CN102015166B - 用于产生具有预定粗糙度的表面的方法和刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生例如圆柱形的表面的方法，该表面具有适合于通过热喷射涂覆材料的、带有预定几何形状的表面结构。通过将沟槽横截面逐次地加工到最终尺寸，借助一优选构成为连续刀具(12)的刀具在待涂覆的基材的优选预加工到一定尺寸的例如圆柱形的表面中加工出较小深度和宽度的几何形状确定的沟槽结构。为了能大批量地以保持不变的质量加工表面，方法构成为，这样加工沟槽结构，即首先加工出槽底宽度比完成的沟槽(52)的槽底宽度小的基本沟槽(52B)。接着以非切削或切削的方式加工沟槽、例如基本沟槽的至少一个侧面(52-1&52-2)，以产生底切的沟槽横截面，其中通过加工产生的沟槽结构优选以这样的方式变形，即，通过材料镦锻使沟槽开口变窄。

Description

用于产生具有预定粗糙度的表面的方法和刀具
技术领域
本发明涉及一种用于产生具有预定粗糙度的表面、尤其是例如圆柱形的表面的方法，该表面具有适合于通过热喷射涂覆材料的、带有预定几何形状的表面结构。
本发明还涉及一种用于实施这种方法的刀具以及一种用于实施该制造方法的装置。此外，适当的组合刀具包括珩磨机、设计成用于操纵该刀具的操纵装置以及用于有针对性且可再现地制造预定表面质量和表面几何形状的机械加工方法都是本发明的组成部分。
背景技术
为解决规定的技术问题，尤其是摩擦学的问题，常常希望用具有完全确定的、与相应使用条件最佳匹配的特性的材料来涂覆载体材料的表面。与要么机械地、要么通过粘结连接或者钎焊连接将多个组分连接到一起的解决方案相比，这种涂层具有极其紧凑的结构方式的优点，与相邻材料的较大接触面相结合，由此这种连接技术尤其适合于热学要求高的部件。通过涂覆获得了非常好的材料接合，因此能够特别良好地排出热能。
在金属材料领域中，这种涂层通常通过所谓的“热喷涂”施加，其中，在此除了较早时期的所谓火焰喷涂外，常常使用所谓的等离子喷涂或电弧喷涂。在此，将具有高热能和动能的粉末颗粒和/或金属丝颗粒抛到或喷涂到待涂覆的基材的表面上，并在温度降低后在那里形成希望的涂覆层。
除了精确地保持工艺参数以避免所谓的形成孔隙，亦即避免嵌入不再能填充的空腔或者所谓的“喷涂过量”，在该喷涂过量中一部分未熔化的微粒不是粘附在基材上而是弹回，对于可靠地利用该制造方法决定性地取决于涂层和基材之间的机械夹紧，以便实现层粘附足够高的水平。在这种情况下存在这样的需求，即，构造具有预定几何形状的表面结构的基材表面，使得涂层在整个待涂覆的表面上均匀地机械接合(Verzahnung)。在此已经证明，例如通过喷砂或喷水来打毛和/或激活基材表面是不够的。
例如当圆柱曲轴箱配设适当的、通过热喷射施加的涂层时，产生耐磨并且摩擦小的工作面。
被施加的基体材、例如钢基体材在使用中经受并非不显著的机械应力，从而对于提供足够的寿命重要的是，涂层与例如形式为铝铸件的基材固定连接。尤其重要的是，这样加工待涂覆的材料的表面，使得形成具有精确限定的几何参数的、特别好地适于热喷射的表面，其中必须注意，制造过程设计成使得能够以最小的偏差可再现地制造希望的表面结构，以便保证足够的连接。
在这方面已经考虑，借助于一连续刀具以切削方式这样加工基材表面、例如是铝铸件的表面，即，将沟槽横截面逐次地用依次嵌接的切削齿加工到最终尺寸。尽管通过迄今为止设计的这种类型的刀具追求在例如铝铸件的、预加工的圆柱形表面中加工出结构。然而实践表明有这样的问题，即，这些结构不能以保持相同的质量和形状精度加工到基材中。接着通过热喷射施加的涂层的粘附在过宽的区域中发生变化。迄今为止，这种方法不能应用于大批量生产。
发明内容
因此，本发明的目的是，以这样的方式进一步扩展用于产生具有预定表面结构的、例如圆柱形的表面的方法，该表面具有适合于通过热喷射来涂覆材料的、带有预定几何形状的表面结构，其中，通过将沟槽横截面逐次地加工到最终尺寸，借助一刀具在预加工到一定尺寸的基材表面中加工出较小深度和宽度的、几何形状确定的沟槽结构，即，该方法能用于大批量生产对于热喷射优化准备的基材表面。另一目的在于，提供一种用于实施该方法的刀具，利用该刀具能够特别经济地、高精度地并且以小的形状波动制造基材表面，该基材表面以优化的方式为通过热喷射涂覆材料而准备。
最后，本发明的目的还在于，提供一种用于在使用按本发明的刀具的情况下实施所述方法的装置。
