KR20150132548A - 호닝 방법 및 호닝 툴 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 호닝 작업의 도움으로 작업편에서 보어의 내부 표면을 기계 가공하기 위한 호닝 방법에서, 호닝 작업 중에 확장 가능한 호닝 툴은 보어의 축방향으로 왕복 운동을 발생시키도록 보어 내에서 위아래로 이동되고 동시에 왕복 운동에 겹치는 회전 운동을 발생시키도록 회전된다. 방법에서, 보틀-형상의 보어가 제조되고, 상기 보어는 보어 유입구 다음에 제 1 직경을 구비한 제 1 보어 섹션, 보어 유입구로부터 떨어진 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 구비한 제 2 보어 섹션, 및 제 1 보어 섹션과 제 2 보어 섹션 사이에서 제 1 직경으로부터 제 2 직경으로의 연속적인 전이부를 구비한 전이 섹션을 갖는다. 이 경우에, 적어도 하나의 호닝 작업 중에, 툴 본체의 원주 주위에 분포되고 원주 방향으로 넓고 축방향으로 협소한 호닝 세그먼트들로 형성된 복수의 방사상으로 조정 가능한 커팅-재료 본체들을 구비한 적어도 하나의 환형의 커팅 유닛 (220) 을 갖는 환형의 툴 (200) 이 사용되고, 축방향으로 측정된 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 원주 방향으로 측정된 폭보다 작고 커팅-재료 본체들이 제공된 커팅 영역의 축방향 길이는 호닝 툴의 유효 외측 직경보다 작다. 방법은피스톤 머신들을 왕복 운동시키기 위한 실린더 블록들 또는 실린더 라이너들의 제조에서 실린더 진행 표면들을 호닝하는 데 특히 적절하다.
Description
본 발명은 제 1 항의 서문에 따른 적어도 하나의 호닝 작업의 도움으로 작업편에서 보어의 내부 표면을 기계 가공하기 위한 호닝 방법, 및 제 6 항의 서문에 따른 호닝 방법을 실행하기 위해 사용 가능한 호닝 툴에 관한 것이다. 바람직한 사용 분야는 피스톤 엔진들을 왕복 운동시키기 위한 실린더 블록들 또는 실린더 라이너들의 제조 중에 실린더 면들의 호닝의 분야이다.
내연 엔진들 또는 다른 왕복 운동 피스톤 엔진들의 실린더 블록들 (실린더 크랭크 케이스들) 또는 실린더 라이너들에서 실린더 면들은 작동 중에 심각한 마찰학적 응력에 노출된다. 실린더 블록들 또는 실린더 라이너들의 제조 중에, 상기 실린더 면들은 그 결과 윤활유 필름에 의한 충분한 윤활이 그 후에 모든 작동 조건들 하에서 보장되고 서로에 대해 이동하는 부분들 사이에 마찰 저항성이 가능한 낮게 유지되는 방식으로 기계 가공되어야만 한다.
그러한 마찰학적으로 응력을 받을 수 있는 내부 표면들의 품질을 결정하는 마무리-기계 가공은 일반적으로 전형적으로 복수의 연속적인 호닝 작업들을 포함하는 적절한 호닝 방법들로써 행해진다. 호닝은 기하학적 형상으로 규정되지 않은 커팅 에지들을 사용하는 커팅 프로세스이다. 호닝 작업 중에, 확장 가능한 호닝 툴은 왕복 운동 진동수로 보어의 축방향으로 왕복 운동을 발생시키도록 기계 가공될 보어 내에서 위아래로 또는 전후로 이동되고 동시에 왕복 운동과 조합된 회전 진동수를 갖는 회전 운동을 발생시키도록 회전된다. 호닝 툴에 부착된 커팅 재료 본체들은 툴 축선에 대해 방사상으로 작용하는 인피드력 (infeed force) 을 갖는 인피드 시스템에 의해 기계 가공될 내부 표면에 대해 가압된다. 호닝 중에, 호닝 기계 가공에서 전형적이고 또한 "호닝 그루브들" 로서 칭해지는 교차하는 마무리 마크들을 갖는 크로스 그라인딩 (cross-grinding) 패턴이 내부 표면 상에 생성된다.
엔진의 경제성 및 환경 친화성에 대해 요구 조건이 증가함에 따라, 피스톤/피스톤 링들, 실린더 면의 마찰학적 시스템의 최적화는 낮은 레벨의 마찰, 낮은 레벨의 마모 및 낮은 오일 소비를 달성하도록 특히 중요하다. 피스톤 그룹의 마찰 부분은 최대 35% 까지일 수 있고, 그 결과 이러한 영역에서의 마찰의 감소는 바람직하다.
엔진의 기계식 손실들을 감소시키기 위한 상이한 접근법들이 연구되고 있다. 이들은 그 중에서도, 용사된 (thermally sprayed) 실린더 면들의 사용, 코팅된 피스톤 링들의 사용, 특히 최적화된 호닝 표면들의 개발 등을 포함한다.
마찰 및 마모를 감소시키기 위해 더욱 더 중요하게 여겨지는 기술은 조립 중에 및/또는 작동 중에 엔진 블록 (실린더 크랭크 케이스) 의 변형들 또는 실린더 왜곡들의 회피 또는 감소에 관한 것이다. 종래의 호닝 기계 가공 후에, 실린더 보어는 전형적으로 가능한 작게, 예를 들면 이상적인 원형의-실린더 형상으로부터 최대 몇 마이크로미터로 벗어난 보어 형상을 갖도록 의도된다. 그러나, 엔진의 작동 중에 또는 조립 중에, 최대 백분의 몇 밀리미터에 달하고 엔진의 성능을 감소시킬 수 있는 현저한 형상 에러들이 발생되는 것이 가능하다. 왜곡들 또는 변형들의 원인들은 다양하다. 원인들은 정적 또는 실제적으로 정적 열 및/또는 기계적 부하들 또는 동적 부하들을 포함할 수 있다. 실린더 블록들의 구성 및 디자인은 또한 변형 경향에 영향을 준다. 피스톤 링 패키지의 밀봉 기능은 제어를 어렵게 할 수 있는 그러한 변형에 의해 전형적으로 보다 악화되고, 그 결과로서 블로우 바이 (blow by), 오일 소비 및 또한 마찰은 증가될 수 있다.
조립 중에 또는 소정 작동 상태들에서 왜곡들로 인한 문제점들을 감소시키도록 예를 들면, DE 28 10 322 C2 에서 그 후의 변형이 실린더 헤드에 의해 시뮬레이팅되는 방식으로 호닝 기계 가공을 위해 엔진 블록을 변형시키는 인장 디바이스를 사용하는 것이 제안되어 있다. 조립 후에 시간이 지난 상태에 상응하는 브레이싱된 상태에서, 이때 호닝 기계 가공은 조립 후에 또한 다시 세팅되도록 의도된 원형-원통형 보어 형상을 제조하도록 행해진다.
기계 가공 중에 실린더 왜곡들 (네거티브 형상의 에러를 생성) 을 인버팅함으로써 조립 후에 또는 엔진의 작동 상태에서 이상적인 형상의 제조를 보장하거나 이상적인 형상의 제조에 가깝도록 의도된 또 다른 기술은 형상 호닝 (shape honing) 으로서 칭해진다. 원형의-실린더 형상, 예를 들면 클로버 잎 형상으로부터 규정된 방식에서 벗어난 보어 형상은 여기서 호닝에 의해 비브레이싱된 작업편 상에 생성된다. 그러한 보어 형상들은 실린더 블록의 변형들이 일반적으로 또한 대칭적이지 않기 때문에 일반적으로 비대칭적이다. 작업 상태에서, 가능한 이상적인 원형의-실린더 형상은 피스톤 링 패키지가 보어의 전체 원주에 걸쳐 양호한 밀봉을 제공할 수 있게 제조되도록 의도된다. 형상 호닝의 다양한 변형예들은, 예를 들면, EP 1 790 435 B1 에서 그리고 그에 언급된 종래 기술 분야에서 설명된다.
본 발명의 과제는 논의되고 있는 타입의 호닝 방법 및 상기 호닝 방법을 실행하기 위해 사용될 수 있는 호닝 툴을 제공하는 것이고, 상기 호닝 방법 및 호닝 툴은 마찰 손실들, 오일 소비 및 블로우 바이의 관점에서 개선된 특징들을 갖는 왕복 운동하는 피스톤 엔진들을 제조하는 것을 가능하게 한다.
이러한 과제를 해결하도록, 본 발명은 제 1 항의 특징들을 갖는 호닝 방법을 제공한다. 더욱이, 호닝 방법의 범위 내에서 사용될 수 있는 제 6 항의 특징들을 갖는 호닝 툴이 제공된다.
유리한 개선예들은 종속항들에서 구체화된다. 모든 청구항들의 특징들은 본 발명의 설명의 내용을 참조하여 제공된다.
호닝 방법에서, 보틀-형상의 보어, 즉 보틀 형상을 갖는 보어가 제조된다. "보틀-형상의 보어" 는 보어 유입구 바로 다음에, 제 1 직경을 구비한 제 1 보어 섹션, 보어 유입구로부터 떨어진 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 구비한 제 2 보어 섹션, 및 제 1 보어 섹션과 제 2 보어 섹션 사이에서 제 1 직경으로부터 제 2 직경으로의 연속적인 전이부를 갖는 전이 섹션을 갖는다. 제 1 보어 섹션 및 제 2 보어 섹션은 일반적으로 원형-원통형 기본 형상을 갖고 서로에 대해 동축방향으로 놓인다. 전이 섹션은 부분적으로 원뿔형으로 형성될 수 있고 각각의 경우에 적절한 반경들을 갖는 인접한 보어 섹션들 내에서 외부 보어 섹션들을 마주보는 그 단부들에서 통합될 수 있다.
