuchse im fertig gehonten Zustand 3 a cylinder liner in the finished honed state

Die 1 bis 3 stellen das erfindungsgemäße Verfahren in vereinfachter Form dar, wobei die 2a – c alternative Ausgestaltungen des Einbringens eines Konuses 11 aufzeigen.The 1 to 3 represent the inventive method in a simplified form, wherein the 2a - c alternative embodiments of the introduction of a cone 11 show.

In 1 ist eine unbearbeitete Zylinderlauffläche 2 als Querschnitt dargestellt. Die Zylinderlauffläche 2 teilt sich in einen härteren Bereich 4 und in einen weicheren Bereich 6 auf. Der Übergang 14 zwischen den Bereichen ist in dieser Ausführungsform diskret, es ist jedoch auch ein fließender Übergang denkbar.In 1 is an unprocessed cylinder surface 2 shown as a cross section. The cylinder surface 2 divides into a harder area 4 and in a softer area 6 on. The transition 14 between the regions is discrete in this embodiment, but a smooth transition is also conceivable.

Der härtere Bereich 4 der Zylinderlauffläche 2 wird üblicherweise durch eine Zylinderlaufbuchse dargestellt, die bei spielsweise aus eine übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung besteht. Im vorliegenden Beispiel weist die Legierung einen Siliziumanteil von ca. 25 % auf. Der hohe Siliziumanteil führt zu einer, für Aluminiumlegierungen hohen Härte. Der weichere Bereich 6 besteht im vorliegenden Beispiel aus einer herkömmlichen Aluminium-Druckgusslegierung.The harder area 4 the cylinder surface 2 is usually represented by a cylinder liner, which consists for example of a hypereutectic aluminum-silicon alloy. In the present example, the alloy has a silicon content of about 25%. The high silicon content leads to a high hardness for aluminum alloys. The softer area 6 consists in the present example of a conventional die-cast aluminum alloy.

Die Zylinderlaufbuchse wird gegebenenfalls durch ein, in den Figuren nicht dargestelltes Vordrehen bearbeitet, so dass produktionsbedingt gröbere Bereich der Oberfläche für das folgende Honen geglättet werden.The cylinder liner is optionally through a, not shown in the figures edited pre-turning, so that production-related coarser area the surface for the smoothed following honing become.

In einem folgenden Verfahrensschritt wird eine Honahle 7 mit – in der Regel mehreren – Honsteinen 8 in die Zylinderlaufbuchse 2 eingeführt. Die Honsteine 8 an der Honahle 7 sind bezüglich einer axialen Richtung (Zylindermittelachse) 9 schräg ausgerichtet, so dass ein Konus 11 entlang der Zylinderlauffläche 2 ausgebildet wird. Es ist ebenfalls zweckmäßig, wenn die Honsteine 8 von sich aus bereits eine konische Form aufweisen.In a following process step is a hone 7 with - usually several - honing stones 8th into the cylinder liner 2 introduced. The honing stones 8th at the Honahle 7 are with respect to an axial direction (cylinder center axis) 9 slanted, leaving a cone 11 along the cylinder surface 2 is trained. It is also useful if the honing stones 8th by itself already have a conical shape.

Der Konus 11 weist eine Länge 10 von etwa 100 mm und eine Radiusänderung 12 von etwa 20 μm auf. Es ist somit anzumerken, dass der Konus in den 2a – c und 3 aus Gründen der besseren Veranschaulichung stark übertrieben dargestellt ist.The cone 11 has a length 10 of about 100 mm and a radius change 12 of about 20 microns. It is therefore to be noted that the cone in the 2a - c and 3 is greatly exaggerated for the sake of better illustration.

Die Honahle 7 mit den Honsteinen 8 wird zum einen mit einem Vorschub V entlang der Zylindermittelachse 9 bewegt, zum anderen wird die Honahle 7 um ihre eigene Achse gedreht und zusätzlich wird durch die Honahle 7 eine Rotationsbewegung entlang einer Wand der Zylinderlauffläche 2 beschrieben.The healah 7 with the honing stones 8th is on the one hand with a feed V along the cylinder center axis 9 moved, to the other is the Honahle 7 rotated around its own axis and in addition is by the Honahle 7 a rotational movement along a wall of the cylinder surface 2 described.

Die Honsteine 8, die für das Vorhonen angewendet werden, sind bevorzugt mit Diamanten als Schleifpartikel besetzt. Dabei weisen die Diamanten im Mittel einen größeren Durchmesser auf als die Schleifpartikel, die beim Feinhonen angewendet werden.The honing stones 8th which are used for the pre-honing are preferably occupied with diamonds as abrasive particles. On average, the diamonds have a larger diameter than the abrasive particles used in fine honing.

