CN103442823B - 用于加工弯曲的工件表面的加工方法和加工工具以及工件 - Google Patents

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Abstract

在一种用于加工工件(200)的弯曲的工件表面(210)的加工方法中执行滚轧操作。在此使加工工具(100)的至少一个轧制元件(180A,180B,180C)在挤压力下在弯曲的工件表面的待加工的部段(198)处滚动。轧制元件的外表面在确定用于与工件表面滚动接触的至少一个工作部段(190A,190B,190C)中具有粗糙的表面结构。挤压力被调整成使得在滚动时通过工件材料的局部变形在没有材料去除的情况下在工件表面的被加工的区域中产生粗糙的滚轧结构。该加工方法例如可被用于加工工件中的孔的内表面、尤其用于使工件表面粗糙化用于接下来的涂覆。本发明还涉及一种加工工具和一种这样制造的工件。

Description

用于加工弯曲的工件表面的加工方法和加工工具以及工件
技术领域
本发明涉及一种用于加工工件的弯曲的工件表面、尤其用于加工工件中的孔的内表面的方法以及一种在执行该方法时可使用的用于加工工件的弯曲的工件表面的加工工具。此外，本发明涉及一种借助于该加工方法和/或该加工工具可获得的工件。
背景技术
本发明的实施形式此外可被利用于在工件处制造在摩擦学上有要求的、旋转对称的或以其它方式弯曲的滑动表面，优选地用于发动机制造。一特别优选的应用领域在于制造内燃机中的气缸工作面、也就是说在于加工在发动机缸体中或在待安装到发动机缸体中的气缸套中的气缸孔的内表面。
通常应用珩磨方法用于气缸工作面的决定质量的最终加工，以便关于尺寸和形状公差以及在期望的表面结构方面获得极高的要求。珩磨是利用几何上不确定的刀刃的切削加工方法，在其中多刀刃的珩磨工具实施由两个分量组成的切割运动，其导致被加工的工件表面的带有交叉的加工痕迹的典型的表面结构。
对于一些工件直接在工件的基础材料处产生滑动表面。例如，在由灰口铸铁制成的发动机缸体(气缸曲轴箱)中，常常可直接在灰口铸铁材料上来产生气缸工作面。而如果用于工件的材料由于其材料特性不适合于在工件表面的精加工之后用作在摩擦学上有要求的表面，则可使该基础材料设有覆层，其表面那么必要时被机械地再加工，以便用作滑动表面。例如已知通过热喷射使在由铝材料制成的发动机缸体中的气缸孔设有由含铁的覆层材料构成的覆层。喷射层的表面通常在涂覆过程之后还被机械地再加工。在热喷射中，附加材料(所谓的喷射添加物(Spritzzusatz))在喷射燃烧器之内或之外熔断地(abgeschmolzen)、熔化地(angeschmolzen)、熔融地(aufgeschmolzen)在气流中以喷射颗粒的形式被加速并且被甩到待涂覆的工件的表面上。在此，工件表面通常不被熔化并且仅以较小的程度受热负载。加热的喷射颗粒撞击到工件表面上并且与其相结合。发生层形成，因为喷射颗粒在撞击到工件表面上时取决于过程和材料或多或少展平、主要通过机械夹持(Verklammerung)保持附着并且成层地建立被称为喷射层的覆层。
覆层在工件的基础材料处的附着强度决定性地由工件表面的直接在涂覆过程之前的预加工来确定。可通过在涂覆之前使工件表面粗糙来实现足够的附着强度。对此已提出不同的方法。
G. Flores, A. Schwenk和C. Schnell在VDI报告Nr. 2109号, 2010年的文章“Prozesskette zur Herstellung thermisch gespritzter Zylinder-bohrungen”说明了一种用于制造热喷射的气缸孔的方法。在此，在涂覆之前使工件表面粗糙化通过精钻的变体实现，在其中将倒凹轮廓(Profilhinterschnitt)引入工件表面中。由此，接下来施加的热喷射层应在气缸壁处获得高的附着强度。
在文件DE 196 14 328 A1中说明了方法，在其中为了准备覆层借助于激光辐射以均匀的样式使工件表面结构化。
从文件EP 1 141 438 B1中已知在涂覆之前借助于喷金刚砂或喷砂使气缸曲轴箱中的气缸孔粗糙化。