所述目的就方法而言通过如下所述的方法步骤实现，即：在例如圆柱形的基材表面中这样加工沟槽结构，即，首先在基材表面中加工出槽底宽度比完成的沟槽的槽底宽度小的基本沟槽，接着以非切削或切削的方式用同一刀具加工沟槽、例如基本沟槽的至少一个侧面，以产生沟槽横截面、尤其是底切的沟槽横截面；就刀具而言通过如下所述的特征实现，即，该刀具带有支架部分，在该支架部分上布置有至少一个例如基本上长方体形的成型和切削刀片，它在能平行于待加工的圆柱形的基材表面定向的侧棱边上具有至少三个梳状前后相继的齿，这些齿中的第一齿构成具有第一齿横截面和第一超出尺寸的预加工和安全齿，至少一个相邻的第二齿构成具有比第一横截面大的第二齿横截面和比第一超出尺寸大的第二超出尺寸的槽预加工齿，而至少一个与第二齿相邻的第三齿构成具有至少一个侧向倾斜的侧面的成型齿(例如燕尾齿)，齿顶在所述侧面上增加到比此前处于嵌接中的齿的齿顶宽度大的宽度；以及就装置而言通过如下特征实现，即，用于在使用本发明的能旋转驱动的刀具和/或能旋转驱动的工件的情况下实施按本发明的方法的装置包括一刀架，该刀架具有至少两个运动自由度，其中一个运动自由度确定刀具和/或工件平行于刀具或工件的转动轴线的进给方向，而另一个运动自由度确定与此成角度延伸的切深进给方向，进给能与刀具和工件之间的相对转速相协调。
按照本发明，以这样的方式制造基材表面中的沟槽结构，即，首先在例如圆柱形的基材表面中加工或切出或成型槽底宽度比制成的沟槽的槽底宽度小的基本沟槽。接着将该基本沟槽以切削或非切削的方式按这种方式继续加工，即，至少在加工到基材中的沟槽的一侧或一个侧面上获得这样的轮廓，该轮廓对于热喷射的后续方法步骤优化地准备。优选以这样的方式加工沟槽的至少一个侧面，即，使得获得加工到表面中的沟槽的底切或底切状的变窄部。由于沟槽的该变窄部实现，在基材和涂层之间提供特别牢固的夹紧。通过该分步地加工沟槽结构能保证，在后续嵌接的齿或刀刃上出现保持不变的力。
按照一种有利的构造，刀具可以构成为连续刀具。
尤其有利的是，使以非切削或切削方式加工出的沟槽以这样的方式变形，即，通过材料镦锻使加工出的沟槽开口变窄。该材料镦锻可以有利地与制造沟槽轮廓同时地并且优选以相同的刀具产生。通过这种方式获得特别有效的底切，以牢固地夹紧待涂覆的喷射层和圆柱形表面。
在实验中表明，这种类型的沟槽侧面加工可靠地保证在刀具的各侧面不出现所谓的“粘涂(Aufschmierung)”，这尤其是在加工较软的材料例如铝时对于待产生的沟槽结构的成型精度是负有责任的。通过这种方式可以例如在圆柱形的内表面中制造槽底宽度达0.18mm、深度为约0.14mm、沟槽斜度(沟槽螺旋导程)为约0.7mm、槽几何形状保持不变的底切的沟槽，在此甚至实现将沟槽的朝向待涂覆的材料的开口限制在0.12mm的宽度。因此，为通过热喷射涂覆材料例如为等离子喷射和电弧喷射创造特别有利的前提条件。
所述方法的一种特别有利的扩展方案是：在一个工序中用一个刀具以不同的切削和变形操作实现沟槽的加工。在此，例如可以借助于一连续刀具以最简单的运动学并因此迅速且经济地产生希望的表面结构。
按本发明的分阶段的加工以形成最终的沟槽轮廓使得在宽的界限内优化沟槽结构的表面、即沟槽的沟槽侧面和/或基底，以便优化基材和待涂覆的材料之间的接合。这例如由此实现，即，加工的表面按下述内容设有微结构，即，在产生沟槽横截面时进行切削和变形过程，使得在去除材料时将表面打毛并且产生微结构部和/或微底切和/或微粗糙度。
按本发明的、用于实施所述方法的刀具的特征在于，在例如长方体形的成型刀片和切削刀片的加工沟槽结构的各齿之前连接一预加工和安全齿，该预加工和安全齿具有比后续的槽加工齿或成型齿小的超出尺寸。因此，预加工和安全齿可以用于在插入圆柱形的基材表面时引导并稳定成型和切削刀片。连续刀具的各齿以这种方式以较大的精度与待加工的基材嵌接。通过分步加工沟槽结构还可以保证在后续嵌接的齿或刀刃上出现保持不变的力。因此，不仅改善了待制造的沟槽结构的精度，而且也可以更好地控制刀具的极其小的齿的应力。这样构造的刀具因此尤其是与最小量润滑(MMS)结合地不再倾向于在精细的齿部区域内出现前述的“粘涂”，使得首次实现大批量制造具有小公差的几何形状的希望的微-沟槽结构。
所述方法和刀具的有利的进一步扩展是各从属要求的内容。
原则上，按本发明的方法可应用于待涂覆的基材的任意表面结构。然而当待涂覆的表面由圆柱形的基材表面形成时，便获得该方法的一种特别高效的实施形式。在这种情况下，可以这样制造沟槽结构，即，通过使用一个刀具来在圆柱形的基材表面中加工至少一个螺旋形的沟槽，该刀具类似于螺纹切割刀具那样带有梳状且冗余地依次布置的、不同横截面的齿，这些齿逐次地加工同一个沟槽。在此有利的可以是，在圆柱形的基材表面中成型或排挤出基本沟槽(将基本沟槽加工、例如成型到基材表面中)。然而，同样可以以切削方式制造该基本沟槽。
前述的沟槽结构为准备热喷射这样地构造，使得沟槽具有非常小的深度和宽度。相应地，用于制造沟槽结构的刀具也须构造为精细的。如果据此扩展该方法，即通过在圆柱形的表面中加工出至少一个螺旋形的沟槽来产生沟槽结构，则唯一一个成型或切削部件对于制造沟槽结构就足够，该成型或切削部件装备有梳状布置的齿，以便产生沟槽结构。然而同样也可以在表面中加工一个多线基本沟槽以及多个带有底切的沟槽横截面的沟槽。因为加工或切削的各工序冗余地构成，所以获得了特别的优点，即，即便在刀具磨损时也能制造保持不变的沟槽几何形状。
如果将加工基本沟槽和/或完成的沟槽结构(切削和变形操作)的方法步骤分为多个子步骤，则可以还要更好地控制作用到刀具的齿上的力。因为加工或切削的各工序因此冗余地构成，所以获得了特别的优点，即，即便在刀具磨损时也能制造保持不变的沟槽几何形状。