Während des Vorschubs V der Honahle 7 wird der Honstein 8 über den härteren Bereich 4 der Zylinderlaufbuchse 2 bewegt, dabei wird der Übergang 14 zum weicheren Bereich 6 überschritten. Die groben Schleifpartikel sind dabei derart ausgestaltet, dass sie durch die Aluminiumlegierung im weicheren Bereich 6 nicht verschmiert werden. Die Lebensdauer des Honsteins 8 wird somit nicht erheblich beeinträchtigt.During feed V of the Honahle 7 becomes the honing stone 8th over the harder area 4 the cylinder liner 2 moves, thereby the transition 14 to the softer area 6 exceeded. The coarse abrasive particles are designed such that they by the aluminum alloy in the softer area 6 not smeared. The life of the honing stone 8th is therefore not significantly affected.

Analog zu dem unter 2a beschriebenen Verfahren wird in einer weiteren Ausführungsform nach 2b zur Darstellung des Konuses 11 eine herkömmliche Honahle 7' angewendet, bei der Honsteine 16 weitgehend parallel zur Zylindermittelachse 9 ausgerichtet sind. Der Konus 11 wird in der Art eingebracht, dass der Vorschub V in Richtung des weicheren Bereiches 6 entsprechend verlangsamt wird und/oder die Verweildauer an einem unteren Umkehrpunkt der Honahle 7' entsprechend verlängert wird.Analogous to the under 2a described method is in a further embodiment after 2 B for the representation of the cone 11 a conventional honey 7 ' applied to the honing stones 16 largely parallel to the cylinder center axis 9 are aligned. The cone 11 is introduced in the way that the feed V in the direction of the softer area 6 is slowed down accordingly and / or the residence time at a lower reversal point of the honing 7 ' is extended accordingly.

Zusätzlich ist es möglich, den Anpressdruck P an die Zylinderlauffläche 2 zu erhöhen. Die genannten Maßnahmen bewirken, dass im entsprechenden Bereich der Abtrag erhöht wird. Die Parameter Vorschub V, Verweildauer und Pressdruck P werden durch eine geeignete Steuerung derart eingestellt, dass sich der erfindungsgemäße Konus 11 ausbildet.In addition, it is possible, the contact pressure P to the cylinder surface 2 to increase. The measures mentioned cause the removal in the corresponding area to be increased. The parameters feed V, residence time and pressure P are adjusted by a suitable control such that the cone according to the invention 11 formed.

In einer dritten hier aufgeführten Ausgestaltung der Erfindung nach 2c wird eine Honahle 18 angewendet, die (mindestens) zwei Typen von Honsteinen enthält, die je nach Anforderung heraus und zurück gefahren werden können. Eine der artige Honahle 18 wird auch als doppelaufweitbare Honahle bezeichnet.In a third embodiment of the invention listed here 2c will be a honee 18 which contains (at least) two types of honing stones, which can be driven out and back as required. One of the kind Honahle 18 is also referred to as a double-expandable honing haul.

Die doppelaufweitbare Honahle enthält erfindungsgemäß mindestens einen Satz Honsteine 20 für das Vorhonen und einen Satz Honsteine 22 für das Feinhonen. Somit muss für das – im Weiteren noch beschriebene – Feinhonen die Honahle 18 nicht ausgetauscht werden.The double-expandable honeycomb contains according to the invention at least one set of honing stones 20 for pre-honing and a set of honing stones 22 for fine honing. Thus, for the fine honing - which will be described later - the honing must 18 not be exchanged.

Die doppelaufweitbare Honahle kann für das Vorhonen wahlweise mit einem winklig angestellten Honstein analog zu 2a ausgestattet sein oder sie kann der geeigneten Steuerung nach 2b unterzogen werden. In beiden Fällen wird der Konus 11 dargestellt.The double-expandable Honahle can be used for pre-honing with an honing stone set at an angle 2a be equipped or it may be the appropriate controller after 2 B be subjected. In both cases, the cone is 11 shown.

Im Anschluss der in den 2a – c dargestellten Alternativen wird der härtere Bereich 4 mit einem Feinhonstein 26, 22 auf die gewünschte Toleranz und Oberflächenbeschaffenheit feingehont (3). Nach dem Feinhonen weist die Zylinderlaufbuchse 2 im härteren Bereich 4 die zylindrische (oder je nach Anforderung nahezu zylindrische) Form auf, die für eine optimale Kolbenbewegung notwendig ist.Following in the 2a - c The alternatives presented become the harder area 4 with a fine honing stone 26 . 22 finely honed to the desired tolerance and surface finish ( 3 ). After fine honing, the cylinder liner 2 in the harder area 4 the cylindrical (or nearly cylindrical as needed) shape necessary for optimal piston movement.