在文件EP 0 607 779 B1(文件DE 694 23 373 T2)中指出，喷砂是提高涂覆成本的附加的工作步骤。在一些情况中，例如对于内燃机的气缸孔此外存在该风险，即沙粒以置入的方式留在被喷射的工件表面中并且稍后可导致发动机的损坏直至破坏。
在文件DE 10 2004 038 177 A1中说明了用于制备用于热涂覆的铸造的气缸孔的方法，在其中借助于射束、优选地借助于包含固体颗粒的液体射束和/或水射束使气缸孔的表面粗糙化，其中，在粗糙化的同时以一定的厚度除去气缸孔的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机械地加工工件的弯曲的工件表面的加工方法，其例如为了准备接下来借助于热喷射的涂覆允许有效率地且成本有利地调制弯曲的工件表面。本发明的另一目的是提供一种适合用于执行该方法的加工工具。此外，应在符合规定的利用中提供带有改善的使用性能的工件。
为了实现该目的和其它目的，本发明提供一种带有根据本发明所述的特征的加工方法。此外，提供一种带有根据本发明所述的特征的加工工具。此外提供一种带有根据本发明所述的特征的工件。
在本发明中说明了有利的改进方案。
该加工方法特征在于滚轧操作(Rollprägeoperation)，在其中使加工工具的至少一个轧制元件(Wälzelement)在可预设的挤压力下滚动到弯曲的工件表面的待加工的部段处。在此，轧制元件的外表面在确定用于与工件表面滚动接触的至少一个工作部段中具有粗糙的表面结构。挤压力被调整成使得在轧制元件在弯曲的工件表面上滚动时通过工件材料的局部变形在工件表面的区域中产生粗糙的滚轧结构。在此，滚轧结构的构造或造型(Ausprägung)此外取决于挤压力以及工作部段的结构或粗糙度。对此，工件至少在待加工的工件表面的区域中由可塑性变形的工件材料、例如金属材料构成。在滚轧操作中，引起邻接到工件表面处的边缘层的塑性变形。轧制元件的工作部段的“粗糙的表面结构”是带有突起和相对于突起更低的凹部的表面结构。突起和凹部的空间分布可以不均匀，然而也可能的是，形成结构的突起和凹部在工作部段处均匀分布地存在。通过变形所产生的粗糙的滚轧结构相应地同样可由突起和相对于突起缩回的凹部构成，其中，在滚轧时在轧制元件的工作部段处的突起通常通过材料挤压产生在滚轧结构中的凹部。
在此，在其中突起和/或凹部相对于数学上光滑的参考面伸出或后退几微米的表面结构被称为“粗糙的表面结构”。在此，与不可避免的剩余粗糙度(Restrauheit)(其例如可在名义上光滑的技术表面上通过抛光来产生)相对，涉及期望的且有意产生的粗糙度。
通常，在工作部段中粗糙的表面结构的平均粗糙高度(Rautiefe)Rz处于几微米的范围中、尤其在10微米或更多。在优选的实施形式中，通过在工件表面处的滚轧操作来产生带有大于10微米的平均粗糙高度Rz的滚轧结构，其中，平均粗糙高度例如可处在Rz=30μm与Rz=100μm之间的范围中。如果设置有接下来的覆层，在该区域中的平均粗糙高度那么尤其可以是有利的。在滚轧之后，平均粗糙高度也可大于100μm。
原则上，滚轧是尽可能无切削的方法，因为粗糙的滚轧结构主要不通过去除材料来产生，而是通过材料变形或材料挤压和材料再分配而没有明显的材料去除。与带有材料去除的切削的加工方法相比，通常得到明显更高的工具使用寿命，由此可将制造成本保持得较低。
在一些方法变体中，可在没有液态的制造辅助材料、例如冷却润滑剂辅助的情况下来加工、即以干式加工。这允许特别成本有利的表面结构化。然而在需要时也可来湿式加工，例如以便减小在粗糙的工具表面与工件表面之间的附着。
挤压力必要时可高到使得在靠近表面的边缘层中引起工件材料的冷作硬化。概念冷作硬化在此表示工件材料的强度提高，其可在尽可能冷的状态中在材料塑性变形时来实现。该靠近表面的强度提高尤其对于相对软的金属材料、如基于铝或镁的轻金属材料可以是有利的。
在一些方法变体中，在滚轧步骤之后将覆层施加到工件表面上。可将覆层直接施加到通过滚轧步骤所产生的粗糙的滚轧结构上，尤其当其以干式方法来产生时。也可能在滚轧步骤之后还借助于一个或多个再加工方法再加工该滚轧结构，以便以该方式产生修改的粗糙的滚轧结构，其然后被涂覆。
