JP2006513872A - Precision machining of cylindrical inner surface - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、軸方向に異なった硬度の材料を有する円筒形内面、特にシリンダの軸受面を精密機械加工する方法に関する。
【解決手段】円筒形内面は精密旋削ステップ、予備ホーニング・ステップ、及び精密ホーニング・ステップを経る。本方法は円錐（１１）が硬い領域（４）から軟らかい領域（６）へと拡がるような方法で、円筒形内面において円錐（１１）が予備ホーニング・ステップにより形成されることを特徴とする。その後の精密ホーニング・ステップにおいて、円錐（１１）は硬い領域（４）内で円筒形内面を形成するために補正され、一方円錐（１１）が軟らかい領域（６）において変わらず保持される。その結果、細かい研磨粒子が、細かいホーニング砥石が軟らかい領域との接触により目詰まりを起こすのを防止する。The present invention relates to a method for precision machining of a cylindrical inner surface, in particular a bearing surface of a cylinder, having materials of different hardness in the axial direction.
A cylindrical inner surface undergoes a precision turning step, a preliminary honing step, and a precision honing step. The method is characterized in that the cone (11) extends from a hard region (4) to a soft region (6), wherein the cone (11) is formed by a preliminary honing step on the cylindrical inner surface. In a subsequent precision honing step, the cone (11) is corrected to form a cylindrical inner surface in the hard region (4), while the cone (11) is held unchanged in the soft region (6). As a result, the fine abrasive particles prevent the fine honing grindstone from becoming clogged due to contact with the soft area.

Description

本発明は請求項１の前段に従った円筒形内面の精密機械加工方法に関する。   The present invention relates to a precision machining method of a cylindrical inner surface according to the first stage of claim 1.

円筒面の精密機械加工、特にシリンダクランクケース内のシリンダ軸受面の精密機械加工は一般的にホーニングにより実現される。この点において、例えば、ホーニング加工された表面の極めて正確な最終寸法を達成可能にする方法について記載した特許文献１のような広範囲の刊行物がある。   Precision machining of a cylindrical surface, in particular precision machining of a cylinder bearing surface in a cylinder crankcase, is generally realized by honing. In this regard, there are a wide range of publications such as, for example, US Pat. No. 6,057,086, which describes a method that allows a very accurate final dimension of a honed surface to be achieved.

特許文献２はシリンダの軸受面がピストンの上死点及び下死点において、これらの領域でのより高度の摩耗条件に耐えることができるように処理される方法について記載している。   U.S. Pat. No. 6,057,031 describes a method in which the bearing surface of a cylinder is treated at the top dead center and bottom dead center of the piston so that it can withstand higher wear conditions in these areas.

しかしながら、既知の先行技術は全体にわたって同じ表面材料を有する面の精密機械加工に限られている。けれどもシリンダの軸受面が異なった材料で形成される状況が生じる可能性がある。これらは例えば、シリンダクランクケースの鋳物材料により形成される軟らかい領域と、シリンダライナにより形成される硬い領域である。   However, the known prior art is limited to precision machining of surfaces having the same surface material throughout. However, situations can arise where the bearing surface of the cylinder is formed of different materials. These are, for example, a soft region formed by the casting material of the cylinder crankcase and a hard region formed by the cylinder liner.

このような場合、精密機械加工、特にホーニングは、使用される機械工具、例えばホーニング砥石が軟らかい材料によって目詰まりし、その結果研磨作用を失うため、とりわけ困難である。
独国特許出願公開第 ４４ ３２ ５１４ Ａ１号明細書 独国特許発明第１９６ ０５ ５８８ Ｃ２号明細書 In such cases, precision machining, in particular honing, is particularly difficult because the machine tools used, for example honing wheels, are clogged with soft materials and consequently lose the polishing action.
German Patent Application Publication No. 44 32 514 A1 German Patent Invention No. 196 05 588 C2 Specification

本発明の目的は、機械工具の稼働寿命が大幅に改善されるような方法で、異なった材料を有する円筒形内面を精密機械加工することにある。   It is an object of the present invention to precision machine cylindrical inner surfaces with different materials in such a way that the service life of the machine tool is greatly improved.

本発明の解決法は請求項１に記載の方法にある。   The solution of the invention resides in the method of claim 1.