通过下述方法的扩展方案获得了一种特别有利的基材表面，该基材表面具有对于接下来通过热喷射涂覆材料优化的结构，即，在圆柱形的表面中在之前产生的所述至少一个沟槽之间用同一刀具成型出中间沟槽，由此底切式地在之前制造的沟槽结构中产生多个材料变形部。通过成型、即通过在要设有沟槽结构的基材表面内挤压基材，不仅产生中间沟槽，该中间沟槽增大基材和待通过热喷射涂覆的材料之间的接触面。此外，对沟槽凹部之间的基材材料的挤压还引起，使沟槽开口变得足够窄，以便喷射层能够特别有效并且强化地与基材材料夹紧。
刀具可以构成为单纯的成型刀具、切削刀具或珩磨刀具，或者也可以构造成这样的刀具，该刀具组合不同的加工方式、例如切削和成型或者珩磨和成型或者切削和珩磨。例如有利的也可以是，利用带有可径向调节的刀具插入件借助扩张锥来定位切削的珩磨刀具如内珩磨头的刀具结构。在作为珩磨刀具的构造中，优选使用多个均匀分布在圆周上的切削部件例如珩磨条，所述珩磨条用作用于磨料、即磨粒的支架，磨粒优选由金刚石(PKD)或氮化硼或其它类似形状稳定的材料形成。从结合部(陶瓷的、金属的或合成树脂)突出的磨粒在这种情况下还具有预定的几何形状，该几何形状以预定的方式在珩磨条的轴向长度上改变，使得能够在轴向进给运动与珩磨条和基材之间的相对转动运动协调的情况下实现上述分级地加工限定的沟槽结构。
按照一种变型方案也可以规定，珩磨条在相对于基材表面的轴向相对运动期间经历径向的切深进给运动，使得由珩磨条的在先的部段制出的沟槽被逐渐磨削到完全的深度。
通过按照珩磨刀具的模式的刀具结构，沟槽变得更陡并且也能够由于珩磨刀具的通常设置的来回运动而交叉。原则上甚至可以这样构造珩磨条，即，在磨粒的后面以预定、与珩磨过程中的运动学相协调的位置关系连接挤压凸起，使得结合如下所述的类似底切的槽变窄也能通过材料挤压进行，即：使通过加工产生的沟槽结构以这样的方式变形，即，通过材料镦锻使沟槽开口变窄。
在实验中可表明，对于在热喷射中涂覆的层的良好且持久的粘附最重要的参数是层和基材之间的机械夹紧力。通过如下所述的方法的扩展方案(即，在圆柱形的表面中在之前产生的所述至少一个沟槽之间用同一刀具成型出中间沟槽，由此类似于底切地在之前制造的沟槽结构中产生多个材料变形部)或通过如下所述的刀具的扩展方案(即：与所述至少一个例如构成为燕尾齿的成型齿相邻地，在背离安全齿的一侧附加地构造有挤压齿，该挤压齿在预定的长度上具有与安全齿相当的超出尺寸并且优选在该挤压齿的中间部段具有优选倒圆的凸起)可以确保该机械接合，即便在基材表面中制出的沟槽的至少一个侧面仅微弱或甚至没有底切。
用于实施所述方法的刀具的扩展方案保证，刀具以及尤其是使用的长方体形的成型和切削刀片获得特别大的标准路程(Standweg)。当例如设有多个优选相邻的成型切削或排挤齿，通过这些齿能够加工待形成的、例如底切的沟槽的相继不同的侧面时，在各个齿上产生较小的切削力并因此获得刀具较长的寿命。
通过如下所述的扩展方案(即：与所述至少一个例如构成为燕尾齿的成型齿相邻地，在背离安全齿的一侧附加地构造有挤压齿，该挤压齿在预定的长度上具有与安全齿相当的超出尺寸并且优选在该挤压齿的中间部段具有优选倒圆的凸起)，刀具成为切削和成型刀具。通过挤压齿的恰当构造，亦即通过挤压齿在预定的长度上获得与安全齿相应的超出尺寸，由倒圆的凸起挤压出的材料被强制地挤向底切的沟槽，由此附加地使朝向待涂覆的材料的沟槽开口变窄。挤压齿的超出尺寸以及因此安全齿的超出尺寸优选确定成，使得成型和切削刀片能够以窄的间隙配合或略微的过盈配合插入准备好的孔中、即插入准备好的基材孔中。安全齿的宽度优选等于所述至少一个槽预加工齿或至少一个成型齿(例如燕尾齿)的宽度的数倍。通过这种方式进一步改善成型和切削刀片的导向并因此改善刀具的加工精度。
如上面已经述及的那样，在制造具有精确预定的几何形状的沟槽结构时重要的是，以最高的精度这样制出沟槽，使得即使在成型和切削刀片的长的标准路程之后在齿之间也不产生不受控制的基材沉积、即没有所谓的“粘涂”，这尤其是在加工较软的材料如铝时会导致已形成的沟槽几何形状的较大波动和形状偏差。业已证明，尤其是通过如下所述的刀具结构可靠地实现在批量生产中在确保刀具大的标准路程的情况下以保持不变的质量制造沟槽结构，即：各所述成型齿由耐磨材料、优选钢或硬质材料制成；或者各成型齿构成在切削插入件中，该切削插入件具有棱柱或长方体块的形状并且由复合件形成，在该复合件中，硬质材料刀片、例如PKD刀片位于例如由硬质合金制成的支架上、优选以硬钎焊方法固定在支架上，各所述成型齿延伸越过这两种材料的分界缝。