优选地，通过热喷射方法、例如等离子喷射或高速火焰喷射(HVOF方法)来施加覆层。根据应用情况，该覆层例如可由陶瓷的覆层材料、金属的覆层材料或金属基质-复合材料(MMC)、尤其陶瓷-金属层材料构成。
当在涂覆之前滚轧结构或修改的滚轧结构具有在Rz=30μm与Rz=100μm之间的平均粗糙高度时，证实为有利的。如果明显低于下限，则在一些材料组合中覆层的附着强度在关键区域中不可靠足够地存在。而如果明显超过上限，通常需要比对于覆层实际必需的更多的覆层材料，以填充极其粗糙的结构。由此会不必要地延长涂覆过程。在优选的区域中的平均粗糙高度因此表示在可靠的附着强度与在制造层时的效率之间的良好折中。
滚轧操作可以是在工件表面处的最后的加工步骤。在一些情况中，可接有一个或多个另外的处理步骤或加工步骤。
在一些方法变体中，在滚轧操作期间和/或之后执行设有滚轧结构的工件表面的清洁。滚轧原则上是无切削的变形方法，在其中材料去除既不是有意的也不在较大的范围中进行。尽管如此对于一些材料可出现，在滚轧时在工件表面处产生不或仅弱地与材料表面相结合的材料颗粒(例如以平的薄叶(Blättchen)或金属片(Flitter)的形式)，这可损害滚轧结构的功能。因此在一些方法变体中，设有滚轧结构的工件表面在滚轧之后被清洁，以清除通过滚轧所产生的不或仅弱地结合的材料颗粒。清洁也可部分地或仅仅在滚轧操作期间、即与滚轧操作同时地来执行。该清洁优选地是维持形状的，这意味着，滚轧结构的形状由此实际上不被改变。
干式或湿式方法都是可能的。在一些方法变体中，借助于相对软的、必要时旋转的刷子来清洁滚轧结构。刷子的刷毛在此是非研磨的且软到使得滚轧结构的构形保持不变。备选地或附加地，可借助于压缩空气或其它压缩气体来气动地清洁设有滚轧结构的工件表面。压缩气体可在外部和/或借助于合适的压缩气体通道穿过加工工具且从排出孔中出来被导引到滚轧结构上。备选地或附加地，在滚轧操作期间和/或之后设置有滚轧操作的切屑及其它加工残余物的吸出，其中，优选地除了吸出之外吹净(freiblasen)工件表面。
借助于清洁液的湿式清洁也是可能的。在为随后的覆层做准备时，例如可应用溶解油脂的清洁液(酒精、丙酮等)。利用水的清洁也是可能的。
在一些方法变体中，使设有滚轧结构的工件表面还在其形状上稍微变化，以通过再加工提供修改的滚轧结构。对此，一些方法变体设置在工件表面处清除在滚轧结构的突起的区域中的尖端以产生带有削平的突起和处于其之间的凹部的平顶结构(Plateaustruktur)。
在一些方法变体中，通过去除材料的精加工来清除在突起的区域中的尖端。对此，通常利用相对细粒的切割器件来执行珩磨操作，以根据平顶珩磨(Plateauhonen)的类型提供修改的滚轧结构，其具有带有平顶式的平的表面(其具有细的沟纹结构)的削平的突起。在其之间存在通过滚轧操作所产生的凹部。在这样的方法变体中，滚轧可代替传统的基础珩磨(利用比较粗的切割器件的珩磨)。与传统的工件表面(其在多级的加工过程中首先利用基础珩磨且随后利用平顶珩磨来加工)不同，带有滚轧步骤和随后的平顶珩磨的方法此外具有该优点，即靠近表面的区域在滚轧步骤中附加地通过冷作硬化还可获得提高的强度。虽然在基础珩磨中也可出现冷作硬化，但是冷作硬化的区在滚轧时比在基础珩磨时更深，因为在基础珩磨时可能的冷作硬化层大部分马上又被去除。
以去除材料的方式清除尖端可以是工件表面的多级的加工的最后的加工步骤，使得工件表面之后准备好用于符合规定的应用。然而也可接有另外的加工步骤。
在另一方法变体中，通过例如使轧制元件以光滑的外表面在合适的挤压力下在滚轧结构上滚动，通过变形来清除在滚轧结构的突起的区域中的尖端。由此可在没有材料去除的情况下压平尖端。在该使材料变形的再加工中，在由此产生的平顶的侧面处可产生横向伸出的材料凸起(Materialnase)。这样的带有倒凹(Hinterschnitt)的结构特别适合用于随后的涂覆，因为到达凹部中的覆层材料可在横向凸起的区域中形状配合地与工件表面钩在一起，由此可实现在工件表面上特别好的层附着。
存在实现该加工方法的不同可能性。