적절한 구성의 보틀-형상의 매크로 형상으로 주어진다면, 실질적인 이점들이 마찰의 감소, 감소된 블로우 바이 및 감소된 오일 소비에 대해 획득될 수 있다. 더욱이, 작동 중에 피스톤 링 패키지의 마모 저항성에서의 개선들 및 노이즈 생성에서 포지티브 영향들이 발생될 수 있다. 내연 엔진에서의 연소의 실질적인 부분은 보어 유입구에 근접한 비교적 협소한 제 1 보어 섹션, 즉 "보틀 넥" 에서 발생된다. 이러한 섹션으로의 가능한 많은 오일의 제공은 방출 및 오일 소비 문제점들을 발생시킬 수 있다. 이러한 보다 협소한 제 1 보어 섹션에서, 피스톤 링들의 환형의 패키지는 비교적 높은 에지 응력으로 인해 그 종래의 기능들 (특히 연소 가스들에 대한 밀봉 및 리턴 이동에서 오일 필름의 벗김) 을 용이하게 실행할 수 있다. 연소의 압력파들에 의해, 피스톤은 제 1 보어 섹션에서 가속되고 점진적으로 증가하는 직경을 갖는 전이 섹션에 이른다. 전이 섹션에서, 피스톤 링 인장 응력은 증가하는 직경에 의해 감소된다. 그러나, 상당한 피스톤 속도가 여기서 이미 발생되고 실린더 공간에서의 내부 압력이 감소되기 때문에, 블로우 바이, 오일 소비 값 및 엔진 노이즈 방출에는 부정적인 영향을 주지 않는다. 전이 섹션과 인접한 제 1 및 제 2 보어 섹션들 사이에 적절한 반경들에 의해, 피스톤 링들의 부드로운 진입 및 진출이 전이 섹션에서 달성될 수 있고, 그 결과 링 마모 또는 엔진 시저들 (seizures) 이 회피된다. 하향으로의 이동에서, 전이 섹션을 통과한 후에 환형의 패키지는 제 2 보어 섹션 내로 진입할 시에 그 가장 낮은 인장 응력에 이르고, 그 결과 마찰 손실은 피스톤이 그 최대 속도에 이르는 지점에서 자동적으로 감소된다.
사용을 위해 최적인 표면 구조를 갖는 보틀-형상의 보어를 제조하는 호닝 방법의 내용 안에서, 적어도 하나의 호닝 작업 중에 이러한 목적을 위해 특히 적절하고 또한 여기서 그 구성으로 인해 "환형의 툴"로서 칭해지는 호닝 툴이 사용된다. 본 출원의 내용 안에서 "환형의 툴" 은 호닝 툴의 툴 본체의 원주 주위에 분포되고 호닝 툴의 원주 방향으로 비교적 넓고 호닝 툴의 축방향으로 비교적 협소한 호닝 세그먼트들로 구성된 세개 이상의 방사상으로 인피드 가능한 커팅 재료 본체들을 구비한 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹을 갖는다. 호닝 툴의 축방향으로 측정된 바와 같이 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 여기서 원주 방향에서 측정된 폭보다 작고 커팅 재료 본체들이 구비된 커팅 영역의 축방향 길이는 호닝 툴의 유효 외측 직경보다 작다.
적어도 세개의 호닝 세그먼트들이 제공된다면, 기계 가공력들은 방사상 인피딩으로 인해 유용한 호닝 툴의 전체 유효 외측 직경 영역에 걸쳐 용이하게 그리고 원주에 걸쳐 비교적 균일하게 분포될 수 있다. 예를 들면, 동일한 또는 상이한 원주 폭의 정확하게 세개의, 정확하게 네개의, 정확하게 다섯개의 또는 정확하게 여섯개의 호닝 세그먼트들이 커팅 그룹에 제공될 수 있다. 커팅 그룹 내에 여섯개보다 많은 호닝 세그먼트들이 가능하지만, 이들은 구성을 보다 복잡하게 만들고 일반적으로 바람직하지 않다. 몇몇 케이스들에서, 선택적으로 호닝 툴이 두개의 호닝 세그먼트들만을 갖는다면 충분할 수 있다.
방사상 인피딩 능력 (인피딩 중에 방사상 방향으로 호닝 세그먼트들의 변위) 에 의해 달성될 수 있는 결과는 커팅 재료 본체와 보어 내부 표면 사이에 맞물림 조건들이 직경 설정에 관계없이 실제적으로 일정하게 유지된다는 점이다. 비균일한 마모는 방사상 인피딩 중에 커팅 재료 본체들의 틸팅을 회피함으로써 회피된다.
상기 방법은 달성될 수 있는 표면 품질에, 특히 상이한 보어 섹션들에 걸쳐 표면 품질의 균일성에 대해 개별적으로 그리고 조합되어 긍정적인 영향을 줄 수 있다.
호닝 세그먼트들의 축방향 길이는, 예를 들면 호닝 툴의 유효 외측 직경의 30% 보다 작을 수 있고, 특히 상기 외측 직경의 10% 내지 20% 일 수 있다. 승용차들 또는 트럭들용의 엔진 블록들에서 전형적인 실린더 보어들을 기계 가공하기 위한 환형의 툴들의 경우에, 축방향 길이는, 예를 들면 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 의 범위 내일 수 있다. 기계 가공될 보어의 보어 길이에 기초하여, 축방향 길이는 전형적으로 상기 보어 길이의 10% 보다 작다. 상한들이 현저하게 초과된다면, 윤곽들의 축방향 추종 또는 윤곽들의 생성의 가능성은 일반적으로 악영향을 받는다. 뿐만 아니라, 작은 축방향 길이들은 기계 가공을 위해 충분한 표면 압력을 생성하는 데 유리하다. 다른 한편으로, 축방향으로 최소 길이는 보어 단부들을 기계 가공하기 위해 호닝 오버런을 허용하고 호닝 툴의 틸팅 경향을 제한하는 데 유리하다.
이러한 타입의 환형의 툴은, 호닝된 보어에서 작은 형상 에러들을 획득하도록, 축방향으로 비교적 길지만, 원주 방향으로 비교적 협소한 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴들을 사용해야만 한다는 사실에 기초된 종래의 개념들의 반대의 호닝 툴의 구성으로 구성된다. 환형의 툴은 보틀-형상의 보어 형상들 또는 일반적으로 축방향으로 현저하게 변하는 보어 직경을 갖는 보어 형상들의 기계 가공에 특히 용이하게 적용된다. 환형의 커팅 그룹에서, 커팅 재료 (적절한 그레인 사이즈, 밀도 및 경도의 결합된 커팅 그레인들) 는 축방향으로 비교적 협소한 링에 집중되고, 전형적으로 환형의 커팅 그룹의 원주의 반보다 많은 부분은 커팅 수단으로 점유되고 따라서 재료의 제거에 효과적으로 기여한다.
호닝 툴의 유효 외측 직경과 비교하여, 하나 이상의 환형의 커팅 그룹들이 놓여지는 커팅 영역은 축방향으로 짧거나 또는 협소하고, 그 결과로서 축방향으로 진행하는 윤곽의 추종 및/또는 생성이 가능하다.
종래의 호닝 스틱들과 비교하여, 환형의 커팅 그룹은 종래의 호닝 툴의 비교적 협소한 축방향 섹션에서보다 환형의 커팅 그룹에 의해 커버된 축방향 섹션에서의 보어 내부 표면과 커팅 재료 본체들 사이에서 실질적으로 보다 큰 접촉 표면이 존재한다는 점에서 특징을 갖는다. 몇몇 실시형태들에서, 환형의 커팅 그룹에 있어서, 호닝 툴의 원주의 60% 보다 많은 부분, 가능하게 심지어 호닝 툴의 원주의 70% 보다 많거나 또는 80% 보다 많은 부분이 커팅 수단으로써 점유된다.
커팅 그룹은 바람직하게 커팅 그룹이 툴 본체의 스핀들-리모트 반부에만 위치되는 방식으로 툴 본체의 스핀들-리모트 단부에 근접하게 배열된다. 복수의 환형의 커팅 그룹들이 제공된다면, 이러한 조건은 모든 커팅 그룹들에 적용될 수 있다. 스핀들-리모트 단부에 근접한 배열은 그 중에서도, 매우 작은 호닝 오버런을 갖는 기계 가공 작업들을 허용한다.
호닝 기계 가공 중에, 보어 내에 호닝 툴의 스트로크 포지션은 환형의 커팅 그룹의 스트로크 포지션의 함수로서 압착 (press-on) 압력 또는 인피드력을, 높은 국소적 분석 (resolution) 에 의해 사전 결정하도록 지시 변수 (command variable) 로서 사용될 수 있다. 그 결과로서, 인피드 가능한 환형의 커팅 그룹의 도움으로써, 축방향으로 가변적인 윤곽을 갖는 보어를 생성하고 또는 다르게 원치 않는 접촉 압력 피크들 없이 앞서 이미 생성된, 축방향으로 변하는 윤곽을 추종하는 것이 가능하다. 환형의 툴이 사용될 때에, 작업은 실질적으로 동일한 오버랩으로 보어의 모든 축방향 영역들에서 실행될 수 있어서, 필요시에 매우 균일한 거칠기 이미지들 또는 표면 구조들이 생성될 수 있다. 환형의 툴이 사용될 때에, 작업은 선택적으로 또한 커팅 본체들의 비균일한 마모를 갖는 문제점들이 발생되지 않고 보어의 축방향 단부들에서 매우 작은 호닝 오버런으로써 실행될 수 있다.
작업은 바람직하게 전기 기계식 커팅 그룹 인피드 시스템으로써 실행된다. 유압 확장부와 대조적으로, 이로써 인피드 경로 (경로 제어) 의 정밀한 사전 결정이 가능하고, 그 결과로서 축방향 윤곽은 구체적인 방식으로 생성될 수 있고 및/또는 사전 결정된 축방향 윤곽은 정확하게 추종될 수 있다.
직경 측정 시스템의 하나 이상의 센서들은 호닝 툴 상에 배열될 수 있고, 그 결과 프로세스 중에 (in-process) 직경 측정이 가능하다. 예를 들면, 공압의 직경 측정 시스템의 측정 노즐들은 각각의 경우에 인접한 호닝 세그먼트들 사이에 툴 본체에 부착될 수 있다. 이로써, 달성될 수 있는 보어 윤곽들의 정밀도는 개선될 수 있다.