当切削插入件如下所述地(即：各成型齿构成在切削插入件中，该切削插入件具有棱柱或长方体块的形状并且由复合件形成，在该复合件中，硬质材料刀片、例如PKD刀片位于例如由硬质合金制成的支架上、优选以硬钎焊方法固定在支架上，各所述成型齿延伸越过这两种材料的分界缝)由复合件形成，在该复合件中例如由多晶金刚石(PKD)制成的硬质材料刀片位于支承件上、优选硬质合金支架上时，能够极其精细地以最大可能的精度构造所述齿，使得尤其是在出现最小切削体积或切削横截面积的位置处形成最佳的切削。尽管如此，刀具可被最高地加载，因为支承硬质材料或PKD刀片的支架或硬质合金支架给刀具提供了必需的稳定性、刚性和弹性。各齿优选侵蚀到复合刀片中。通过这种方式毫无问题地实现超过硬质合金支架和PKD-刀片之间的分界缝无级地构造成型齿。
通过按如下的扩展方案获得了成型齿的有利的精确可调性，由此实现在以高精度制造的齿上应力保持尽可能均匀，即：所述切削插入件形锁合地固定、优选钎焊在例如构成为转位式刀片的刀片中；和/或所述刀片由一刀匣支承，该刀匣能这样调整地位于刀具模块上，使得切削插入件能基本上平行于待加工的圆柱形的表面定向。
附图说明
以下根据示意性附图详细说明本发明的多个实施例。在图中示出：
图1是用于产生圆柱形内表面的刀具的第一种实施形式的侧视图，该圆柱形内表面具有为通过热喷射涂覆材料而准备好的、预定几何形状的表面结构；
图2是按照图1的刀具按图1中的“II”的正面视图；
图3以显著放大的比例示出转位式切削刀片按“III-III”的剖视图，该转位式切削刀片装备有用于产生表面结构的切削插入件；
图4是转位式切削刀片按图3中的“IV”的俯视图；
图5以显著放大的比例示出按图4的实施形式的切削插入件的俯视图；
图6是按图5中的“VI-VI”的剖面图；
图7是按图5中的“VII-VII”的剖面图；
图8是按图5中的“VIII-VIII”的剖面图；
图9是带有改型的切削插入件的转位式切削刀片的另一种实施形式的类似于图3的视图；
图10以显著放大的视图示出可通过所述刀具制造的基材表面结构的局部剖视图。
具体实施方式
以下说明刀具，通过该刀具可以这样加工基材的圆柱形内表面、尤其是在圆柱曲轴箱中加工准备或预加工到一定尺寸的孔，使得能够通过热喷射方法在批量生产中施加层。通过这种借助所谓热喷射的材料涂覆，应形成例如由包含微量的其它元素的钢制成的衬套，更确切地说形式为带有嵌入的氧化窝(Oxidnester)和非常细小的气孔的基材。所述层的完成的尺寸应为0.1至0.2mm，其中，在珩磨该层之后产生具有非常细小的气孔的、非常光滑的表面。
为了通过热喷射施加的材料良好地粘附在基材、亦即铝铸件材料上，必需给基材配备有特殊的表面，以便能够可再现地并且以均匀好的质量实现在通过热喷射涂覆的材料层和铝铸件之间的在整个基材表面上的接合。当制造内燃机的气缸套时，铝铸件基材的圆柱形内表面例如便具有约130mm的轴向长度，其中，必须保持极其小的圆柱形状公差和表面粗糙度。在此按照本发明的刀具设计成，使得它在已经非常精确的预加工的圆柱形基材表面中加工出至少一个具有预定几何形状的螺旋形的沟槽，这将在以下详细说明。
整个刀具在图1中用附图标记12标出。其具有一带有空心锥柄(HSK)的切削柄14，在该切削柄上连接一基体16。刀具12的轴线用18标出，而由附图可看出刀具12是极其坚固且形状稳定的刀具，这是能够以预定的圆柱形状精度加工铝铸件的圆柱形内表面的前提。
刀匣22位于用20标出的凹陷中，该刀匣基本上具有长方体的形状并且借助一夹紧螺钉24相对凹陷20的两个相互成角度的内表面张紧。用附图标记26标出偏心销，这些偏心销能够借助恰当的工具例如借助内六角扳手扭转，以使刀匣22关于轴线18定向。显然应理解为，夹紧螺钉24带有间隙并且与凹陷20的两个贴靠表面成角度地穿过刀匣中的相应的孔，以便能够实现刀匣22的这样的精调整。
用附图标记28标出螺纹销，该螺纹销(没有详细示出)支撑在凹陷20的支承面30上，使得刀匣22能够在贴靠在凹陷20的位于径向内部的支承面上的情况下在平行于轴线18的平面内枢转。
也可以规定，借助于没有详细示出的调节螺栓可沿轴向调整地、优选可精调整地保持刀匣22，该调节螺栓与刀匣22的端面32贴靠接触并且基本上能够径向压入或拧入基体16中。
刀匣22在其一侧支承一转位式切削刀片34，该转位式切削刀片借助一中央的固定螺钉36可拆卸地固定在刀匣22上，该固定螺钉与转位式切削刀片的缺口35共同作用。
转位式切削刀片34由合适的支架材料、例如钢、尤其是工具钢制成。然而，该转位式切削刀片在平行于刀具轴线18并因此可朝向待加工的圆柱形基材表面定向的侧棱边38上支承一切削插入件40，该切削插入件基本上在转位式切削刀片34的整个长度上延伸。以下参照图3和4说明细节：
可看出，转位式切削刀片34在侧棱边38的区域内具有一个由两个相互成直角的面42、44形成的凹部，带有基本上正方形横截面的长方体形状的切削插入件40优选通过硬钎焊固定地插入该凹部中。图3和4以显著放大的比例示出带有切削插入件的转位式切削刀片。然而由图示可看出，转位式切削刀片34仅具有约4mm的厚度D34并且具有约9.5mm的棱边长度。棱边长度为约1.1mm的切削插入件40的横截面是相应小的。
切削插入件40构成为复合件，其中，一个由多晶金刚石(PKD)制成的切削刀片48固定地位于一个硬质合金支架46上。部分46和48之间的连接借助于硬钎焊实现。硬质合金支架46和切削刀片48或PKD-切削刀片48之间的分界缝用附图标记50标出。