在该加工方法的一实施形式中，该至少一个轧制元件在弯曲的工件表面的待加工的部段处的滚动由此来实现，即加工工具以与工件表面的预定的间距沿着预定的轨道被引导。在此，加工工具的轨道走向被选择成使得轧制元件以必需的或期望的挤压力在待加工的工件表面上滚动。对此，加工工具例如可被联结到加工中心的、尤其三轴、四轴或五轴CNC加工中心的工作主轴(Arbeitsspindel)处。借助于加工中心的控制，可根据工件表面的几何结构、尤其根据其曲率来控制或调节轨道走向。
在尤其可被用于加工柱形的孔的内表面的加工方法的实施形式中，围绕其工具轴线旋转驱动的旋转工具被用作带有偏心于工具轴线布置的至少一个轧制元件的加工工具。通过加工工具的旋转，轧制元件的外表面在待加工的工件表面上滚动并且工具轴线可在加工期间位置固定。通过将加工工具布置在珩磨机的工作主轴处，类似于用于内圆珩磨(Innenrundhonen)的珩磨工具，在加工工具的联接装置的相应的设计中例如可在珩磨机上来执行这样的加工方法。该加工工具必要时基本上可塞满待加工的孔，使得有效的加工工具外直径几乎相应于孔的内直径。
本发明还涉及一种适合用于执行该方法的用于加工工件的弯曲的工件表面的加工工具。该加工工具具有工具体，其限定工具轴线。该加工工具具有由工具体承载的至少一个轧制元件，其可围绕轧制元件轴线旋转并且具有外表面。轧制元件可在加工中围绕其轧制元件轴线旋转。轧制元件的外表面在确定用于与工件表面滚动接触的至少一个工作部段中具有粗糙的表面结构。该工作部段通常具有上面所提及的突起和凹部，以便在所加工的工件表面处通过滚轧产生粗糙的滚轧结构。
加工工具可设计为旋转工具，其在加工工具的符合规定的应用中旋转地来驱动，使得工具体或整个加工工具绕工具轴线旋转。在此当轧制元件具有处于工具轴线之外的轧制元件轴线时，其外表面或其部段可在所加工的内表面处滚动并且产生所追求的结构。
轧制元件通常具有可旋转地支承的轧制元件体，其例如可由硬度合适的金属材料、陶瓷材料或者由金属-陶瓷复合材料构成。粗糙的表面结构可直接引入轧制元件体的旋转对称的外表面中。粗糙的表面结构例如可通过激光加工或通过腐蚀过程来产生。金属滚子的外表面例如可化学地或电化学地或机械地(例如通过喷砂)被腐蚀成使得产生凹部其在其之间伸出突起。为了改善耐磨性，例如可借助于PVD(物理气相沉积)方法或CVD(化学气相沉积)方法将薄的硬质材料层施加到由此产生的粗糙表面上。
轧制元件体也可根据磨石的类型完全由带有所结合的硬质材料粒的硬的材料构成，以形成粗糙的外表面。
在优选的实施形式中，轧制元件具有轧制元件体，其在工作部段中承载带有粗糙的表面结构的覆层。该结构此外特征在于简单的可制造性和在粗糙的表面结构的几何结构以及其它压印特性的设计中大的灵活性。轧制元件体可以是由金属材料构成的简单的旋转件，而粗糙的表面结构的对于滚轧步骤必需的硬度及其几何结构通过涂覆来确定。
在一些实施形式中，该覆层具有结合在结合部(Bindung)中的大量硬质材料粒，其在外侧处从结合部伸出并且由此形成粗糙的表面结构的突起。硬质材料粒的平均颗粒尺寸优选地处于至少15μm。尤其地，平均颗粒尺寸可处在大约30μm至大约250μm的范围中。由此，例如在由铝或铝合金加工工件时在工件表面处可产生在大约10μm与大约100μm之间的平均粗糙高度。带有这些粗糙度特征值的压印结构在许多情况中特别适合于随后的覆层。
硬质材料粒例如由金刚石、刚玉、立方体的氮化硼或其它硬质材料构成，其硬度优选地明显大于钢的硬度。结合部优选地以电镀的方式来施加，以实现在金属的轧制元件体上良好的附着且同时实现防止硬质材料从结合部断开的高耐磨性。
尤其可被用于加工柱形的孔的内表面的加工工具的一些实施形式具有大致与待加工的孔的内直径相应的外直径，使得加工工具几乎填满该孔。优选地，加工工具构造为旋转工具并且为了符合规定的应用可围绕其工具轴线旋转地来驱动。加工工具可类似于用于内圆珩磨的珩磨工具来构造。
加工工具具有由工具体承载的至少一个轧制元件，其带有旋转对称的具有粗糙的表面结构(其用于产生滚轧结构)的外表面。轧制元件可围绕轧制元件轴线旋转，其可偏心于工具轴线地、即有间距地布置在工具轴线之外。通过加工工具围绕其工具轴线旋转，轧制元件的外表面那么在滚轧操作期间以其粗糙的表面结构在待加工的孔的内表面上滚动并且产生滚轧结构。