請求項１に記載の本発明による方法は、円筒形内面、特に少なくとも１つの軟らかい領域と少なくとも１つの硬い領域を軸方向に有するシリンダライナが、予備ホーニング・ステップ（予備ホーニング）及び精密ホーニング・ステップ（精密ホーニング）によるホーニング・ステップにより精密機械加工されるということにより特徴付けられる。   The method according to the invention as claimed in claim 1, wherein a cylinder liner, in particular a cylinder liner having an axial direction with at least one soft region and at least one hard region, has a preliminary honing step (preliminary honing) and a precision honing step. Characterized by being precision machined by a honing step by (Precision Honing).

これに関連して、ホーニングという用語は表面領域が研磨粒子の作用によって取り除かれるあらゆるタイプの精密機械加工を意味するものと理解されるべきである。これらの研磨粒子は、通常ホーニング工具に固定されるホーニング砥石に結合されている。   In this context, the term honing should be understood to mean any type of precision machining in which the surface area is removed by the action of abrasive particles. These abrasive particles are typically bonded to a honing wheel that is fixed to the honing tool.

本方法では、硬い領域から軟らかい領域に向かって拡がる円錐が予備ホーニングの間、シリンダ軸に沿って形成される。精密ホーニングの間に、この円錐は硬い領域において、仕上げ状態では円筒形の表面が硬い領域で復元されるよう、ほぼ硬い領域と軟らかい領域間の境界まで補正される。円錐は軟らかい領域では保持される。   In this method, a cone that extends from a hard region to a soft region is formed along the cylinder axis during preliminary honing. During precision honing, this cone is corrected in the hard region to the boundary between the hard and soft regions so that in the finished state the cylindrical surface is restored in the hard region. The cone is retained in the soft area.

軟らかい領域と硬い領域の間の境界領域にわたる円錐によって、精密ホーニング砥石の極めて細かい研磨粒子が軟らかい領域の材料により目詰まりを起こすのを防止する。   The cone over the boundary area between the soft and hard areas prevents the fine honing stones of the precision honing wheel from clogging with the soft area material.

本発明の１つの構成において、円錐は円錐形のホーニング砥石又は、円錐の形状に沿って配置されたホーニング砥石によって形成される。円錐形の又は円錐に沿って配置されたホーニング砥石によって、円錐はそれが正確にセットされるように工具により規定されることができる。   In one configuration of the invention, the cone is formed by a conical honing wheel or a honing wheel arranged along the shape of the cone. With a honing grindstone that is conical or arranged along the cone, the cone can be defined by the tool so that it is set correctly.

本発明の別の実施形態において、円錐は従来のホーニング砥石により形成され、ホーニング砥石及びホーニング工具が、進行方向に沿って取り除かれる材料の量が増加しそれにより円錐が形成されるようにプロセス・パラメータによって制御される。   In another embodiment of the present invention, the cone is formed by a conventional honing wheel, and the honing wheel and honing tool are processed to increase the amount of material removed along the direction of travel, thereby forming a cone. Controlled by parameters.

円錐の形成に最も大きな影響を有するプロセス・パラメータは、シリンダ軸に沿ったホーニング工具の進む速度、及びホーニング工具の円筒形内面に対する接触圧力である。   The process parameters that have the greatest influence on the formation of the cone are the speed of advance of the honing tool along the cylinder axis and the contact pressure against the cylindrical inner surface of the honing tool.

本発明の更なる構成において、複数のタイプのホーニング砥石が１つのホーニング工具に配置され、それぞれ適切な用途（例えば、予備ホーニング又は精密ホーニング）に応じて前進又は後退が可能である。   In a further configuration of the invention, multiple types of honing wheels are placed on one honing tool, each capable of being advanced or retracted depending on the appropriate application (eg pre-honing or precision honing).

本発明によるシリンダの軸受面に沿って形成される円錐は一般的に１０μｍ〜１００μｍの小さな半径変化を有する。この半径変化は円筒形内面に沿って２０ｍｍ〜２００ｍｍの長さにわたる。   The cone formed along the bearing surface of the cylinder according to the invention generally has a small radius variation of 10 μm to 100 μm. This radius change ranges from 20 mm to 200 mm along the cylindrical inner surface.

軟らかい領域における別々のステップを避けるため、円錐は反対向きの円錐に開くことができ、それは軟らかい領域において凹面形状をもたらす。凹面形状はエンジンの運転時に騒音の削減に貢献する。   In order to avoid separate steps in the soft area, the cone can be opened to the opposite cone, which results in a concave shape in the soft area. The concave shape contributes to noise reduction during engine operation.

本発明の好適な実施形態は図面を参照してより詳細に説明される。   Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図１〜３は本発明による方法を単純化した形で示し、図２ａ〜ｃは円錐１１の形成のための別の構成を示す。   1-3 show the method according to the invention in a simplified form, and FIGS. 2a-c show an alternative arrangement for the formation of the cone 11. FIG.