환형의 툴의 사용에 의해, 커팅 재료 본체들의 균일한 마모 및 보어의 매우 양호한 형상 값들 및 균일한 표면 거칠기들이 환형의 커팅 그룹의 전체 표면 수명에 걸쳐 보장된다.
사용자가 실행될 기계 가공 과제에 따라 선택할 수 있는 상이한 구성들의 환형의 툴들이 가능하다.
몇몇 실시형태들에서, 환형의 툴은 단일한 환형의 커팅 그룹을 갖고, 상기 일한 환형의 커팅 그룹의 호닝 세그먼트들은 방사상으로 인피딩될 수 있거나 또는 단일한 공통된 인피드 시스템을 통해 다시 당겨질 수 있다. 환형의 커팅 그룹은 전형적으로 호닝 툴의 원주에 걸쳐 균일하게 또는 비균일하게 분포된 세개 이상의, 일반적으로 여섯개보다 많지 않은, 호닝 세그먼트들을 갖는다. 단일한 환형의 커팅 그룹은 바람직하게 툴 본체의 스핀들-리모트 자유 단부에 근접하게, 예를 들면 스핀들-리모트 단부측과 동일한 높이로 배열된다. 이러한 타입의 구성들은 감소된 호닝 오버런을 갖는 실린더 보어들을 기계 가공하기 위해 특히 매우 적절하다. 기계 가공에서 이러한 타입의 제한들은, 예를 들면 블라인드 홀 보어들의 경우에 또는 모노 블록 엔진들 또는 V 엔진들용의 엔진 블록들에서 실린더 보어들의 경우에 발생된다.
또한 환형의 커팅 그룹이 서로 독립적으로 인피드 가능한 두개의 그룹들의 호닝 세그먼트들을 갖는 것이 가능하고, 상기 그룹들의 호닝 세그먼트들은 원주 방향으로 교호 방식으로 배열된다. 이로써, 단일한 환형의 커팅 그룹의 이점들 (예를 들면 짧은 호닝 오버런을 갖는 보어들의 기계 가공에 대해) 을 서로 독립적인 두개의 그룹들의 호닝 세그먼트들의 이중 인피딩의 이점들과 조합하는 것이 가능하다. 이러한 타입의 툴에 있어서, 두개의 연속적인 호닝 작업들은 툴의 중간 변경 없이 상이한 커팅 재료들로써 실행될 수 있다. 호닝 세그먼트들 중 하나의 그룹의 호닝 세그먼트들은 일반적으로 동일한 커팅 층을 갖는 한편 상기 그룹들은 서로 상이한 커팅 층들, 예를 들면 상이한 그레인 사이즈의 다이아몬드 층들을 갖다.
또한 환형의 툴이 제 1 환형의 커팅 그룹 및 제 1 환형의 커팅 그룹에 대해 축방향으로 오프셋된 방식으로 배열되고 제 1 환형의 커팅 그룹에 독립적으로 인피딩될 수 있는 적어도 하나의 제 2 환형의 커팅 그룹을 갖는 것이 가능하다. 이로써, 두개의 연속적인 호닝 작업들은 또한 툴의 중간 변경 없이 상이한 커팅 재료들로 가능하다. 상이한 커팅 재료들이 서로 관련하여 축방향으로 오프셋되고 호닝 툴의 원주의 대부분을 각각 커버할 수 있는 적어도 두개의 환형의 커팅 그룹들에 분포되므로, 특히 여기서 높은 제거 용량들 또는 비교적 짧은 호닝 시간들이 모든 호닝 작업들에서 가능하다. 이러한 타입의 환형의 툴들은 충분한 호닝 오버런을 허용하는 모든 보어에 대해 사용될 수 있다. 두개 이상의 환형의 커팅 그룹들에 있어서, 펄세이션 윈도우들 (pulsation windows) 또는 횡방향 보어들의 브리징 또는 임의의 타입의 보어 인터럽션들 (interruptions) 이 또한 간단한 방식으로 가능하다. 그러한 환형의 툴은 바람직하게 정확하게 두개의 환형의 커팅 그룹들을 갖고, 그 결과로서 간단한 구성에도 불구하고 유연한 사용이 가능하다.
바람직한 실시형태들에서, 일체형의, 다축방향으로 이동 가능한 조인트, 예를 들면 볼 및 소켓 조인트 또는 카다닉 (cardanic) 조인트가 툴 본체 상에 제공된다. 머신의 포지션 에러들 및/또는 보어의 코어 오프셋은 이로써 보어 포지션을 변경하지 않고 보상될 수 있다. 조인트가 없는 예시적인 실시형태들이 또한 가능하다. 이러한 타입의 환형의 툴들은 호닝 스핀들에 또는 상기 호닝 스핀들에 강성으로 커플링된 드라이브 로드에 강성으로 커플링될 수 있다.
보어의 보틀 형상은 예를 들면 정밀 선삭 (정밀 스핀들들) 으로 임의의 적절한 칩-제거 기계 가공 방법에 의해, 즉 기하학적 형상으로 결정된 커팅 에지에 의한 기계 가공 방법의 도움으로, 또는 호닝에 의해 생성될 수 있다. 이후에 적절한 표면 구조를 갖는 최종적으로 원하는 보어 기하학적 형상에 도달하도록 하나 이상의 호닝 작업들이 이어질 수 있다.
원형-원통형 보어 형상을 갖는 보어는 바람직하게 처음에 정밀 선삭 또는 호닝에 의해 생성되고 그 후에, 보틀 호닝 작업에서, 보틀-형상의 보어 형상은 축방향으로 변하는 호닝 제거법에 의한 호닝을 통해 생성된다. 정밀 선삭과 대조적으로, 표면들은 호닝에 의한 주변의 마크들 없이 특히 균일한 표면 품질로 제조될 수 있다. 커팅 재료 본체들의 자체 예리화 (self-sharpening) 효과는 또한 표면 품질의 균일성에 기여한다. 호닝의 경우에, 연속적인 프로세스 모니터링이 가능하다.
방법 변형예에서, 보틀 호닝 작업 중에, 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹을 갖는 확장 가능한 호닝 툴, 즉 환형의 툴이 사용된다. 커팅 그룹의 호닝 세그먼트들은 스트로크 포지션에 종속된 보틀 형상에 따라 하향으로의 스트로크에서 경로- 및/또는 힘-제어형 방식으로 여기서 방사상 외향으로 인피딩되고, 상향으로의 스트로크 중에, 스트로크 포지션에 종속된 보틀 형상에 따라 방사상으로 수축된다. 이러한 기계 가공 변형예에 의해, 비교적 평활한 윤곽 프로파일이 시작부로부터 기계 가공하는 데 특히 어려운 전이 섹션에 생성된다.
대안적으로, 또한, 보틀 호닝 작업 중에, 호닝 스틱들을 갖는 확장 가능한 호닝 툴이 사용되는 것이 가능하고, 상기 호닝 스틱들의 길이는 보어의 길이의 50% 보다 길다. 호닝 스틱들의 길이는 예를 들면, 보어의 길이의 50% 내지 80% 일 수 있다. 보틀 호닝 작업 중에, 제 1 페이즈에서, 이때 호닝 툴은 처음에 그 전체 길이에 걸쳐 보어를 원형-원통형 형상으로 만들도록 제 1 스트로크 포지션에서 상부 반전 지점과 하부 반전 지점 사이에서 위아래로 또는 전후로 이동된다. 그 후에, 제 2 페이즈에서, 상부 반전 지점은 하부 반전 지점의 방향으로 증가하게, 즉 복수의 스트로크들에 의해 변경되고, 그 결과 스트로크 길이는 점진적으로 감소된다. 그 결과로서, 스트로크 포지션은 제 2 보어 섹션의 영역에 놓인 제 2 스트로크 포지션의 방향으로 시프트된다. 제 3 페이즈에서, 이때 호닝 툴은 제 2 스트로크 포지션에서 전후로 이동된다. 이러한 방법 변형예에서, 전이 섹션의 기본 형상은 스트로크 포지션의 점진적인 시프팅 및 스트로크 높이에서의 감소의 제 2 페이즈 중에 실질적으로 생성되고, 제 2 보어 섹션에서 직경에서의 증가는 또한 동시에 그리고 제 3 페이즈 모두에서 발생된다.
보틀 호닝 작업이 비교적 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴에 의해 실행된다면, 소우 프로파일과 유사한 프로파일을 갖는 비교적 거친 표면 구조가 전이 섹션에서 생성될 수 있다. 또한 전이 섹션에서 원하는 균일한 표면 구조를 얻도록, 전이 영역에서 보어 프로파일을 평활화하기 위한 평활 호닝 작업은 그 결과 바람직하게 보틀 호닝 작업 후에 실행되고, 환형의 툴, 즉 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹을 갖는 확장 가능한 호닝 툴은 평활 호닝 작업에 사용된다. 환형의 툴의 도움으로써, 전이 섹션에서 그루브들 또는 버들은 제거될 수 있고 전이 섹션의 반경들은 라운딩될 수 있다.
평활 호닝 작업 중에, 환형의 커팅 그룹의 커팅 재료 본체들은 보어의 내부 표면 상에 일정한 인피드력으로 가압된다면 유리하다는 것이 증명되었다. 이는 환형의 툴을 위한 유압 인피드 시스템을 갖는 호닝 머신이 사용되는 몇몇 방법 변형예들에서 달성된다. 환형의 툴의 호닝 세그먼트들에 의한 보틀-형상의 보어의 윤곽의 추종은 이미 여기서 유압 확장부의 구성에서 유도된 유연성으로부터 발생될 수 있다.