轧制元件的轧制元件轴线可平行于工具轴线伸延。备选地，但是轧制元件轴线也可倾斜于工具轴线在径向上伸延。带有平行于工具轴线伸延的轧制元件轴线的轧制元件在此设置用于加工平行于工具轴线伸延的工具表面。通过具有倾斜地伸延的轧制元件轴线的轧制元件可来加工倾斜于工具轴线伸延的工件表面，尤其在孔等的离开部处和/或在进入部处的斜角(Fase)。
一些实施形式具有带有平行于工具轴线伸延的轧制元件轴线的至少一个轧制元件和附加地带有倾斜于工具轴线伸延的轧制元件轴线的至少一个轧制元件。通过应用这样的加工工具，因此在工件夹紧部(Werkstueckaufspannung)中可能不仅加工孔的内表面而且加工孔的至少一个斜角并且不仅在内表面中而且在斜角表面中产生滚轧结构。利用这样的加工工具可以以该方式例如在没有附加的制造步骤的情况下来改善斜角的或在柱形的孔部段与斜角之间的过渡部的覆层特性。
一些加工工具具有一个或多个轧制元件，其以邻接到柱面形的(zylindermantelfoermig)带有粗糙的表面的外表面处的方式具有至少另一旋转对称的、带有粗糙的表面结构的锥形的外表面，其中，该外表面通常随着与柱面形的外表面的间距增加逐渐变细、但是必要时也可变宽。锥形的外表面可在背向主轴的和/或在面向主轴的侧面上邻接到柱面形的外表面上。利用这样的加工工具可在夹紧部中在时间上错开地使孔的柱形的内表面和斜角经受滚轧操作。
一些带有偏心于工件轴线布置的一个轧制元件或多个轧制元件的实施形式特征在于轧制元件-进给系统，其用于能够在径向于工具轴线伸延的进给方向上可变地控制轧制元件的进给。由此可能在可规定的进给范围上无级地改变工具的有效直径，从而在轧制元件那么为了获得与孔内表面的接触被向外进给且加工开始之前，例如可首先利用被拉入的轧制元件将加工工具引入孔中。通过能够可变地控制的进给，挤压力也可精确地调整且必要时可在加工期间被改变。
加工工具可具有唯一的轧制元件。轧制元件可以是一件式的或分割成多个可彼此独立地旋转的、同轴的轧制元件部段。通常，在工具体处布置有多个均匀地或非均匀地围绕周缘分布的轧制元件。一实施形式具有围绕周缘均匀分布的三个轧制元件。证实为有利的是，由此加工工具可最佳地跟随由前置的加工阶段得到的孔形状，从而在所有轧制元件处基本上建立没有压力峰值的相同的挤压力且产生均匀地构造的表面。如果设置有多个轧制元件，则它们优选地经由共同的轧制元件-进给系统可共同进给。彼此独立的单独进给同样是可能的。
备选地或附加地，加工工具可在工具纵向上具有多个轧制元件。它们可在纵向上均匀地或非均匀地分布地布置在工具体上。
通常，分布在周缘处的轧制元件环形地以其轧制元件轴线或其中点与工具轴线相同的间距来布置。轧制元件但是也可偏心地以与工具轴线不同的间距在周缘处分布地来布置。
这样的实施形式也是可能的，在其中一个或多个轧制元件布置在L形的工具体的一边腿上且该边腿可与轧制元件一起围绕另一边腿(其限定工具轴线)旋转。如果这样的加工工具布置在加工中心的工作主轴上，可通过相应的轨道控制来产生轧制元件的偏心的滚动运动。
轧制元件可直接支承在工具体处或在装配在工具体处的轴承中。然而优选地，在工具体处布置有可相对于工具体径向于工具轴线运动的至少一个承载元件并且轧制元件可旋转地支承在承载元件处。就此而言，用于加工孔的内表面的加工工具可类似于用于内圆珩磨的珩磨工具来构造，其中，然而此外代替对于珩磨必需的研磨性的珩磨石，设置有一个或多个非研磨的轧制元件。
为了使轧制元件的径向进给成为可能，在一些实施形式中在工具体中布置有可平行于工具轴线运动的带有至少一个楔形部段的进给元件，楔形部段例如可具有锥体或截顶锥的形状。其斜面可与在用于轧制元件的承载元件的内侧处的斜面根据楔形驱动的类型共同起作用，使得进给元件的轴向运动导致承载元件和安装在其处的轧制元件的径向运动。
