The surface modification of engine cylinder bores with improved sliding properties is often produced by the honing process. This multi-stage process is performed using abrasive stones loaded against ...the bore with simultaneous rotation and oscillation. To guarantee this process robustness with acceptable dimensional accuracy and surface quality, the stone dynamic effects in continuous balanced contact with the workpiece have to be studied deeply. This paper highlights these effects on honed surface textures. The stone dynamic behavior was studied at conventional regime ranged from 0.5g to 1.5g as often used in mass production. In this range, the dimensional accuracy is ensured by opposition to the surface appearance. However, higher accelerations up to 2.5g improve simultaneously the form quality (especially straightness) and reduce the cycle time. This work shows, at least, that the bore surface finish can be dynamically controlled while honing. This technology is enabled by a micro scale regeneration mechanism of abrasive stones.
► Impact of stroke dynamic on honed surface roughness ► Impact of stroke dynamic on honed surface texture ► Cylinder honed quality in function of honing process parameters
The paper discusses a flexible honing technology by describing the new prototype machine with its specificity. Three original methods produced by the flexible honing prototype have been studied. A ...path combines the two contemporary methods of industrial honing: the helical slide honing at 135° at the bottom of the cylinder and the conventional honing at 45° on the upper part. This method of honing shows the effectiveness of specific motion tracking to remove traces of inversions. Circular trajectories with large radii can be traveled quickly without consuming too much energy. The high cutting speed promotes the removal of material thus saving time. Finally, the multi-circle paths can get original textures thus proving the feasibility of all patterns.
Le procédé de rodage par pierres abrasives est actuellement utilisé pour produire en grande série des chemises de carter cylindre avec des propriétés fonctionnelles spécifiques. La qualité de forme, ...la rugosité et l'aspect des surfaces ainsi rodées déterminent grandement les performances mécaniques et écologiques des moteurs. Le processus de rodage, mécaniquement complexe, fait intervenir des machines complètement dédiées et optimisées pour les rodages classiques. Après une étude détaillée des machines de production actuelles, de leurs performances et de leurs limites, l'objectif de recherche de flexibilité du procédé pour l'industriel Renault s'est traduit par deux développements : une modélisation de l'abrasion avec une simulation du procédé pour mieux le comprendre et la conception d'un prototype de machine de rodage à hautes performances pour tester d'autres méthodes de rodage.La simulation est basée sur la double discrétisation de l'espace-et du temps et sur un modèle de coupe original. La discrétisation de l'espace permet de représenter à une échelle macroscopique le rodoir et la pièce à usiner et de tenir compte des contacts locaux entre eux. Les propriétés microscopiques et mésoscopiques de la surface rodée sont étudiées à cette échelle. La discrétisation temporelle autorise la prise en compte de la cinématique de la machine. Le modèle de coupe repose sur l'interaction des courbes de portance du rodoir et de la chemise. Son exploitation au niveau macroscopique permet de prédire l'enlèvement de matière, la force de contact locale ainsi que l'aspect de la surface rodée et leurs évolutions au cours du rodage. Cette simulation est validée par de nombreuses expériences.Ce document présente la conception, la réalisation et la mise au point d'un prototype de machine de rodage avec des actionneurs électriques à performances dynamiques élevées. Une commande numérique permet le pilotage synchronisé de la rotation et du battement et autorise l'interpolation de trajectoires. L'expansion radiale peut être pilotée en position ou en force. Nous avons proposé de nouvelles trajectoires originales dans l'objectif d'augmenter la productivité du procédé et dans le but de générer de nouvelles textures.