図１は機械加工されていないシリンダの軸受面２の断面図を示す。シリンダの軸受面２は硬い領域４及び軟らかい領域６に分けられる。それらの領域間の遷移部１４は本実施形態では不連続であるが、緩やかな遷移もまた考えられる。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a bearing surface 2 of an unmachined cylinder. The cylinder bearing surface 2 is divided into a hard region 4 and a soft region 6. The transition part 14 between these regions is discontinuous in this embodiment, but a gradual transition is also conceivable.

シリンダの軸受面２の硬い領域４は通常、例えば過共晶アルミ−シリコン合金からなるシリンダライナにより形成される。本例において、上記合金は約２５％のシリコン含有量を有する。高いシリコン含有量はアルミ合金に高い硬度をもたらす。本例では、軟らかい領域６は従来のアルミダイカスト合金からなる。   The hard region 4 of the cylinder bearing surface 2 is usually formed by a cylinder liner made of, for example, a hypereutectic aluminum-silicon alloy. In this example, the alloy has a silicon content of about 25%. High silicon content results in high hardness in the aluminum alloy. In this example, the soft region 6 is made of a conventional aluminum die cast alloy.

適切な場合、シリンダライナは予備旋削（図示せず）により機械加工され、そのため、製作条件により生じる表面の比較的粗い領域がその後のホーニング作業用に滑らかにされる。   Where appropriate, the cylinder liner is machined by pre-turning (not shown) so that the relatively rough areas of the surface resulting from the production conditions are smoothed for subsequent honing operations.

その後の工程段階において、通常は複数の、ホーニング砥石８を有するホーニング工具７がシリンダライナ２内へ導入される。ホーニング工具７上のホーニング砥石８は、円錐１１がシリンダの軸受面２に沿って形成されるように、軸方向（シリンダ中心軸）９に対して斜めに配置される。ホーニング砥石８がすでに円錐形状をしていると好都合である。   In subsequent process steps, usually a plurality of honing tools 7 having a honing grindstone 8 are introduced into the cylinder liner 2. The honing grindstone 8 on the honing tool 7 is disposed obliquely with respect to the axial direction (cylinder central axis) 9 so that the cone 11 is formed along the bearing surface 2 of the cylinder. It is advantageous if the honing grindstone 8 is already conical.

円錐１１の長さ１０は約１００ｍｍで、その半径変化１２は約２０μｍである。それゆえ図２ａ〜ｃ及び図３に示される円錐は、図面の明確さを改善するため非常に誇張して例示されていることに留意されたい。   The length 10 of the cone 11 is about 100 mm, and its radius change 12 is about 20 μm. Therefore, it should be noted that the cones shown in FIGS. 2a-c and FIG. 3 are illustrated very exaggerated to improve the clarity of the drawings.

ホーニング砥石８を有するホーニング工具７は最初にシリンダ中心軸９に沿って進み量Ｖだけ移動し、自身の軸まわりに回転し、更にホーニング工具７はシリンダの軸受面２の壁に沿って回転運動を描く。   The honing tool 7 with the honing grindstone 8 is first moved along the cylinder central axis 9 by an amount of advance V and rotated around its own axis, and the honing tool 7 is rotationally moved along the wall of the bearing surface 2 of the cylinder. Draw.

予備ホーニング用に用いられるホーニング砥石８は研磨粒子としてダイヤモンドで覆われていることが好ましい。そのダイヤモンドは精密ホーニングに使用される研磨粒子よりも大きい平均直径を有する。   The honing grindstone 8 used for preliminary honing is preferably covered with diamond as abrasive particles. The diamond has a larger average diameter than the abrasive particles used for precision honing.

ホーニング工具７の進み量Ｖの間、ホーニング砥石８はシリンダライナ２の硬い領域４を移動し、遷移部１４を越えて軟らかい領域６に行く。粗い研磨粒子は軟らかい領域６においてアルミ合金で目詰まりを起こさないように構成される。その結果、ホーニング砥石８の稼働寿命は著しい程度の悪影響は受けない。   During the advance amount V of the honing tool 7, the honing grindstone 8 moves in the hard region 4 of the cylinder liner 2 and goes to the soft region 6 beyond the transition portion 14. Coarse abrasive particles are configured so as not to be clogged with the aluminum alloy in the soft region 6. As a result, the service life of the honing grindstone 8 is not significantly affected.