在一些实施形式中，轧制元件的外表面在形成粗糙的表面结构的工作部段中承载薄的抗附着覆层(Antihaftbeschichtung)，相对没有抗附着覆层的外表面通过其来减小在工作部段的粗糙的外表面与所加工的工件表面之间的附着。抗附着覆层例如可以是TiN覆层或DLC(类金刚石碳)覆层。如果减小了附着，则外部区域的粗糙的表面结构在滚动时在侵入工件材料中之后更容易从之后结构化的工件材料脱落，而不将小的附着的材料颗粒(其然后可能损害后面的加工步骤)从结构化的表面扯下。由此可在滚轧加工期间放弃应用液态的制造辅助材料、例如冷却润滑剂等，使得滚轧操作可作为干式加工步骤来执行。由此可在显著的范围中节省加工成本。此外，干式地产生的滚轧结构通常在没有另外的再加工的情况下直接适合用于涂覆。
加工工具的一些实施形式适合于以轨道引导的方式来运行。通常，其构造用于使用在加工中心中、尤其在三轴、四轴或五轴CNC加工中心中并且可在工具体处具有用于联接到加工中心的工作主轴处的相应的联结结构。利用这样的加工工具，不仅可来加工旋转对称的内表面，而且可来加工非圆的或非柱形的孔、尤其椭圆形的凹口等的内表面。尤其可利用这样的加工工具在工件表面例如Wankel发动机的活塞工作面中来产生滚轧结构。但是也可能利用这样的加工工具加工非弯曲的或者说平的工件表面或部分地弯曲的工件表面的平的部段。
设置用于使用在加工中心中的加工工具通常具有比待加工的凹口明显更小的外直径。其可灵活地使用，从而不必对每个孔直径准备好相应的、配合的、几乎填满孔的加工工具。此外，在轨道引导的加工工具中通常可取消轧制元件-进给系统，因为轧制元件到待加工的工件表面处的必需的挤压力可经由加工工具的轨道引导来控制。
在轨道引导的加工工具中至少一个轧制元件的轧制元件轴线可同心或同轴于工具轴线。不需要作为整体旋转地驱动工具，因为在轨道引导时通过与所加工的内表面的滚动接触使该至少一个轧制元件围绕其轧制元件轴线旋转。
本发明还涉及一种工件，其在利用该加工方法的情况下和/或在应用该加工工具的情况下可获得或制造或者可制造。该工件尤其可以是由轻金属材料构成的气缸曲轴箱或者是待安装到气缸孔中的气缸套。其也可以是连杆，在其中借助于滚轧操作、必要时利用随后的涂覆来加工至少一个连杆孔。该工件也可以是带有内覆层的挤压器管。
利用轨道引导的加工工具也可来加工工件的非柱形的内表面、尤其Wankel发动机壳体的活塞工作面。
这些和其它的特征至少从说明书和附图中得出，其中，在本发明的一实施形式中和在其它领域中各个特征相应可单独地或成多个以子组合的形式来实现并且表示有利的以及本身能保护的实施方案。实施例在附图中示出且下面来详细阐述。
附图说明
图1显示了通过用于滚轧孔内表面的可单一扩展的加工工具的实施形式的轴向纵剖面；
图2以图1中的加工工具的部分剖面显示了侧视图；
图3显示了通过带有双重扩展(Doppelaufweitung)的加工工具的实施形式的轴向剖面；
图4在图4A中显示了用于轧制元件(其弹性屈服地支承在承载元件处)的承载元件的斜透视图而在图4B和4C中显示了对在轧制元件的弹性屈服的支承中应用弹簧的示例；
图5示意性地显示了在借助于轧制元件(其具有带有随机分布的突起和凹部的粗糙表面结构)加工凹形柱状地弯曲的孔内表面时滚轧步骤的过程；
图6示意性地显示了在借助于轧制元件(其具有在其周缘处均匀分布的突起)加工凹形柱状地弯曲的孔内表面时滚轧步骤的过程；
图7示意性地显示了在凸形柱状地弯曲的工件外表面处的滚轧；
图8显示了通过首先通过滚轧来粗糙化且接着通过热喷射来涂覆的工件表面的示意性的剖面；
图9显示了通过在另一工件(在其中在滚轧与接着的涂覆之间还中间连接有用于压平滚轧结构的尖端的变形加工)中的工件表面的区域的示意性的剖面；
图10显示了首先通过滚轧来结构化且之后借助于平顶珩磨来精加工的工件表面的区域的示意性的斜透视图，
图11在图11A中显示了带有具有平行于工具轴线伸延的轧制元件轴线的轧制元件以及带有具有倾斜于工具轴线且在倾斜地径向上伸延的轧制元件轴线的轧制元件的加工工具的实施形式的侧视图而在图11B、11C、11D和11E中分别显示了带有所属的承载元件的图11A中的不同的轧制元件的放大的图示；
图12以斜透视图显示了带有用于容纳加工工具的主轴以及具有布置在其上的待加工的工件的圆桌的四轴加工中心；
图13在图13A中以斜透视图显示了图12中的带有具有柱形的孔的待加工的工件的加工中心以及联结在该加工中心的主轴处的带有柱面形的外表面和两个锥形的外表面的加工工具的实施形式而在图13B中以放大的图示示出了图13A中的加工工具；