尤其是由按图4的视图可看出，PKD-切削刀片48比硬质合金支架46的棱边长度短了一个尺寸K，由此实现消除在较脆的PKD-切削刀片48上的损坏危险。在图4中以阴影线表示出PKD-切削刀片。
此外可看出，切削插入件40配备有极其精细的齿部，所述齿部能实现例如在具有任意直径例如内燃机气缸孔径的铝铸件的圆柱形表面中加工具有精确预定的几何形状的沟槽结构。在此，应产生至少一个沟槽，所述沟槽类似于螺纹地在圆柱形基材表面的整个轴向长度上延伸并且例如具有小于0.15mm的深度T(见图10)和数量级最大为0.2mm的宽度B。沟槽52的导程S约为0.5至0.8mm(见图10)。
为了制造具有按图10的几何形状的该沟槽52，切削插入件40装备有专门的齿部，下面将参照图5至8详细说明该齿部。
图5至8以显著放大的视图示出切削插入件40的俯视图和剖视图。切削插入件40的整个长度L约为9至10mm。切削插入件40的宽度B40与总高度H40一样约为1mm。由按图6至8的视图可看出，PKD-切削刀片48仅具有约0.3至0.4mm的厚度H48，而硬质合金支架46具有0.6到0.7mm之间的厚度H46。用附图标记54-1至54-10标出的齿优选在切削插入件40的整个高度上侵蚀到该切削插入件的侧表面中而成，更确切地说具有以下的几何形状：
首先一个安全齿54-1位于轴向在先的端部区域上，该安全齿从齿根伸出尺寸V54-1。尺寸V54-1选择成使得安全齿54-1的齿顶在刀匣22完成调整时基本上处于气缸工作面直径之上，也就是待涂覆的基材的预加工的内径之上。尺寸为B54-1的安全齿的宽度约为0.3mm。
与安全齿54-1相邻地，分别以螺旋导程S的间距跟随有两个预加工齿54-2和54-3。预加工齿54-2具有明显较窄的齿横截面，然而它以较大的超出尺寸V54-2从切削插入件40的棱边伸出。换句话说，第一预加工齿54-2伸入预加工的基材表面中一个预定的尺寸并且产生在图10中用点划线52B标出的基本沟槽。
然而，第一预加工齿54-2的形状是这样的，即，齿顶的宽度B54-2小于完工的沟槽52的宽度B(见图10)。超出尺寸V54-2也选择成使得它还没有达到沟槽52的最终轮廓的直径DF。基本沟槽用第二预加工齿54-3才切削到完全的深度T(见图10)，其中然而沟槽的宽度基本上保持在第一预加工齿54-2的尺寸B54-2。
分别错开待制造的沟槽52的导程S地跟随有所谓的成型齿，这些成型齿在以下称为“燕尾齿”54-4至54-7。然而应强调，这些成型齿不必强制具有在插入基材中时产生被底切的沟槽的侧面。此外，成型齿既可以以切削方式工作、也可以以非切削方式工作。
在所示的实施例中，燕尾齿54-4至54-7将之前成型的基本沟槽在沟槽底部的区域内逐次地扩宽到最终尺寸B(见图10)。在此，燕尾齿54-4和54-5将沟槽在一个侧面成型、即切削成底切的沟槽形状，而后续的燕尾齿54-6和54-7通过执行切削加工使沟槽的另一侧面成型。通过最后的燕尾齿54-7的嵌接，提供具有按图10的轮廓(也就是具有深度T和槽底宽度为尺寸B)的、底切的沟槽52。替代切削，也可以通过成型齿进行非切削的变形。
一个所谓的打毛齿54-8也错开沟槽导程S地跟随最后的成型齿或者说燕尾齿54-7，该打毛齿以其齿顶产生槽纹，也就是带有在1/100stelmm范围内的限定沟槽深度的粗糙部56。
一个所谓的清洁齿邻接打毛齿54-8或以下要继续说明的挤压齿54-10，通过该清洁齿能够清除在切削的沟槽中可能的切屑残余。该清洁齿用附图标记54-9标出，并且其齿高小于成型齿54-4至54-6的齿高，使得粗糙部56不再被接触。
设置的齿54-1至54-9的排通过一个所谓的挤压齿54-10结束。该齿具有齿顶宽度B54-10，该齿顶宽度等于预加工齿或成型齿的宽度的多倍。优选在具有超出尺寸V54-10的挤压齿54-10的中间，该超出尺寸基本上等于安全齿54-1的超出尺寸V54-1，挤压齿54-10形成一倒圆的凸起58，该凸起例如具有约0.15mm的宽度B58和约0.05mm的高度H58。因为挤压齿54-10的齿高V54-10选择成使得该齿高或多或少地接触基材的预加工到尺寸的内表面，所以挤压齿54-10以其凸起58侧向挤压基材的较软的材料、例如铝铸件的材料，使得底切的槽52在至内表面60的过渡区域中通过材料镦锻部62进一步变窄。此外，挤压齿保证可复制且补偿磨损的打毛深度。
如由前述说明可知，凸起58到清洁齿54-9具有与沟槽导程S不同的轴向间距A。它例如是沟槽导程S的1.5倍。
由图6至8的剖视图可知，齿54-1至54-10如何与基材进入嵌接。例如根据图6可看出，安全齿54-1的后角F54-1具有略大于0度的值。该后角甚至也可以是负的。当成型齿应切削加工基材的内表面时，后角F54-4无论如何都是正的。预加工齿、打毛齿54-8和清洁齿54-9的前角相应也是正的。与此相对地，挤压齿54-10的后角F54-10尤其是在凸起58的区域内明显较小。该后角甚至可以是负的，从而挤压齿54-10不以凸起58切削，而是从基材挤压材料或使材料变形。