본 발명 또한 호닝 방법을 실행하기 위해 특히 적절한 호닝 툴에 관한 것이지만, 또한 본 발명은 본 발명에 따르지 않은 다른 호닝 방법들에서도 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 호닝된 내부 표면을 갖는 적어도 하나의 보어를 구비한 작업편에 관한 것이고, 보어는 보어 유입구 다음에, 제 1 직경을 구비한 제 1 보어 섹션, 보어 유입구로부터 떨어진 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 구비한 제 2 보어 섹션, 및 제 1 보어 섹션과 제 2 보어 섹션 사이에 제 1 직경으로부터 제 2 직경으로의 연속적인 전이부를 갖는 전이 섹션을 갖는 보틀-형상의 보어이고, 작업편은 본 발명에 따른 호닝 툴을 사용하여 기계 가공된다.
특히, 작업편은 피스톤 머신을 왕복 운동시키기 위한 실린더 블록 또는 실린더 라이너일 수 있다. 왕복 운동하는 피스톤 머신은 예를 들면, 내연 엔진 (연소 엔진) 또는 컴프레셔일 수 있다.
도 1 은 엔진 블록에서 보틀-형상의 실린더 보어를 절단한 개략적인 종단면도를 도시하고;
도 2a 는 단일한 환형의 커팅 그룹의 단일한 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 2b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 3a 는 단일한 환형의 커팅 그룹의 이중 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 3b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 4a 는 두개의 환형의 커팅 그룹들이 겹쳐져 배열된 이중 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 4b 는 커팅 그룹들의 하나를 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 5 는 비교적 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴에 의해 기계 가공된 보어를 절단한 종단면도를 개략적으로 도시하고,
도 6 은 보틀 호닝 작업 중에 호닝 시간 (t) 의 함수로서 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴의 스트로크 포지션을 개략적으로 도시하고;
도 7 은 환형의 툴의 사용 후에 보틀-형상의 실린더의 라운딩된 프로파일의 측정 다이어그램을 도시하고;
도 8 은 제 2 예시적인 실시형태에서 호닝 시간 (t) 의 함수로서 스트로크 포지션 (HP) (실선) 및 확장 포지션 (AP) (점선) 의 종속 관계를 도시하는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 2a 는 단일한 환형의 커팅 그룹의 단일한 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 2b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 3a 는 단일한 환형의 커팅 그룹의 이중 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 3b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 4a 는 두개의 환형의 커팅 그룹들이 겹쳐져 배열된 이중 확장부를 갖는 환형의 툴의 실시형태를 절단한 종단면도를 그리고 도 4b 는 커팅 그룹들의 하나를 절단한 횡단면도를 도시하고;
도 5 는 비교적 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴에 의해 기계 가공된 보어를 절단한 종단면도를 개략적으로 도시하고,
도 6 은 보틀 호닝 작업 중에 호닝 시간 (t) 의 함수로서 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴의 스트로크 포지션을 개략적으로 도시하고;
도 7 은 환형의 툴의 사용 후에 보틀-형상의 실린더의 라운딩된 프로파일의 측정 다이어그램을 도시하고;
도 8 은 제 2 예시적인 실시형태에서 호닝 시간 (t) 의 함수로서 스트로크 포지션 (HP) (실선) 및 확장 포지션 (AP) (점선) 의 종속 관계를 도시하는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
다음에는 단부-기계 가공된 상태에서, 보틀의 매크로 형상을 갖도록 의도된 하나 이상의 보어들을 구비한 작업편들의 재료-제거 기계 가공 중에 본 발명의 실시형태들과 관련하여 사용될 수 있는 호닝 방법들 및 호닝 툴들의 예시적인 실시형태들이 설명된다.
도 1 은 내연 엔진을 위한 엔진 블록 (실린더 크랭크 케이스) 의 형태의 작업편 (100) 에서 하나의 그러한 보틀-형상의 보어 (110) 를 절단한 개략적인 종단면도를 도시한다. 보어는 보어 축선 (112) 에 대해 회전 대칭적이고, 설치된 상태에서 실린더 헤드를 향하는 보어 유입구 (114) 로부터, 대향 단부에서의 보어 유출구 (116) 까지 보어 길이 (L) 를 거쳐 연장된다. 보어는 서로 슬라이딩 방식으로, 즉 단차부들 또는 에지들을 형성하지 않고 통합 (merge) 된 상이한 기능의 세개의 상호 인접한 섹션들로 분할될 수 있다.
유입구측 단부에서의 제 1 보어 섹션 (120) 은 제 1 직경 (D1) 및 제 1 길이 (L1) 를 갖는다. 대향하는, 유출구측 단부에서, 제 2 보어 섹션 (130) 은 제 2 길이 (L2) 에 걸쳐 연장되고 제 2 보어 섹션의 내측 직경 (제 2 직경 : D2) 은 제 1 직경 (D1) 보다 크다. 제 1 직경으로부터 제 2 직경으로의 연속적인 전이부가 생성되는 부분적으로 원뿔형 전이 섹션 (140) 은 제 1 보어 섹션 (120) 과 제 2 보어 섹션 (130) 사이에 위치된다. 제 1 반경 (R1) 은 센터의, 실질적으로 원뿔형 부분의 전이 섹션과 제 1 보어 섹션의 사이에 형성되는 한편, 제 2 반경 (R2) 은 전이 섹션과 제 2 보어 섹션 사이에 형성된다. 반경들 (R1 및 R2) 은 실질적으로 동일할 수 있지만, 또한 제 1 반경이 제 2 반경보다 작거나 또는 큰 것이 가능하다.
전형적인 보어의 기하학적 형상의 경우에, 제 1 길이 (L1) 는 예를 들면, 보어 길이 (L) 의 15% 내지 40% 일 수 있다. 제 2 길이 (L2) 는 전형적으로 제 1 길이보다 길고 종종 보어 길이 (L) 의 40% 내지 60% 이다. 전이 섹션은 일반적으로 접한 보어 섹션들과 관련하여 비교적 짧다. 전형적인 제 3 길이들 (L3) 은 보어 길이 (L) 의 5% 내지 20% 의 범위일 수 있다. 상기 기하학적 형상 비들로부터 벗어낫 것들도 또한 가능하다.
제 1 직경 (D1) 과 제 2 직경 (D2) 사이의 직경 차이는 호닝 기계 가공에 대해 전형적이고, 실린더 형상에 대해, 대략 최대 10 ㎛ (직경에 기초함) 의 규모인 허용 오차들을 현저하게 벗어난다. 대략 70 ㎜ 내지 150 ㎜ 의 규모의 내측 직경의 절대값의 경우에, 직경 차이는, 예를 들면 20 ㎛ 내지 90 ㎛ 일 수 있다.
반경들 (R1, R2), 외부 보어 섹션들과 전이 섹션의 길이들 및 보어 축선과 전이 섹션에서의 접선 사이에서의 접선 각도 (T) 는 피스톤 링들의 낮은 블로우 바이, 낮은 오일 소비 및 낮은 마모가 엔진의 전형적인 작동 상태들에서 발생되는 방식으로 최적화될 수 있다.
보어의 보틀 형상은 보어가 유입구에 근접한 영역에서 비교적 좁게 되고 그 결과 보어에서 이동하는 피스톤의 피스톤 링들은 높은 에지 응력 하에서 보어 내부 표면 (118) 에 대해 가압된다. 그 결과로서, 신뢰성있는 밀봉은 연소가 주로 발생하고 높은 압력들이 생성되고 오일 필름이 하향으로의 스트로크에서 벗겨지는 위치에서 달성된다. 연소에 의해 가속되는 피스톤은 그 후에 보어 유출구의 방향으로 이동되고, 피스톤 링들은 우선 연속적으로 넓어진 내측 직경을 갖는 전이 섹션을 통해 그리고 그 후에 제 2 보어 섹션을 통해 (부분적으로) 진행한다. 피스톤 링들은 점진적으로 전이 섹션에서 릴렉스될 수 있고, 밀봉은 압력 차이가 피스톤 링들을 강하시키기 때문에 현저한 정도로 유지된다. 제 2 보어 섹션의 시작부에서, 링 패키지는 그 가장 낮은 응력에 이르고, 그 결과 마찰 손실들은 감소된 에지 응력 때문에 최대 피스톤 속도의 영역에서 정확하게 감소된다. 상향으로의 스트로크 중에, 에지 응력은 그 후에 피스톤 링들이 전이 섹션의 유출구측 반경에 이르고 제 1 보어 섹션의 방향으로 전이 섹션의 유출구측 반경을 통해 진행하자마자 다시 증가된다.
높은 품질로 마찰학적으로 응력을 받은 보어 내부 표면 및 매크로형상 (보틀 형상) 양쪽에 대해 그러한 보어를 경제적으로 제조할 수 있는 정밀 기계 가공 프로세스는 본 발명의 실시형태들에서, 또한 "환형의 툴" 로서 본 출원에서 칭해지는 특정 구성의 호닝 툴이 사용되는 적어도 하나의 호닝 작업을 포함한다. 환형의 툴은 툴 본체에 환형으로 부착되고, 툴 본체의 원주 주위로 분포되는 연관된 인피드 시스템에 의해 방사상 방향으로 인피딩되거나 또는 수축될 수 있는 커팅 재료 본체들을 구비한 적어도 하나의 커팅 그룹을 갖는다. 커팅 재료 본체들은 호닝 세그먼트들로서 구성되고, 상기 호닝 세그먼트들의 폭은 축방향으로의 그 길이보다 원주 방향으로 현저하게 길다. 작업편으로부터 재료의 제거를 책임지는 커팅 재료 본체들은 축방향으로 비교적 협소한 구역 (커팅 그룹의 링) 에 집중되고 호닝 툴의 원주의 비교적 많은 부분을 점유한다. 그 결과로서, 상이한 직경의 보어 섹션들이 축방향으로 서로 인접하는 보어 형상들은 비교적 높은 재료 제거 용량으로써 생성될 수 있다.