图14作为单件以剖示图示出了图13中的加工工具；
图15以剖示图示出了带有在轧制元件的柱面形的外表面的背向主轴的侧面处的仅仅唯一的锥形的外表面的加工工具的与在图14中示出的实施形式相似的实施形式；
图16以剖示图显示了带有多个相叠布置的分别具有同心于工具轴线伸延的轧制元件轴线的轧制元件的加工工具的实施形式以及
图17在图17A中显示了对带有L形的工具体的偏心的加工工具的实施形式的侧视图而在图17B中显示了对图17A中的加工工具的俯视图。
具体实施方式
在图1中显示了通过用于滚轧的加工工具100的第一实施形式的示意性的轴向剖面。该加工工具(滚轧工具)设计用于加工在孔处的很大程度上圆柱形的内表面、尤其用于产生用于内燃机的气缸工作面。该加工工具具有由钢制成的、很大程度上旋转对称的工具体110，其中轴线限定工具轴线112。工具体的面向主轴的端部由带有柱形的外轮廓的逐渐变细的联结部段114形成，在其中在直径上相对的位置处安装有径向地伸出的带动销116。借助于这些联结装置，可将加工工具联结到珩磨机的驱动杆150的设有用于带动销的有角度的容纳槽的自由端处。所联结的加工工具不是刚性地与珩磨机的所驱动的珩磨主轴相连接，而是借助于合适的机械元件可相对于它受限地移动，这例如可通过万向的联结部或根据浮头的类型的联结部或通过弯曲弹性的驱动杆来实现。
带有平的端面120的中央的柱形的容纳孔118从工具体的背向主轴的端部引导进入工具体中，从而该部段设计成管形。在由此形成的管壁中存在三个均匀地围绕周缘分布的、径向地从内向外连续的、大致矩形的用于容纳稍后详细地阐述的用于轧制元件的承载元件的通过槽(Durchgangsschlitze)122。另一带有平的基面的柱形的容纳孔124从联结部段114的面向主轴的端部引导进入联结部段中。在容纳孔124与118之间存在带有在此更小直径的柱形的通过孔126。
同轴的容纳孔118、通过孔126和容纳孔124用于容纳轧制元件-进给系统的工具内部的元件。双锥形的扩展锥(Aufweitkonus)142属于此，其可轴向移动地且无隙地位于背向主轴的容纳孔118中。在扩展锥的面向主轴的端面处安装有带有内螺纹的中央盲孔，在组装加工工具时将压杆144的设有外螺纹的螺纹部段拧入盲孔中，从面向主轴的侧面将压杆插入联结部段的容纳孔124中。压杆具有加宽的柱形的头部部段146，其基本上无侧隙地、但是可轴向移动地配合进入容纳孔124中。在组装时，压杆伸过被引入容纳孔124中的螺旋压力弹簧148，其在压杆与扩展锥拧紧之后一方面支撑在加宽的头部部段146处而另一方面在容纳孔124的平的底部处。由此实现，在没有外力的情况下压杆和旋拧到其处的扩展锥占据它的在图1中示出的上部的止挡位置，在该位置中扩展锥的主轴侧的端面抵靠在容纳孔118的平的孔底部处。
在空心的驱动杆150中存在借助于珩磨机的进给驱动器可轴向移动的进给杆152，其自由的端侧在联结加工工具的情况下作用到压杆144的主轴侧的端侧上。
在周缘上错位120°的、径向地连续的通过槽122中的每一个中存在板条形的承载元件160，其可径向移动地且轴向地以及在周向上很大程度上无隙地配合到通过槽中。每个承载元件在其内侧处具有两个轴向相叠的斜面，其在组装的工具中与扩展锥142的轴向相叠的锥面根据楔形驱动的类型共同作用成使得扩展锥的轴向移动引起承载元件的径向移动。
每个承载元件具有处于内部的基础部段162(处于内部的斜面安装在其处)以及在窄的端侧处分别具有向外伸出的轴承部段164A、164B。每个承载元件承载轧制元件180A、180B、180C，其这样可旋转地支承在承载元件的轴承部段处，使得称为轧制元件轴线182的轧制元件的旋转轴线有间距地在工具轴线112之外平行于其伸延。