図２ａに関して述べられた方法と同じように、図２ｂに示す更なる実施形態においてホーニング砥石１６がシリンダ中心軸９にほぼ平行に配置されている従来のホーニング工具７’が、円錐１１を形成するように用いられる。円錐１１は、軟らかい領域６の方向への進み量Ｖが適切に減速され、及び／又はホーニング工具７’の下部転回点での滞留時間が適切に延長されるように形成される。   Similar to the method described with respect to FIG. 2 a, a conventional honing tool 7 ′ in which the honing wheel 16 is arranged substantially parallel to the cylinder central axis 9 in the further embodiment shown in FIG. Used as follows. The cone 11 is formed so that the advance amount V in the direction of the soft region 6 is appropriately decelerated and / or the residence time at the lower turning point of the honing tool 7 'is appropriately extended.

更に、シリンダの軸受面２に対する接触圧力Ｐを増加させることが可能である。上記の方策は対応する領域で、取り除かれる材料の量の増加を生じる。進み量Ｖ、滞留時間、及び接触圧力Ｐのパラメータは、本発明による円錐１１を形成するように適切な制御装置により調整される。   Furthermore, the contact pressure P against the bearing surface 2 of the cylinder can be increased. The above strategy results in an increase in the amount of material removed in the corresponding area. The parameters of advance amount V, residence time, and contact pressure P are adjusted by a suitable control device so as to form a cone 11 according to the invention.

図２ｃに示される、ここで記載されている本発明の第三の構成においては、（少なくとも）２つのタイプのホーニング砥石を含むホーニング工具１８が使用され、これらのホーニング砥石は必要に応じて前進及び後退が可能である。このタイプのホーニング工具１８はまたダブル拡張式ホーニング工具とも呼ばれる。   In the third configuration of the invention described herein, shown in FIG. 2c, a honing tool 18 comprising (at least) two types of honing stones is used, these honing stones being advanced as needed. And retreat is possible. This type of honing tool 18 is also referred to as a double expansion honing tool.

本発明によるダブル拡張式ホーニング工具は、少なくとも１組の予備ホーニング用ホーニング砥石２０及び精密ホーニング用のホーニング砥石２２を含む。従って、より詳細は以下に記載されるが、精密ホーニングのためにホーニング工具１８を交換する必要がなくなる。   The double expandable honing tool according to the present invention includes at least one set of pre-honing honing grindstone 20 and precision honing grindstone 22. Thus, as will be described in more detail below, it is not necessary to replace the honing tool 18 for precision honing.

予備ホーニングのために、ダブル拡張式ホーニング工具は図２ａに示す角度でセットされたホーニング砥石を任意に備えるか、又は図２ｂに示す適切な制御を受けてもよい。円錐１１は両方の場合において形成される。   For pre-honing, the double expandable honing tool may optionally include a honing wheel set at the angle shown in FIG. 2a, or may receive appropriate control as shown in FIG. 2b. The cone 11 is formed in both cases.

図２ａ〜ｃに示される代替例に従って、硬い領域４は精密ホーニング用砥石２６、２２を用いて所望の公差と表面状態に精密ホーニングされる（図３）。精密ホーニングの後、硬い領域４におけるシリンダライナ２は、最適なピストン運動に必要なため円筒形（又は特定の要件によって実質的に円筒形）である。   In accordance with the alternative shown in FIGS. 2a-c, the hard region 4 is precision honed to the desired tolerance and surface condition using precision honing stones 26, 22 (FIG. 3). After precision honing, the cylinder liner 2 in the hard region 4 is cylindrical (or substantially cylindrical depending on specific requirements) as required for optimal piston movement.

円錐１１は軟らかい領域６において保持され、不必要な段差を避けるため反対向きの円錐３０へ移行する。円錐１１及び円錐３０の残りの部分は軟らかい領域６において凹面形状２８を形成する。   The cone 11 is held in the soft region 6 and transitions to the opposite cone 30 to avoid unnecessary steps. The remaining part of the cone 11 and the cone 30 forms a concave shape 28 in the soft region 6.

シリンダライナの下方領域におけるこの凹面形状は、より良いピストンのガイド及び大幅なピストンの騒音低減をもたらし、従ってエンジン運転時の快適性を改善する。   This concave shape in the lower region of the cylinder liner results in better piston guidance and significant piston noise reduction, thus improving comfort during engine operation.