도 2a 는 단일한 환형의 커팅 그룹 (220) 및 단일한 확장부를 구비한 환형의 툴 (200) 의 실시형태를 절단한 종단면도를 도시한다. 도 2b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시한다. 환형의 툴 (200) 은 호닝 기계 가공 중에 동시에 링 툴의 회전 축선인 툴 축선 (212) 을 규정하는 툴 본체 (210) 를 갖는다. 스핀들 축선을 중심으로 회전 가능할 뿐만 아니라 또한 스핀들 축선에 평행하게 전후로 진동하는 방식으로 이동 가능한 작업 스핀들을 갖는 호닝 머신 또는 또 다른 기계 가공 머신의 드라이브 로드에 환형의 툴을 커플링하기 위한 커플링 구조 (구체적으로 예시되지 않음) 는 환형의 툴의 스핀들측 단부 (도 2a 의 상단에서) 에 위치된다.
툴 본체의 원주에 걸쳐 균일하게 분포되고 커팅 재료 본체 인피드 시스템의 도움으로 툴 축선 (212) 에 대해 방사상 외향으로 인피딩될 수 있어서, 기계 가공될 보어의 내부 표면에 대해 규정된 접촉 압력 또는 압착 (press-on) 력으로써 커팅 재료 본체의 마멸식으로 작용하는 외부측들을 가압하는 복수의 (실시예의 경우에 세개) 커팅 재료 본체들 (220-1, 220-2, 220-3) 을 갖는 환형의 커팅 그룹 (220) 은 툴 본체의 스핀들-리모트 단부 (도 2a 의 바닥에서) 에 위치된다. 활모양으로 만곡된 세개의 커팅 재료 본체들의 각각은 원주 방향으로 매우 넓지만 축방향으로 협소하고 115°내지 120°의 원주 각도 영역을 커버하는 호닝 세그먼트로서 구성된다. 호닝 세그먼트들은 툴 본체로부터 커플링 해제되고 툴 축선 (212) 과 관련하여 방사상으로 툴 본체에 대해 변위 가능하다. 호닝 세그먼트들에 의해 형성된 링은 툴 본체와 같은 높이인 스핀들-리모트측에서 종결되고, 따라서 링은 환형의 툴의 스핀들-리모트 단부에서의 툴 본체의 스핀들-리모트 반부 내에서 완전하게 안착된다.
호닝 세그먼트들의 축방향 길이 (LHS) 는 보어 길이 (L) 의 15% 보다 작고, 특히 10% 보다 작다. 호닝 세그먼트들의 높이는 대략 4 ㎜ 내지 35 ㎜, 특히 대략 10 ㎜ (축방향으로) 이고, 이는 실시예의 경우에, 커팅 그룹의 유효 외측 직경의 5% 내지 30%, 특히 10% 내지 20% 에 상응한다. 축방향 길이 (LHS) 는 여기서 동시에 호닝 툴의 전체 커팅 영역의 축방향 길이에 상응한다.
각각의 커팅 재료 본체는 연관된 스틸 지지 스트립 (224-1, 224-2) 의 외부측에 솔더링에 의해 체결된다. 대안적으로, 커팅 재료 본체는 또한 접착제 결합에 의해 또는 나사들에 의해 체결될 수 있고, 그 결과로서 보다 용이한 교체가 가능하다. 각각의 지지 스트립의 내부측은 인피드 콘이 머신측 인피드 디바이스에 의해 복원 스프링들 (234, 226, 228) 의 힘에 반대로 환형의 툴의 스핀들-리모트 단부의 방향으로 가압될 때에 이들에 의해 유지되는 커팅 재료 본체들을 갖는 지지 스트립들이 방사상으로 외향으로 인피딩되는 방식으로 축방향으로 변위 가능한 인피드 콘 (232) 의 원뿔형 외부 표면과 상호 작용하는 경사진 표면을 갖는다. 반대의 인피드 이동의 경우에, 지지 스트립들은 주변의 복귀 스프링들 (226, 228) 의 도움으로 호닝 세그먼트들과 방사상 내향으로 복귀된다. 그 결과로서, 커팅 재료 본체들의 방사상 포지션은 인피드 콘 (232) 의 축방향 포지션을 통해 유극이 없는 방식으로 제어된다.
이러한 툴 개념은 감소된 호닝 오버런, 예를 들면 최대 5 ㎜ 의 호닝 오버런을 갖는 실린더 보어들을 기계 가공하는 데 특히 적절하다. 이러한 타입의 기하학적 형상은 블라인드 홀 보어들의 경우에 또는 모노 블록 엔진들 또는 V 엔진들에서 전형적으로 발생된다.
도 3a 및 도 3b 는 마찬가지로 툴 본체 (310) 의 스핀들-리모트 단부측 단부에 배열된 단일한 환형의 커팅 그룹 (320) 을 갖는 환형의 툴 (300) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 3a 는 환형의 툴을 절단한 종단면도를 도시하고, 도 3b 는 커팅 그룹을 절단한 횡단면도를 도시한다. 그러나, 도 2a 및 도 2b 의 예시적인 실시형태와 대조적으로, 이중 확장부를 구비한 호닝 툴이 포함된다. 환형의 커팅 그룹 (320) 은 서로 독립적으로 인피드 가능한 두개의 그룹들의 호닝 세그먼트들을 갖고, 상기 그룹들의 호닝 세그먼트들은 원주 방향으로 서로에 대해 교호 방식으로 각각 배열된다. 제 1 그룹의 호닝 세그먼트들은 각각의 경우에 120°만큼 서로에 대해 원주 방향으로 오프셋되어 배열된 세개의 제 1 호닝 세그먼트들 (320-1) 를 갖는다. 제 2 그룹의 호닝 세그먼트들의 세개의 제 2 호닝 세그먼트들 (320-2) 은 각각의 경우에 그 사이에 배열된다. 제 1 그룹은 비교적 거친 커팅 층을 구비한 커팅 재료 본체들을 갖는 한편, 제 2 그룹은 그에 비해 비교적 보다 미세한 커팅 층을 구비한 커팅 재료 본체들을 갖는다. 축방향 가이드 스트립들 (326) 은 각각의 경우에 직접 인접한 호닝 세그먼트들 사이에 배열된다. 볼 및 소켓 조인트 (350) 가 툴 본체 (310) 와 작업 스핀들 등에 호닝 툴을 커플링하기 위해 제공되는 커플링 구조 (340) 사이에 제공되고, 그 결과 호닝 툴은 호닝 스핀들과 관련하여 복수의 축선들에서 제한된 범위로 이동 가능하다.
제 1 호닝 세그먼트들은 제 1 인피드 시스템의 도움으로 방사상으로 인피딩될 수 있다. 제 1 인피드 시스템은 툴 본체 상에서 센터로 진행하고 제 1 그룹의 호닝 세그먼트들의 지지 스트립들의 경사진 표면들과 상호 작용하는 원뿔형 섹션을 스핀들-리모트 단부에서 갖는 제 1 인피드 로드 (332-I) 를 포함한다. 제 2 인피드 시스템은 제 2 그룹의 호닝 세그먼트들을 인피드하는 역할을 하고 인피드 로드 (332-I) 를 둘러싸고 제 2 호닝 세그먼트들의 지지 스트립들 상에서 경사진 표면들과 상호 작용하는 원뿔형 외부 표면을 그 스핀들-리모트 단부에서 구비하는 관형 인피드 요소 (332-A) 를 갖는다.
제 1 그룹의 호닝 세그먼트들의 세개의 호닝 세그먼트들은 소정 호닝 작업, 예를 들면 평활 호닝 작업 또는 구조 호닝 작업을 실행하도록 제 1 인피드 시스템의 도움으로 확장될 수 있다. 대신에, 상이한 타입의 커팅 층을 갖는 다른 그룹의 호닝 세그먼트들이 인피드된다면, 상이한 호닝 작업, 예를 들면 디버링 호닝 작업 또는 플라토 (plateau) 호닝 작업이 실행될 수 있다. 이중 확장부를 갖는 환형의 툴의 도움으로, 두개의 상이한 호닝 작업들은 기계 가공을 위해 상이한 호닝 스핀들을 사용하거나 또는 그 사이에 툴의 변경을 행하지 않고 연속적으로 실행될 수 있다.
도 4a 는 도 3a 및 도 3b 의 예시적인 실시형태와 대조적으로, 툴 본체 (410) 의 스핀들-리모트 부분에서 서로에 대해 축방향으로 오프셋된 방식으로 부착된 두개의 환형의 커팅 그룹들 (420-1 및 420-2) 을 갖는 이중 확장부를 구비한 환형의 툴 (400) 의 실시형태를 절단한 개략적인 종단면도를 도시한다. 환형의 커팅 그룹들 (도 4b 에서의 횡단면도) 의 각각은 원주의 대략 110°내지 115°를 각각 커버하는 세개의 공통된 인피드 가능한 호닝 세그먼트들을 갖는다 . 이와 대조적으로, 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 작고 전형적으로 보어 길이의 10% 보다 작고 및/또는 커팅 재료 본체들의 영역에서 호닝 툴의 유효 외측 직경의 10% 내지 20% 이다. 공압의 직경 측정 시스템의 측정 노즐들 (440) 은 각각의 경우에 인접한 호닝 세그먼트들 사이에서 툴 본체에 부착된다. 커팅 그룹들은 서로에 가깝게 축방향으로 위치되어 두개의 환형의 커팅 그룹들이 위치되는 호닝 툴의 커팅 영역은 호닝 툴의 유효 외측 직경보다 축방향으로 실질적으로 보다 짧다 .
몇몇 실시형태들에서, 커팅 재료 본체들은 툴 본체에 대해 탄성적으로 유연한 방식으로 장착된다. 그 결과로서, 축방향 이동 중에 윤곽들을 추종하는 능력은 선택적으로 개선될 수 있다. 예를 들면, 스프링 요소들 (예를 들면, 리프 스프링들, 스파이럴 압축 스프링들 등) 은 캐리어 요소들과 커팅 재료 본체들 사이에 연결될 수 있다. 또한 예를 들면 슬롯들 등의 형태의 캐리어 재료의 횡단면의 연약부들이 적절한 지점들에 구조적으로 제공됨으로써 그 자체가 탄성적으로 유연한 캐리어 요소들을 구성하는 것이 가능하다.