此外，由按图6至8的视图可看出，切削插入件40的楔角基本上为90度，因此在所示的实施例中获得了略微负的前角。
如还由按图6至8的视图可见，齿54-2至54-9这样地加工到、优选侵蚀到切削插入件40中、也就是说带有钎焊的PKD-切削刀片的硬质合金支架中，使得在整个高度H40上获得保持不变的齿高。然而，这对于在安全齿54-1和挤压齿54-10区域内的齿结构是不适用的，在这些齿结构中齿高随着与刀刃角部的距离的增大而略微增大。
通过刀具的前述结构，在产生具有预定表面结构的圆柱形内表面时获得了以下作用方式。
刀具12以其轴线18与预加工的气缸工作面的轴线同心地定向，从而安全齿54-1的齿顶的径向距离基本上等于基材表面的气缸工作面直径的一半。当刀匣22事先已借助调整可能性(偏心销26、螺纹销28)这样地定向，即成型齿54-4至54-7的齿顶基本上平行于刀具轴线18定向成使得齿顶线垂直于待产生的螺旋形沟槽时，刀具可以伸进内孔中。接着，在刀具12和基材圆柱内表面之间产生相对转动运动，并且同时以这样的方式产生在刀具12和基材之间的轴向相对移动运动，其满足：
VR＝nR×S
其中，VR表示刀具12和基材之间的相对速度，而nR表示刀具和基材之间的相对转速。
以上在这样的构造中描述了在切削插入件14区域内的刀具或刀具的齿部，即，各齿在切削插入件40的整个高度H40上具有相同的横截面。然而在此处已经强调，这不必强制是这种情况。而是也可能的是，各齿、尤其是预加工齿54-2和54-3以及成型齿54-5至54-8至少在先行的侧面区域内底切，以便在切削槽轮廓时产生正的侧面前角。
一旦预加工齿54-2已经切削或成型出槽底宽度为尺寸B54-2的基本波纹，另一预加工齿54-3便起作用，该另一预加工齿将基本沟槽加工或切削到完全的深度T。也可以省略预加工齿54-3，结果第一成型齿54-4起作用。该第一成型齿54-4这样地切削底切的第一侧面52-1，使得产生略微加宽的槽底。用第二成型齿54-5继续切削该槽底，结果槽底在一侧被切削到完全的宽度B/2。接着，成型齿54-6和54-7分阶段地完成对另一底切的侧面52-2的切削，接着打毛齿54-8制造粗糙部56。
在以上说明的实施例中，预加工齿54-2如同预加工齿54-3那样构造为组合齿，该组合齿既进行切削又进行打毛。然而，同样可以将预加工齿54-2和54-3构造为成型或变形齿，也就是构造为仅挤压基材软材料的齿。
按图1至8的实施形式示出切削插入件40插入带有面42和44的矩形凹部(图3)中的情形，所述面定向成使得在切削插入件的长方体形构造时得到负的前角。因此，在图6-8中用虚线64示出一个面，该面在切削插入件40的上侧被相对于硬质合金支架46倾斜地去除材料时产生，由此能够形成正的前角。
在图9中示出刀具的一种变型方案，更准确地说，示出带有钎焊的切削插入件的转位式切削刀片的变型方案，其中，即便在硬质合金支架如PKD-切削刀片一样具有面平行的边缘面时，也能实现带有正的前角和正的楔角的小于90度的楔角，这保证简化的制造。为简化说明，与前述实施例的元件相当的那些部件用类似的附图标记表示，然而在前面带有“1”。
由图可见，转位切削刀片134具有用于切削插入件140的不同定向的凹部。尽管面142和144也重新相互垂直，但是底面144与按图3的实施形式的底面44相反地倾斜。当然后从带有硬质合金支架146和通过硬开槽(Hartnuten)固定在其上的PKD-切削刀片以及具有棱边长度H40的长方体形切削插入件140侵蚀出具有按图5的几何形状的齿时，可以用简单的制造技术措施在预加工齿和成型齿的区域内产生正的后角，而在安全齿和挤压齿的区域内通过相应控制侵蚀工具可实现减小的后角或负的后角。
在大范围试验中表明，按前述标准构造的刀具能够在铝铸件的预加工的圆柱形内表面中可再现地加工出具有按图10的几何形状的沟槽结构，其中，即便在刀具的长的标准路程之后也不出现铝粘涂。通过这种方式能够在铝铸件基材的内表面上创造一种尤其适于涂覆喷射层的表面。
在此，决定性地表明，构成为连续刀具的切削插入件能够极其精确地加工并且通过复合结构获得在决定性的位置改善的稳定性，从而切削能够精确并且在长的时间段内可靠地工作。此外，通过组合切削齿和挤压齿能够明显加强沟槽52的底切，使得涂覆的材料和铝基材之间的机械接合或夹紧得以明显改善。
当然，不偏离本发明的基本构思而与前述例子不同的方案也是可行的。例如替代硬质材料PKD，也可以使用其它硬质材料，例如立方氮化硼(CBN)或CVD-金刚石。也可以在切削区域内用其它硬质材料、如金属陶瓷材料加工。
本发明也不限于给圆柱形的内表面配设具有预定几何形状的沟槽结构。同样也可以给外表面或平的表面配设相应的沟槽结构，其中能够应用如前所述的方法。刀具在这种情况下将构成为一种刨刀或拉削刀具，其中按照连续刀具类型的各齿依次将沟槽加工到整个横截面。
前述的刀具具有基本上在周向延伸的齿，也就是说，切削插入件40被直地制齿。齿同样也可以略微倾斜。