The honing process with abrasive stones is currently used to mass produce the liners cylinder block with specific functional properties. The quality of shape, the roughness and the textural appearance of honed surface determine the mechanical performance and ecological engines. The honing process is mechanically complex and involves machines completely dedicated and optimized for classical honing operations. After a detailed study of current production machines, their performance and their limitations, the research goal of flexible process for industrial Renault has led to two developments: a model of the abrasion with a process simulation to better understand and design of a prototype machine with high performance to test other methods of honing.The simulation is based on a space-time discretization and an original model of stock cutting. The space discretization is used to represent a macroscopic scale the honing tool and the workpiece and to take into account local contacts between them. Microscopic and mesoscopic properties of the honed surface are studied at this level. Time discretization allows taking into account the kinematics of the machine. The cutting model is based on the interaction of the bearing area ratio curves of the honing tool and the liner. Operation at the macroscopic level predicts the removal of material, the contact force and the local aspect of the honed surface and their changes during the operation. This simulation is validated by numerous experiments.This paper presents the design, the implementation and the development of a prototype machine with electric actuators for high dynamic performance. A digital controller allows the synchronized control of the rotation and stroke to allow trajectories interpolation. The radial expansion can be controlled in position or force. We proposed new original trajectories in the objective of increasing the productivity of the process and to generate new surface textures.
The honing process produces surface liners with specific functional properties. Engine performances and life expectancy are directly impacted by the quality of honed surface. The form quality, the ...roughness and the surface appearance manufactured by honing determine the friction of the piston in the liner. The process is however mechanically complex and the selection of the process parameters is currently based on empirical methods. The aim of this paper is thus to develop a macroscopic simulation environment which will help end-users during this setting-up stage. The development of this virtual tool is based on a space-time discretization and a macroscopic cutting model taking into account local contacts between the workpiece and the abrasive stones. The space-time discretization allows representing the machine environment including the tool, the workpiece and the machine kinematics. The cutting model allows converting kinematics and abrasive contacts in dynamic data and material removal rate by calculation. The cutting model is initially adjusted based on simple experiments. The stock removal equation is then extrapolated to the whole range of stone cutting conditions. This approximation allows simulating the real process and a whole honing cycle. Results are validated by comparison with industrial context experiments. The simulation of the whole honing cycle allows predicting the form quality, one of the roughness criteria and the surface appearance. Moreover, simulation results are represented by means of maps that allow looking at quality criteria for each point of the surface.
Le procédé de rodage par pierres abrasives est actuellement utilisé pour produire en grande série des chemises de carter cylindre avec des propriétés fonctionnelles spécifiques. La qualité de forme, ...la rugosité et l'aspect des surfaces ainsi rodées déterminent grandement les performances mécaniques et écologiques des moteurs. Le processus de rodage, mécaniquement complexe, fait intervenir des machines complètement dédiées et optimisées pour les rodages classiques. Après une étude détaillée des machines de production actuelles, de leurs performances et de leurs limites, l'objectif de recherche de flexibilité du procédé pour l'industriel Renault s'est traduit par deux développements : une modélisation de l'abrasion avec une simulation du procédé pour mieux le comprendre et la conception d'un prototype de machine de rodage à hautes performances pour tester d'autres méthodes de rodage.La simulation est basée sur la double discrétisation de l'espace-et du temps et sur un modèle de coupe original. La discrétisation de l'espace permet de représenter à une échelle macroscopique le rodoir et la pièce à usiner et de tenir compte des contacts locaux entre eux. Les propriétés microscopiques et mésoscopiques de la surface rodée sont étudiées à cette échelle. La discrétisation temporelle autorise la prise en compte de la cinématique de la machine. Le modèle de coupe repose sur l'interaction des courbes de portance du rodoir et de la chemise. Son exploitation au niveau macroscopique permet de prédire l'enlèvement de matière, la force de contact locale ainsi que l'aspect de la surface rodée et leurs évolutions au cours du rodage. Cette simulation est validée par de nombreuses expériences.Ce document présente la conception, la réalisation et la mise au point d'un prototype de machine de rodage avec des actionneurs électriques à performances dynamiques élevées. Une commande numérique permet le pilotage synchronisé de la rotation et du battement et autorise l'interpolation de trajectoires. L'expansion radiale peut être pilotée en position ou en force. Nous avons proposé de nouvelles trajectoires originales dans l'objectif d'augmenter la productivité du procédé et dans le but de générer de nouvelles textures.
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