Im weicheren Bereich 6 bleibt der Konus 11 erhalten und geht zur Vermeidung einer ungewünschten Stufe in einen Gegenkonus 30 über. Durch den Rest des Konuses 11 und dem Konus 30 wird eine konvex Form 28 im weicheren Bereich 6 gebildet.In the softer area 6 stay the cone 11 received and goes to avoid an undesirable stage in a Gegenkonus 30 about. Through the rest of the cone 11 and the cone 30 becomes a convex shape 28 in the softer area 6 educated.

Diese konvex Form im unteren Bereich der Zylinderlaufbuchse führt zu einer besseren Kolbenführung und zu einer deutlichen Reduzierung der Kolbengeräusche und bietet demnach einen Komfortvorteil im Motorbetrieb.This convex shape in the lower area the cylinder liner leads to a better piston guide and to a significant reduction in the piston noise and therefore offers a comfort advantage in engine operation.

Claims (7)

Verfahren zur Feinbearbeitung einer zylindrischen Innenfläche, insbesondere einer Zylinderlauffläche, wobei die zylindrische Innenfläche mindestens einem Vorhonschritt und einem Feinhonschritt unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die Zylinderlauffläche in axialer Richtung Material verschiedener Härten aufweist, – dass durch den Vorhonschritt ein Konus (11) in der zylindrischen Innenfläche in der Art eingestellt wird, – dass der Konus (11) sich von einem härteren Bereich (4) zu einem weicheren Bereich (6) hin aufweitet und – in dem anschließenden Feinhonschritt der Konus (11) im härteren Bereich (4) wiederum zu einer zylindrischen Innenfläche ausgeglichen wird und – im weicheren Bereich (6) der Konus (11) bestehen bleibt.Method for fine machining a cylindrical inner surface, in particular a cylinder surface, the cylindrical inner surface being subjected to at least one pre-honing step and one fine honing step, characterized in that - the cylinder surface has material of different hardness in the axial direction, - that by the pre-honing step a cone ( 11 ) is adjusted in the cylindrical inner surface in the manner that - the cone ( 11 ) from a harder area ( 4 ) to a softer area ( 6 ) widens and - in the subsequent Feinhonschritt the cone ( 11 ) in the harder range ( 4 ) is in turn compensated to a cylindrical inner surface and - in the softer area ( 6 ) the cone ( 11 ) persists. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (11) der zylindrischen Innenfläche durch einen zu dieser konisch verlaufenden Honstein (8) erzeugt wird.Method according to claim 1, characterized in that the cone ( 11 ) of the cylindrical inner surface by a conically extending honing stone ( 8th ) is produced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (11) durch Einstellung der Honparameter erzeugt wird.Method according to claim 1, characterized in that the cone ( 11 ) is produced by adjusting the honing parameters. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (11) durch die Einstellung eines Vorschubs (V) einer Honahle (7') in axialer Richtung (9) und/oder durch die Einstellung eines Anpressdrucks (P) der Honahle (7') an die zylindrische Innenfläche erzeugt wird.Method according to claim 3, characterized in that the cone ( 11 ) by the adjustment of a feed (V) of a hone ( 7 ' ) in the axial direction ( 9 ) and / or by the adjustment of a contact pressure (P) of the honing hue ( 7 ' ) is generated to the cylindrical inner surface. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Honahle (18) mit unterschiedlichen Typen von Honsteinen (20, 22) eingesetzt wird, die selektiv für den Vorhonschritt oder Feinhonschritt angewendet werden oder die selektiv für unterschiedliche Bereiche (4,6) der zylindrischen Innenfläche angewendet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a honeydew ( 18 ) with different types of honing stones ( 20 . 22 ) which are selectively applied to the pre-honing step or fine honing step, or which are selectively applied to different regions ( 4 . 6 ) of the cylindrical inner surface are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (11) in axialer Richtung (9) über eine Länge (10) von 20 mm bis 200 mm eingebracht wird und über diesen Bereich eine Radiusänderung (12) der zylindrischen Innenfläche von 10 μm bis 100 μm eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cone ( 11 ) in the axial direction ( 9 ) over a length ( 10 ) is inserted from 20 mm to 200 mm and over this range a radius change ( 12 ) of the cylindrical inner surface is adjusted from 10 μm to 100 μm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den weicheren Bereich (6) ein zweiter gegenläufiger Konus (30) eingebracht wird, so dass im weicheren Bereich (6) eine konvexe Form (28) eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the softer area ( 6 ) a second opposing cone ( 30 ) is introduced so that in the softer area ( 6 ) a convex shape ( 28 ) is set.
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