与上述实施例不同，也可以设想，刀具12装备多个切削插入件，这些切削插入件分布在圆周上，在这种情况下，沟槽便可以按照多线螺纹的型式加工、亦即成型或切削到基材中。刀具的这种改型最终导致珩磨刀具的型式，其中，在待加工的表面的大部分或整个长度上延伸的珩磨条装备有适合的几何形状用于产生沟槽结构。
刀具也可以构成为单纯的成型刀具、切削刀具或珩磨刀具，或者构成为组合有不同加工形式(例如切削和成型、和/或珩磨和成型、和/或切削和珩磨)的刀具。例如也有利的可以是，利用带有径向可调整的刀具插入件的珩磨刀具例如内珩磨头的刀具结构借助扩张锥来定位切削。
在珩磨刀具的构造中，优选使用多个均匀地分布在圆周上的切削部件，例如珩磨条，所述珩磨条用作磨料、即磨粒的支架，磨料优选由金刚石(PKD)或氮化硼或其它类似形状稳定的材料形成。从结合部(陶瓷的、金属的或合成树脂)突出的磨粒在这种情况下附加地配设有预定的几何形状或空间造型，所述几何形状或空间造型以预定的方式这样地在珩磨条的轴向长度上改变，使得在轴向进给运动与在珩磨条和基材之间的相对转动运动协调的情况下可以进行上述的分阶段或逐渐地加工限定的沟槽结构。磨料的包络线在这种情况下例如是圆锥面，使得沿进给方向在前的磨粒比后续的磨粒较近地从结合部伸出。当珩磨条执行轴向往复运动时，该包络线由双锥面形成，该双锥体面轴向中央出发沿两个轴向渐缩。
按照一种变型方案也可以规定，珩磨条在相对于基材表面轴向相对运动时经历径向的切深进给运动，从而由珩磨条的在前的部段加工出的沟槽被逐渐磨削到完全的深度。在这种情况下，磨料的包络线可以由圆柱面形成。
通过按照珩磨刀具的模式的刀具结构，沟槽变得更陡并且也能够由于珩磨刀具的通常设置的来回运动而交叉。原则上甚至可以这样构造珩磨条，即，在磨粒的后面以预定的与珩磨过程中的运动学相协调的位置关系连接挤压凸起，使得如下所述的类似于底切的槽变窄也能通过材料挤压进行，即：使通过加工产生的沟槽结构以这样的方式变形，即，通过材料镦锻使沟槽开口变窄。
当按图1的刀具装备有唯一一个转位切削刀片时，有利的可以是，基体16在圆周上分布地装备有导引条，所述导引条保证刀具与安全齿共同作用地在基材孔中被可靠地导引。
为了不损坏气缸所需的形状精度，由图1可看出两个用附图标记68表示的平衡螺钉，通过这两个平衡螺钉能实现刀具的精细平衡。
在前述刀具的其它变型中也可以整体地、亦即也在底切的侧面的区域内成型沟槽。
因此，本发明创造了一种用于产生优选圆柱形的表面的方法，该表面具有适于通过热喷射涂覆材料的、带有预定几何形状的表面结构。在此，通过将沟槽横截面逐次地加工到最终尺寸，在待涂层的基材的优选预加工到一定尺寸的、优选圆柱形的表面中加工较小深度和宽度的、几何形状确定的沟槽结构。该加工例如借助一连续刀具实现。为了能够大批量地以保持不变的质量制造表面，所述方法构成为，使得以这样的方式加工沟槽结构，即，首先加工槽底宽度比完成的沟槽的槽底宽度小的基本沟槽。接着，以非切削方式或切削方式加工沟槽、例如基本沟槽的至少一个侧面，以产生底切的沟槽轮廓，其中优选使通过加工产生的沟槽结构以这样的方式变形，即通过材料镦锻使沟槽开口变窄。

Claims (22)

1.用于产生圆柱形的表面的方法，该表面具有适合于通过热喷射来涂覆材料的、带有预定几何形状的表面结构，其中，借助一刀具在预加工到一定尺寸的基材表面(60)中加工出较小深度(T)和宽度(B)的、几何形状确定的螺旋形地以确定的沟槽导程(S)延伸的微-沟槽(52)，其特征在于，通过将沟槽横截面逐次地加工到最终尺寸，借助连续刀具在一个工序中在圆柱形的基材表面(60)中加工沟槽(52)，所述连续刀具带有一排多个以沟槽(52)的导程(S)彼此错开的成型齿(54-2至54-8)，其中，首先在基材表面(60)中加工出具有槽底和两个沟槽侧面的、槽底宽度(B54-2)比完成的沟槽(52)的槽底宽度(B)小的基本沟槽(52B)，接着以非切削或切削的方式进一步加工沟槽，以产生底切的沟槽横截面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使通过加工而产生的沟槽结构以这样的方式同时变形，即，在同一工序中并用同一刀具通过材料镦锻使沟槽的沟槽开口变窄，其中产生能总是再现的打毛深度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将基本沟槽加工到基材表面(60)中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加工基本沟槽的步骤分为多个子步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在圆柱形的表面(60)中在之前产生的沟槽(52)之间用同一刀具成型出中间沟槽(66)，由此底切式地在之前制造的沟槽中产生多个材料变形部。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在产生底切的沟槽横截面的步骤之后连接这样一个方法步骤，在该方法步骤中在同一工序中以及用同一刀具清洁沟槽横截面。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加工干式地或者湿式地进行，加工既能用含油的冷却/润滑剂、含固体的冷却/润滑剂进行，也可以用含水的冷却/润滑剂进行。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以非切削或切削的方式用同一刀具加工基本沟槽的至少一个侧面(52-1，52-2)。