硬い領域（上端部）及び軟らかい領域（下側）を有する機械加工前のシリンダライナの断面図を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a cylinder liner before machining with a hard region (upper end) and a soft region (lower side). 円錐状に配置されたホーニング砥石を用いる予備ホーニングを示す。Fig. 3 shows a preliminary honing using a honing wheel arranged in a cone. 直線のホーニング砥石を用いる予備ホーニングを示す図である。It is a figure which shows the preliminary | backup honing using a linear honing grindstone. ２つのタイプのホーニング砥石を備えたホーニング工具を用いる予備ホーニングを示す図である。FIG. 6 shows preliminary honing using a honing tool with two types of honing wheels. 仕上げホーニングされた状態のシリンダライナを示す図である。It is a figure which shows the cylinder liner of the state honed.

Claims (7)

円筒形内面、特にシリンダの軸受面を精密機械加工する方法であって、前記円筒形内面が少なくとも１つの予備ホーニング・ステップ及び精密ホーニング・ステップを経る方法であり、
前記シリンダの軸受面が軸方向に異なった硬度の材料を有し、
前記予備ホーニング・ステップが、円錐（１１）が硬い領域（４）から軟らかい領域（６）に向かって拡がるように、前記円筒形内面において前記円錐（１１）を形成し、
その後の前記精密ホーニング・ステップにおいて、前記円錐（１１）が前記硬い領域（４）内で再度円筒形内面を形成するように補正され、
前記円錐（１１）が前記軟らかい領域（６）において保持される
ことを特徴とする円筒形内面の精密機械加工方法。 A method of precision machining a cylindrical inner surface, in particular a bearing surface of a cylinder, wherein the cylindrical inner surface undergoes at least one preliminary honing step and a precision honing step;
The bearing surface of the cylinder has materials with different hardness in the axial direction;
The preliminary honing step forms the cone (11) on the cylindrical inner surface such that the cone (11) extends from a hard region (4) towards a soft region (6);
In the subsequent precision honing step, the cone (11) is corrected to again form a cylindrical inner surface in the hard region (4);
A method of precision machining of a cylindrical inner surface, characterized in that the cone (11) is held in the soft region (6). 前記円筒形内面の円錐（１１）が前記内面に対して円錐状に移動するホーニング砥石（８）により形成されることを特徴とする請求項１に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   The method for precision machining of a cylindrical inner surface according to claim 1, characterized in that the cone (11) of the cylindrical inner surface is formed by a honing grindstone (8) that moves conically with respect to the inner surface. 前記円錐（１１）がホーニング・パラメータの調整により形成されることを特徴とする請求項１に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   2. A method of precision machining of a cylindrical inner surface according to claim 1, wherein the cone (11) is formed by adjusting a honing parameter. 前記円錐（１１）が、軸方向（９）へのホーニング工具（７’）の進み量（Ｖ）の調整及び、又は前記円筒形内面に対する前記ホーニング工具（７’）の接触圧力（Ｐ）の調整により形成されることを特徴とする請求項３に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   The cone (11) adjusts the advance amount (V) of the honing tool (7 ') in the axial direction (9) and / or the contact pressure (P) of the honing tool (7') against the cylindrical inner surface. 4. The method of precision machining of a cylindrical inner surface according to claim 3, wherein the method is formed by adjustment. ホーニング工具（１８）が、前記予備ホーニング・ステップ又は精密ホーニング・ステップ用に選択的に配置される、又は前記円筒形内面の異なった領域（４、６）用に選択的に配置される、異なったタイプのホーニング砥石（２０、２２）とともに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   Different honing tools (18) are selectively arranged for the pre-honing step or the fine honing step or are selectively arranged for different areas (4, 6) of the cylindrical inner surface 5. A precision machining method for a cylindrical inner surface according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is used together with another type of honing grindstone (20, 22). 前記円錐（１１）が軸方向（９）に２０ｍｍ〜２００ｍｍの長さ（１０）にわたり形成され、及び前記円筒形内面の１０μｍ〜１００μｍの半径変化（１２）がこの領域にわたって形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   The cone (11) is formed in the axial direction (9) over a length (10) of 20 mm to 200 mm, and a radius change (12) of 10 μm to 100 μm of the cylindrical inner surface is formed over this region. A method for precision machining of a cylindrical inner surface according to any one of claims 1 to 5. 凹面形状（２８）が前記軟らかい領域（６）において形成されるように、第二の反対向きの円錐（３０）が前記軟らかい領域（６）に形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の円筒形内面の精密機械加工方法。   The second opposite cone (30) is formed in the soft region (6) so that a concave shape (28) is formed in the soft region (6). A method for precision machining of a cylindrical inner surface according to any one of the above.
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