본 적용예에서 설명된 타입의 하나 이상의 환형의 툴들을 사용함으로써 보어 내부 표면의 원하는 표면 구조를 갖는 보틀-형상의 보어들을 제조하기 위한 다양한 가능예가 존재한다. 제 1 예시적인 실시형태는 도 5 및 도 6 과 함께 설명된다.
이러한 방법 변형예의 경우에, 우선, 예를 들면, 정밀 드릴링에 의해 사전 기계 가공된 보어로부터 시작하여, 원형의-실린더 형상을 갖는 호닝된 보어를 제조하도록 축방향으로 비교적 긴, 협소한 호닝 스틱들을 갖는 종래의 호닝 툴이 사용되었다. 축방향 스틱 길이 (I) 는 여기서 전체 보어 길이 (L) 의 대략 1/2 내지 2/3 이었다. 제 1 호닝 작업 (예비 호닝) 에서, 작업은 타입 D107 의 다이아몬드 스틱들을 사용하여 실행되었고, 그 후의 중간 호닝 작업은 미세한 그레인 사이즈 (그레인 사이즈 D54) 로써 실행되었다. 그 결과로서, 이상적인 형상으로부터 거의 편차를 갖지 않고 비교적 평활한 표면 (RZ < 8 ㎛) 을 갖는 실질적으로 원형-원통형 보어 형상이 제조되었다. 유입구측 및 유출구측 호닝 오버런 (S) 은 여기서 종래의 방법들에서와 유사하게 스틱 길이의 대략 1/3 이었다. 호닝 오버런은 V- 또는 모노 블록 엔진들의 기계 가공 중에 감소될 수 있다.
그 후의 제 3 호닝 작업은 보틀 호닝 작업으로서 구성되었다. 보틀 호닝 작업의 도움으로, 보틀-형상의 보어 형상은 기하학적 형상으로 규정되지 않은 커팅 에지들을 사용하여 재료의 축방향으로 변하는 제거법에 의해 생성된다. 제 3 호닝 작업 (보틀 호닝 작업) 에서, 작업은 마찬가지로 스틱 길이 (I = 2/3 L) 를 구비한 비교적 긴 호닝 스틱들로 그리고 도 6 을 참조하여 설명되는 특정한 스트로크 제어로 실행되었다. 도 6 은 보틀 호닝 작업 중에 호닝 시간 (t) 의 함수로서 호닝 툴의 스트로크 포지션 (HP) 을 개략적으로 도시한다. 호닝 툴의 삽입 후에, 실린더 면의 기계 가공은 처음에 원형-원통형 보어의 기계 가공의 경우에서와 같이 정확하게 제 1 스트로크 포지션에서 동일한 스트로크 길이로 제 1 시간 (t1) 으로부터 제 2 시간 (t2) 으로 진행된다. 용어 "스트로크 포지션" 은 여기서 왕복 운동의 상부 반전 지점 (UO) 과 하부 반전 지점 (UU) 사이의 영역을 칭한다. 반전 지점의 각각의 시프팅은 그 결과로 또한 스트로크 포지션을 변경시킨다.
규정된 제 2 시간 (t2) 으로부터, 호닝 머신은 스트로크 포지션에서 증가하는 변경으로 자동적으로 스위칭되고, 각각의 스트로크 후에, 상부 반전 지점 (UO) 은 하부 반전 지점 (UU) 의 방향으로 증가하게 변경된다. 제 2 시간 (t2) 의 일시적인 포지션은, 예를 들면 소정 수의 스트로크들을 통해 또는 사전 결정된 호닝 시간을 통해 또는 사전 결정된 재료의 제거법 또는 또 다른 트리거링 파라미터를 통해 규정될 수 있다. 상부 반전 지점이 두개의 연속적인 스트로크들 사이에서의 변경하는 증분 (IN) 의 정도는 요구된다면 마찬가지로 조정될 수 있다. 스트로크 시프팅 페이즈가 제 3 시간 (t3) 에서 종료된 후에, 보어는 제 2 보어 섹션이 원하는 직경에 이르고 보틀 형상 (도 1 을 참조) 이 생성될 때까지 새로운 제 3 스트로크 포지션으로 호닝된다.
스트로크 시프팅에서 증분 편차 및 스트로크 시프팅의 일시적인 순서가 사전 결정되는 방법에 따라, 상이한 반경들 및 접선 각도들이 전이 섹션에서 생성된다. 이들 파라미터들은 그 결과 스트로크 시프팅의 파라미터를 통해 사전 결정될 수 있다. 보틀 호닝 작업은 유리하게 호닝 스틱들로 실행되고, 상기 호닝 스틱들의 커팅 재료 그레인들은 예비 호닝 또는 중간 호닝을 위한 커팅 재료 그레인들보다 미세하다. 예를 들면, 작업은 이미 비교적 미세한 표면 구조를 갖는 보틀 형상을 얻도록 D35 의 범위 내의 다이아몬드 그레인들로써 실행될 수 있다.
비교적 긴 호닝 스트립들 및 증분 스트로크 시프팅의 도움으로써 보틀 형상의 생성 중에, 소우 프로파일과 유사한 작은 단차부들을 갖는 비교적 거친 표면 구조가 전이 영역에서 생성될 수 있다. 이러한 타입의 구조들은 일반적으로 바람직하지 않다. 여기서 설명된 방법에서 전이 섹션을 포함하는 보어의 전체 내부 표면 및 그 접한 반경들에 걸쳐 균일하게 원하는 표면 구조를 얻도록, 보틀 호닝 작업 후에 반경들의 라운딩 및 표면의 평활화가 그 결과 환형의 툴의 도움으로써 실행된다. 작업은 여기서 예를 들면 D10 내지 D15, 특히 D12 의 범위 내의 심지어 보다 미세한 커팅 수단으로 실행될 수 있다. 적절한 환형의 툴 (예를 들면 단일한 확장부, 공통된 링에 배열된 두개의 커팅 그룹들을 갖는 이중 확장부, 또는 두개의 축방향으로 오프셋된 환형의 커팅 그룹들에 배열된 두개의 커팅 그룹들을 갖는 이중 확장부) 의 선택은 그 중에서도, 실린더 블록의 구성에 따른다. 툴 선택은, 예를 들면 가능한 호닝 오버런들 정도에 및/또는 횡방향 보어들의 포지션 및 사이즈에 맞춰질 수 있다. 예를 들면, 실린더 크랭크 케이스가 큰 횡방향 보어를 갖는다면, 일반적으로 단일한 확장부 (예를 들면, 도 2 를 참조) 를 갖는 환형의 툴을 사용하여 작업을 실행하는 것이 유리하다. 예시적인 프로세스에서, 보틀 호닝 작업의 기계 가공 중에 전이 섹션에서 발생하는 그루브들 또는 버들 (burrs) 을 평활화하도록 환형의 커팅 그룹을 갖는 그러한 환형의 툴이 사용된다. 환형의 툴의 도움으로써, 전이 영역의 반경들은 또한 라운딩될 수 있고 표면 값들은 이들이 인접한 제 1 및 제 3 보어 섹션들에서의 표면 값들과 실질적으로 동일한 방식으로 변경된다.
이를 위해, 도 7 은 여기서 예시된 프로세스에서 단일한 확장부를 갖는 환형의 툴의 사용 후에 보틀-형상의 실린더의 라운딩된 프로파일의 측정 다이어그램을 도시한다. 다이어그램의 x 축선 (보어 축선에 평행한) 상에서 스케일은 측정 유닛에 대해 5 ㎜ 로 도시되고 y 축선 (보어의 방사상 방향으로) 상에서 스케일은 측정 유닛에 대해 10 ㎛ 이다.
뿐만 아니라, 환형의 툴의 사용은 여기서 축방향으로 보어 윤곽의 평활한, 에지없는 프로파일에 대해 이점들을 제공한다. 여기서 설명된 타입의 환형의 툴들의 경우에, 환형의 커팅 그룹의 커팅 재료 본체들은 호닝 툴의 원주의 대부분 (예를 들면 70% 내지 80%) 을 점유하므로, 기계 가공된 보어 내부 표면의 매우 균일한 오버랩핑이 또한 호닝 중에 모든 축방향 포지션들에서 생성된다. 용어 "오버랩핑" 은 여기서 전체 보어 길이 및 원주에 걸쳐 질적으로 호닝 그루브들의 분포의 균일성을 칭한다. 축방향으로 비교적 긴 호닝 스틱들을 갖는 종래의 호닝 툴들이 몇몇 환경들 하에서 사용된다면, 비균일한 거칠기 또는 표면 파형 (waviness) 이 보어에서 생성될 수 있다. 블록의 구성에 따르면, 이러한 문제점은 예를 들면, 엔진 블록들이 보다 짧은 호닝 툴 유출구들로써 기계 가공되어야만 한다면 심지어 보다 심각하게 발생될 수 있다. 길이가 단지 몇 밀리미터인 호닝 툴 유출구의 경우에서, 긴 호닝 스틱들의 비균일한 마모가 발생될 수 있고, 그 결과 보어는 상부 반전 지점에서 보다 하부 반전 지점에서 보다 작은 직경을 획득할 수 있다. 그러한 문제점들은 종래의 호닝 툴들 (긴 호닝 스틱들을 가짐) 이 사용될 때에 적절한 호닝 파라미터들의 선택에 의해 실질적으로 회피되어야만 하지만, 상응하는 호닝 프로세스들의 구성은 비교적 시간-집약적이고 그리고 비용 집약적이다. 복수의 테스트들은 긴 스틱들로써의 비균일한 기계 가공이 회피되도록 호닝 프로세스 구성이 최적화될 때까지 종종 실행되어야만 한다. 환형의 툴이 사용될 때에, 다수의 종래에 발생하는 문제점들이 회피될 수 있다. 환형의 툴들의 이점들은 그 중에서도 다음을 포함한다:
1. 환형의 커팅 그룹의 영역에서 호닝 툴의 원주의 대부분은 커팅 재료 본체들로 점유되기 때문에, 보어 내부 표면은 스틱 툴의 도움보다 환형의 툴의 도움으로 보다 더 신속하게 구조화될 수 있다. 그 결과로서, 사이클 시간들이 선택적으로 감소될 수 있다.