9.用于执行按权利要求1至8之一所述的方法的刀具，带有支架部分(12)，在该支架部分上布置有至少一个成型和切削刀片(34)，它在能平行于待加工的圆柱形的基材表面定向的侧棱边(38)上具有至少三个梳状前后相继的齿(54-1，54-2，54-4)，这些齿中的第一齿构成具有第一齿横截面和第一超出尺寸(V54-1)的预加工和安全齿(54-1)，至少一个相邻的第二齿构成具有比第一横截面大的第二齿横截面和比第一超出尺寸(V54-1)大的第二超出尺寸(V54-2)的槽预加工齿(54-2)，而至少一个与第二齿(54-2)相邻的第三齿(54-4)构成具有至少一个侧向倾斜的侧面(55)的成型齿(54-4)，齿顶在所述侧面上增加到比此前处于嵌接中的齿(54-2)的齿顶宽度(B54-2，B54-3)大的宽度(B)。
10.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，刀具构成为成型刀具、切削刀具或珩磨刀具。
11.如权利要求9或10所述的刀具，其特征在于，在槽预加工齿(54-2)和所述至少一个成型齿(54-4)之间构造有另一槽预加工齿(54-3)，该另一槽预加工齿具有基本上与成型齿(54-4)的超出尺寸(V54-4)一样大的超出尺寸(V54-3)，各槽预加工齿(54-2，54-3)和所述至少一个成型齿(54-4)的侧向间距(S)一样大。
12.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，设有多个成型齿(54-4至54-7)，利用所述成型齿能加工待形成的底切的沟槽(52)的不同侧面(52-1，52-2)。
13.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，与所述至少一个成型齿(54-4至54-7)相邻地，在背离安全齿(54-1)的一侧附加地构造有挤压齿(54-10)，该挤压齿在预定的长度(B54-10)上具有与安全齿(54-1)相当的超出尺寸(V54-10)并且在该挤压齿的中间部段中具有凸起(58)。
14.如权利要求13所述的刀具，其特征在于，所述凸起(58)与相邻的齿(54-9)的侧向间距(A)同其余齿的侧向间距(S)不相等。
15.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，安全齿(54-1)具有等于所述至少一个槽预加工齿(54-2，54-3)或所述至少一个成型齿(54-4)的宽度(B54-2，B54-3)数倍的宽度(B54-1)。
16.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，各切削齿冗余地构造，由此即便在刀具磨损时也保证保持不变的沟槽几何形状。
17.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，预加工和安全齿在相继的各齿和切削刃上保证保持不变的力。
18.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，各所述成型齿(54-1至54-10)由耐磨材料制成。
19.如权利要求18所述的刀具，其特征在于，各成型齿构成在切削插入件(40)中，该切削插入件具有棱柱或长方体块的形状并且由复合件形成，在该复合件中，硬质材料刀片(48)位于支架(46)上，各所述成型齿(54-1至54-10)延伸越过这两种材料的分界缝(50)。
20.如权利要求19所述的刀具，其特征在于，所述切削插入件(40)形锁合地固定在刀片(34)中。
21.如权利要求20所述的刀具，其特征在于，所述刀片(34)由一刀匣(22)支承，该刀匣能这样调整地位于刀具模块(12)上，即，使得切削插入件(40)能基本上平行于待加工的圆柱形的表面(60)的轴线定向。
22.用于在使用能旋转驱动的按权利要求9至21之一所述的刀具和/或能旋转驱动的工件的情况下实施按权利要求1至8之一所述的方法的装置，包括一刀架，该刀架具有至少两个运动自由度，其中一个运动自由度确定刀具(12)和/或工件平行于刀具或工件的转动轴线(18)的进给方向，而另一个运动自由度确定与此成角度延伸的切深进给方向，进给能与刀具(12)和工件之间的相对转速(nR)相协调。
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