2. 스트로크 길이가 예를 들면, 형상을 교정하도록 조정된다면, 환형 툴들이 사용될 때에 거칠기의 분포에서 어떠한 성가신 비균일성들도 발생하지 않는 데, 이는 스트로크 길이가 변경될지라도 오버랩핑이 유지되기 때문이다.
3. 환형의 커팅 그룹들은 실질적으로 균일하게 마모되고, 그 결과 원치 않는 코니시티들 (conicities) 은 환형의 툴들이 사용될 때에 특히 하부 반전 지점의 영역에서 회피될 수 있다.
4. 새로운 호닝 프로세스를 위해 호닝 머신의 설치는 종래의 스틱 호닝 툴들이 사용될 때보다 환형의 툴들이 사용될 때에 보다 더 간단하고 신속하게 진행될 수 있다 오버랩핑은 툴 구성으로 인해 요구 조건들의 범위 내에서 충분히 균일하게 될 것이다.
단일한 확장부를 갖는 환형의 툴 대신에, 구조화를 위해 단일한 커팅 그룹 링 및 이중 확장부 (예를 들면, 도 3a 및 도 3b 를 참조) 를 갖는 환형의 툴이 사용된다면, 균일한 오버랩핑을 보장하도록 단일한 확장부를 갖는 환형의 툴의 사용과 비교하여 스트로크 수를 증가시킬 것이 일반적으로 요구될 것이다 그러나, 환형의 툴들의 이점들은 유지되고 보어 내부 표면의 균일한 구조화를 위해 요구된 수의 스트로크들은 긴 호닝 스틱들을 갖는 종래의 호닝 툴의 사용 중에 상응하는 수의 스트로크들 보다 여전히 항상 작다.
환형의 툴이 사용될 때에, 인피드력은 유리하게 유압 확장부에 의해 가해질 수 있고, 그 결과 표면은 실질적으로 일정한 힘으로 기계 가공될 수 있다. 축방향으로 변하는 윤곽의 추종은 그 후에 유압 확장부의 유연성으로 인한 구성으로만 발생될 수 있다.
환형의 툴의 도움으로써 보어 내부 표면의 평활화 및 반경들의 라운딩 후에, 하나 이상의 추가의 호닝 작업들이 그 후에 보틀-형상의 보어 상에 최종적으로 원하는 표면 구조를 생성하도록 실행될 수 있다.
예로써 여기에 설명된 프로세스는 우선 여기서 "환형의 툴로써의 스파이럴 구조 호닝" 으로 칭해지는 제 5 호닝 작업으로 이어진다. 이러한 호닝 작업에서, 축방향 속도들 및 호닝 툴의 회전 속도는 예를 들면 대략 140°규모의 비교적 큰 호닝 각도들이 생성되는 방식으로 서로 조절된다. 물론, 다른 방법 변형예들에서, 다른 호닝 각도들 및/또는 거칠기 프로파일들이 또한 생성될 수 있다. 실시예의 경우에, 스파이럴 구조 호닝은 실제적으로 더이상 포괄적인 재료의 제거가 획득되지 않고, 오히려 적절한 깊이 및 분포의 그루브들만이 낮은 커팅 그레인 밀도를 갖는 비교적 거친-그레인형의 커팅 재료 본체의 도움으로 라운딩 작업 후에 매우 평활한 표면에서만 제조되는 방식으로 구성된다. 예를 들면, 1.25 내지 15 부피 % 의 커팅제 그레인 밀도 및/또는 35 내지 200 ㎛ 의 그레인 사이즈를 갖는 커팅 재료 본체들이 사용될 수 있다 (예를 들면, DE 10 2005 018 277 A1 를 참조).
그 후에, 제 6 및 최종 호닝 작업에서, 앞서 구조화된 표면이 또한 디버링된다 (디버링 호닝). 이러한 목적을 위해, 바람직하게 마찬가지로 미세한 커팅제들을 갖는 환형의 툴, 예를 들면 또한 제 4 호닝 작업 (반경들의 라운딩 및 평활 호닝) 을 위해 사용된 동일한 환형의 툴이 사용된다. 작업은 여기서 상이한 확장 타입들로써 실행된다. 확장 타입은 유압식으로/유압식으로, 유압식으로/기계식으로 또는 기계식으로/기계식으로 구성될 수 있다. 기계식 확장의 경우에, 이동은 예를 들면, 서보 기계식 확장 (유압형) 을 통해 힘-제어형 방식으로 또는 포지션- 및 힘-제어형 방식으로 실행될 수 있다.
대안적인 방법 변형예에서, 보틀 호닝 작업에서, 즉 앞선 추가의 원형-원통형 보어 형상으로부터 보틀-형상의 보어 형상을 제조할 때에 확장 가능한 환형의 툴이 사용된다. 이러한 목적을 위해, 호닝 세그먼트들의 방사상 인피딩을 위해 확장 시스템의 제어가 스트로크 포지션을 위한 제어에 연결되어 환형의 툴은 변경하는 직경을 갖는 전이 섹션을 정확하게 생성시킬 수 있고 또한 원통형의 제 1 및 제 2 보어 섹션에서 적절한 접촉 압력으로 작동되는 것이 제공된다 (도 8 을 참조). 보틀 호닝 작업은 예비 호닝 직후에 제 2 호닝 작업으로서 제공될 수 있고 이와 관련하여 제 1 예시적인 실시형태의 제 2 내지 제 4 호닝 작업들을 대체할 수 있다. 확장의 스트로크-종속 제어는 그 후에 커팅 그룹의 호닝 세그먼트들이 스트로크 포지션에 종속된 보틀 형상에 따라 하향으로의 스트로크 중에 경로- 및 힘-제어형 방식으로 방사상 외향으로 인피딩되고 스트로크 포지션에 종속된 보틀 형상에 따라 상향으로의 스트로크 중에 전이 섹션의 영역에서 다시 방사상으로 수축되는 방식으로 행해진다. 평활한 윤곽 프로파일은 따라서 시작부로부터 전이 섹션에 달성될 수 있다.
이는 제 1 내지 제 3 보어 섹션들에 상응하는 소정 스트로크 범위들이 제어 프로그램에 입력되고, 그 결과 커팅 그룹이 경로- 및 힘-제어형 확장에 의해 하향으로의 스트로크 중에 제 1 보어 섹션의 단부로부터 확장된다는 사실에 의해 호닝 머신에서 달성될 수 있다. 상향으로의 스트로크 중에, 커팅 그룹의 확장은 그 후에 원하는, 프로그램된, 보틀-형상의 실린더가 제조되도록 제 3 보어 섹션의 단부로부터 수축된다. 이러한 목적을 위해, 도 8 은 환형의 툴을 사용하는 보틀 호닝 중에 호닝 시간 (t) 의 함수로서 축방향 스트로크 포지션 (HP) (실선) 및 방사상 확장 포지션 (AP) (점선) 의 종속 관계를 도시하는 개략적인 다이어그램을 예로써 도시한다.
여기서 설명된 타입의 환형의 툴들은 보틀-형상의 보어들을 제조하거나 또는 기계 가공하기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 상이한 기하학적 형상을 갖는 보어들의 기계 가공 중에 심지어 변경 없이 상당한 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 보어 상에서 비원형의 보어 횡단면을 갖는 자유 형상을 제조하기 위해 도 3a 및 도 3b 의 예시적인 실시형태와 동일하거나 또는 유사한 방식으로 단일한 커팅 그룹 링 및 이중 확장부를 갖는 환형의 툴을 사용하는 것이 가능하다. 이는 관례적으로 형상 호닝 (shape honing) 으로서 칭해진다. 예를 들면, 클로버 잎 형상 또는 타원형 형상의 횡단면을 갖는 보어 섹션이 환형의 툴의 도움으로 제조될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 호닝 머신은 제 1 인피드 시스템 및 제 2 인피드 시스템을 동시에 제어하는 것이 가능해야만 하고, 각각의 경우에 보어에 대해 커팅 그룹의 각진 포지션 및 스트로크 포지션에 따라, 확장부들은 자유 형상이 생성될 수 있도록 상이한 힘/포지션으로 제어되어야만 한다.
또한 추가의 보어 섹션의 연결 없이 인접한 원통형 보어 섹션 내에 전이 반경으로써 또는 비교적 갑작스럽게 통합되는 절단된 원뿔형 보어 섹션 (원뿔형 섹션) 을 갖는 보어 형상을 제조하고 및/또는 기계 가공하도록 환형의 툴을 사용하는 것이 가능하다. 그 결과로서, 예를 들면, 보어는 최대 직경까지 보어 베이스를 향해 인접한, 제 2 보어 섹션에서 원뿔형으로 증가되는 제 1 직경을 구비한 입력측, 원통형 제 1 보어 섹션을 갖는 깔대기 형상으로 제조될 수 있다. 원통형 제 1 보어 섹션과 원뿔형 제 2 보어 섹션 사이에서의 최대 직경은, 예를 들면 대략 20 ㎛ 내지 대략 90 ㎛ 사이일 수 있다. 원통형 제 1 보어 섹션의 축방향 길이는, 예를 들면, 전체 보어 길이의 20% 내지 80% 일 수 있다.
더욱이, 환형 툴의 도움으로 보어에서 배럴-형상의 보어 섹션, 즉 다르게는 실질적으로 원통형 보어에서 벌지를 제조하는 것이 가능하다. 벌지는 거의 센터에 또는 다르게는 보어 단부들의 하나에 근접하게 놓일 수 있다.
환형의 툴이 사용될 때에, 비교적 비용-효율적으로 또한 상부 데드 센터의 영역에 및/또는 하부 데드 센터의 영역에, 가장 높은 피스톤 속도의 센터의 영역에서와 상이한 표면 구조들을 갖는 협소한 스트립들이 존재하는 방식으로 실린더 면을 기계 가공하는 것이 가능하다. 이러한 변형예는 여기서 "스트립 호닝" 으로서 칭해진다. 이러한 목적을 위해 적절한 종래의 방법 및 상응하게 맞춰진 호닝 툴이, 예를 들면 DE 195 42 892 C2 에 설명된다. 긴 호닝 스틱들을 갖는 호닝 툴의 전체 축방향 길이를 기계 가공하는 호닝 기계 가공 뿐만 아니라, 짧은-스트로크 호닝 기계 가공이 여기서 짧은 호닝 스틱들의 도움으로써 실행되고, 이러한 호닝 기계 가공은 상부 데드 센터 및/또는 하부 데드 센터의 영역만을 커버한다.
이중 확장부 및 두개의 축방향으로 오프셋된 커팅 그룹들을 갖는 환형의 툴이 사용될 때에 (예를 들면, 도 4a 및 도 4b 를 참조), 상응하는 표면 기계 가공들이 마찬가지로 가능하다. 예를 들면, 제 1 환형의 커팅 그룹에 있어서, 전체 보어 길이의 긴-스트로크 기계 가공은 이때, 예를 들면, 제 2 커팅 그룹에 있어서, 짧은-스트로크 기계 가공은 상부 데드 센터가 상부 데드 센터의 영역에서 특정한 구조를 생성하도록 상부 데드 센터의 영역에서 실행되기 전에 실행될 수 있다.
작업 스핀들의 스트로크 진동수와 회전 진동수 사이의 비의 상응하는 가변적인 제어의 경우에서조차, 간단한 방식으로 또한 그러한 스트립 호닝이 상이한 축선 보어 섹션들에서 상이한 호닝 각도들로 실행되는 결과를 달성하는 것이 가능하다 (DE 10 2007 032 370 A1 의 도 4a 및 도 4b 를 참조).
Claims (15)
- 적어도 하나의 호닝 작업의 도움으로 작업편에서의 보어의 내부 표면을 기계 가공하는 호닝 방법, 특히 피스톤 엔진들을 왕복 운동시키기 위해 실린더 블록들 또는 실린더 라이너들의 제조 중에 실린더 면들을 호닝하는 호닝 방법으로서,
호닝 작업 중에, 확장 가능한 호닝 툴은 상기 보어의 축방향으로 왕복 운동을 발생시키도록 상기 보어 내에서 위아래로 이동되고 동시에 상기 왕복 운동과 조합된 회전 운동을 발생시키도록 회전되고,
원형의 실린더 형상으로부터 벗어난 보어 형상이 제조되고,
보틀-형상의 보어가 제조되고, 상기 보틀-형상의 보어는 보어 유입구 다음에 제 1 직경을 구비한 제 1 보어 섹션, 상기 보어 유입구로부터 떨어진 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 구비한 제 2 보어 섹션 및 상기 제 1 보어 섹션과 상기 제 2 보어 섹션 사이에서 상기 제 1 직경으로부터 상기 제 2 직경으로의 연속적인 전이부를 구비한 전이 섹션을 갖고,
적어도 하나의 호닝 작업 중에, 환형의 툴 (200, 300, 400) 이 사용되고, 상기 환형의 툴은 툴 본체의 원주 주위에 분포되고 원주 방향으로 넓고 축방향으로 협소한 호닝 세그먼트들로서 구성된 복수의 방사상으로 인피드 가능한 (infeedable) 커팅 재료 본체들을 구비한 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹 (220, 320, 420) 을 갖고,
축방향으로 측정된 바와 같이, 상기 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 원주 방향에서 측정된 폭보다 작고, 커팅 재료 본체들이 구비된 커팅 영역의 축방향 길이는 상기 호닝 툴의 유효 외측 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 호닝 방법. - 제 1 항에 있어서,
우선 원형-원통형 보어 형상을 갖는 보어가 생성되고, 그 후에 보틀 호닝 작업에서, 보틀-형상의 보어 형상은 축방향으로 변하는 호닝 제거법에 의한 호닝을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 호닝 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 보틀 호닝 작업 중에, 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹을 갖는 확장 가능한 호닝 툴이 사용되고,
상기 커팅 그룹의 호닝 세그먼트들은 스트로크 포지션에 종속된 상기 보틀 형상에 따라 하향으로의 스트로크 중에 방사상으로 인피딩되고 스트로크 포지션에 종속된 상기 보틀 형상에 따라 상향으로의 스트로크 중에 방사상으로 수축 (retract) 되는 것을 특징으로 하는, 호닝 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 보틀 호닝 작업 중에, 호닝 스틱들을 구비한 확장 가능한 호닝 툴이 사용되고, 상기 호닝 스틱들의 길이는 상기 보어의 길이의 50% 보다 길고,
제 1 페이즈에서, 상기 호닝 툴은 제 1 스트로크 포지션의 상부 반전 지점과 하부 반전 지점 사이에서 위아래로 이동되고, 그 후에 제 2 페이즈에서, 상기 상부 반전 지점은 상기 하부 반전 지점의 방향으로 증가하게 변경되고, 그 결과 상기 스트로크 포지션은 상기 제 2 보어 섹션의 영역에서 제 2 스트로크 포지션의 방향으로 시프트되고, 그 후에 제 3 페이즈에서, 상기 호닝 툴은 상기 제 2 스트로크 포지션에서 위아래로 이동되는 것을 특징으로 하는, 호닝 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 보틀 호닝 작업 후에, 상기 전이 영역에서 상기 보어 프로파일을 평활화하기 위한 평활 호닝 작업이 실행되고,
상기 평활 호닝 작업 중에, 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹을 갖는 확장 가능한 호닝 툴이 사용되고, 바람직하게 상기 평활 호닝 작업 중에, 상기 커팅 재료 본체들은 상기 보어의 상기 내부 표면 상에 일정한 인피드력으로 가압되는 것을 특징으로 하는, 호닝 방법. - 특히 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 따른 호닝 방법을 실행하기 위한 호닝 툴로서,
상기 호닝 툴은 툴 축선을 규정하는 툴 본체 (210, 310, 410),
상기 툴 본체에 부착되고 보어의 내부 표면의 재료-제거 기계 가공을 위한 커팅 재료 본체들을 갖는 적어도 하나의 커팅 그룹 (220, 320, 420), 및
상기 커팅 그룹의 상기 커팅 재료 본체들 상에서 상기 툴 축선에 대해 방사상으로 작용하는 인피드력을 가하기 위해 상기 커팅 그룹에 할당된 커팅 그룹 인피드 시스템을 구비하고,
상기 호닝 툴 (200, 300, 400) 은 환형의 툴로서 구성되고 상기 툴 본체의 원주 주위에 분포되고 원주 방향으로 넓고 축방향으로 협소한 호닝 세그먼트들로서 구성되는 세개 이상의 방사상으로 인피드 가능한 커팅 재료 본체들 (220-1, 220-2, 220-3) 을 구비한 적어도 하나의 환형의 커팅 그룹 (220, 320, 420) 을 갖고,
축방향에서 측정된 바와 같이, 상기 호닝 세그먼트들의 축방향 길이 (LHS) 는 원주 방향에서 측정된 폭보다 작고, 상기 커팅 재료 본체들이 구비된 상기 커팅 영역의 축방향 길이는 상기 호닝 툴의 유효 외측 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항에 있어서,
상기 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 상기 호닝 툴의 유효 외측 직경의 30% 보다 작고, 특히 상기 유효 외측 직경의 10% 내지 20% 이고, 및/또는 상기 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 의 범위 내에 있고, 및/또는 상기 호닝 세그먼트들의 축방향 길이는 호닝될 상기 보어의 보어 길이의 10% 보다 작은 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
환형의 커팅 그룹 (220, 320, 420) 의 원주의 반보다 많은 부분, 특히 상기 원주의 70% 보다 많은 부분이 커팅 재료 본체들로 점유되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 8 항 중 한 항에 있어서,
커팅 그룹은 세개, 네개, 다섯개 또는 여섯개의 호닝 세그먼트들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 9 항 중 한 항에 있어서,
상기 커팅 그룹 (220, 320, 420) 은 상기 커팅 그룹이 상기 툴 본체의 스핀들-리모트 반부에만 위치되는 방식으로 상기 툴 본체의 상기 스핀들-리모트 단부에 근접하게 배열되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서,
상기 환형의 툴 (200, 300) 은 바람직하게 상기 툴 본체 (210, 310) 의 자유 단부에 배열되는 단일한 환형의 커팅 그룹 (220, 320) 을 갖는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 11 항 중 한 항에 있어서,
환형의 커팅 그룹 (320) 은 서로 독립적으로 인피드 가능한 두개의 그룹들의 호닝 세그먼트들 (320-1, 320-2) 을 갖고,
상기 두개의 그룹들의 호닝 세그먼트들은 원주 방향으로 교호 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서,
상기 환형의 툴 (400) 은 제 1 환형의 커팅 그룹 (420-1) 및 상기 제 1 환형의 커팅 그룹에 대해 축방향으로 오프셋되어 배열되고 상기 제 1 환형의 커팅 그룹에 독립적으로 인피드 가능한 적어도 하나의 제 2 환형의 커팅 그룹 (420-2) 을 갖고,
바람직하게 상기 환형의 툴은 정확하게 두개의 환형의 커팅 그룹들을 갖는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 13 항 중 한 항에 있어서,
직경 측정 시스템의 하나 이상의 센서들은 상기 호닝 툴 상에 배열되고,
공압의 직경 측정 시스템의 측정 노즐들 (440) 은 각각의 경우에 바람직하게 인접한 호닝 세그먼트들 사이에서 상기 툴 본체에 부착되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴. - 제 6 항 내지 제 14 항 중 한 항에 있어서,
일체형의, 다축방향으로 이동 가능한 조인트, 특히 볼 및 소켓 조인트 (350) 가 상기 툴 본체 상에 제공되는 것을 특징으로 하는, 호닝 툴.
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