在完整装配的加工工具中通过环绕的回位弹簧(Rueckholfeder)170A、170B(其被保持在轴承部段中的处于外部的槽中并且回位力在工具轴线的方向上施加到承载元件上)来防止承载元件脱出。在没有压力作用到压杆144的上端面时，承载元件位于其最大拉入的位置中，该位置相应于加工工具的最小有效直径。通过使进给杆152在加工工具的方向上向前移动到使得压杆在远离主轴的端部的方向上受压，可增大有效直径。由此，扩展锥也向远离主轴的端部运动，使得斜面在锥形部段的区域中在彼此处滑动并且为了增大在工具轴线与轧制元件轴线之间的间距逆着压力弹簧148和回位弹簧170A、170B的力将承载条(Tragleiste)向外压。为了拉回，仅须拉回进给杆152，回位力那么来自弹性元件。
每个轧制元件具有旋转对称的、大致柱形的由工具钢制成的轧制元件体184，在它的相对的端侧处引入盲孔。封装的滚针轴承186的外圈位于孔中的每个中。滚针轴承的内元件由柱形的销钉形成，其在组装时被固定在承载元件的轴承部段中。以小的滚动阻力运行的且对径向力非常稳定的滚针轴承向外防止污物、例如金属片式的材料颗粒侵入地来封装，以便在加工期间使轧制元件能够相对承载元件无干扰地旋转。
在图1中的放大的细节图中可特别良好地辨识出，轧制元件180A的外表面在确定用于与工件表面滚动接触的工作部段190中具有粗糙的表面结构。对此，轧制元件体具有柱形的环形凸缘(Ringbund)，其外直径略微大于轴向地联接在其处的外部段的外直径。该环形凸缘的外表面承载带有相对粗粒的金刚石颗粒194的覆层192，金刚石颗粒194固定附着地存在于电镀地施加到轧制元件体上的金属的结合部196中。在外从结合材料中伸出的颗粒部段形成突起，其相对处于其之间的、相对于突起显现为凹部的结合部区域向外伸出。在此，金刚石颗粒的平均颗粒尺寸处在大约30μm与大约100μm之间。
平行于工具轴线或平行于轧制元件轴线所测量的工作部段190A的宽度仅大约为轧制元件体的轴向长度的三分之一。如可在图2中良好地辨识出的那样，另外两个安装在加工工具的周缘处的轧制元件180B、180C原则上具有类似的结构。然而轧制元件的工作部段轴向上相互错位成使得在加工工具旋转时整个覆盖加工宽度198，其大约相应于单个工作部段的宽度的三倍。相对窄的工作部段中的每个因此在旋转时加工工件200的凹形柱状的工件表面210的相对窄的板条。在该板条中，足够用于滚轧过程的挤压力可相对均匀地在整个工作区域中来调整和维持。其它轧制元件的轴向错位的工作部段加工直接紧接着且略微重叠的临近板条，从而总体上得到内表面的相对宽的加工部段的有效加工。
为了加工孔的内表面首先使加工工具如此远地驶入孔中，使得各个轧制元件的组合的加工区域遮盖待加工的部段的开始部。该引入在轧制元件拉回的情况下进行。之后，借助于轧制元件-进给系统使轧制元件向外进给，直到轧制元件在合适的挤压力下贴靠在内表面处。在该径向进给之前、在该径向进给之后或在该径向进给期间，经由珩磨主轴的旋转驱动器将工具置于围绕工具轴线的旋转中。在此，轧制元件的工作区域被按压到内表面处使得其粗糙的表面结构压入工件表面中并且大致产生带有并排的突起和凹部的互补的滚轧结构、即大致表示相应于滚轧工具的结构的负像的滚压结构。在一转或多转之后，用于孔的相应的轴向部段的滚压操作结束并且向内使承载元件回位，从而消除在轧制元件与孔内表面之间的接触。
如果孔的待加工的内部段比组合的工作区域的工作宽度更长，则之后在轴向上使加工工具向前移动到使得工具位于孔的下一待加工的部段的高度上。然后重复工作步骤的顺序，径向向外进给、开始旋转运动、滚轧和接下来拉回。
在滚压期间、也就是说在轧制元件在孔内表面处的加工作用期间，不发生工作主轴或加工工具的轴向进给。
对于在滚压时的材料变形决定性的挤压力可借助于轧制元件-进给系统在时间上可变地来调整。由此例如可能通过滚轧产生两个或更多个不同地加工的部段到同一孔内表面处，在其加工中利用不同的挤压力来挤压轧制元件。也可能在滚轧的部段旁边保留未压铸的部段。例如，滚轧可现有柱形孔的上部的和/或下部的楔形区域(Zwickelbereich)。
在图1和2中显示的加工工具100构造为纯滚轧工具。也可能借助于组合工具执行滚轧，其允许在不更换工具的情况下除了滚轧之外(或者备选于此)在工件表面处执行至少另一加工操作。对此，图3示例性地显示了通过加工工具300的纵剖面，其除了多个均匀地围绕周缘分布的轧制元件(示出一轧制元件380)之外具有成组的多个、同样均匀地围绕加工工具的周缘分布的珩磨条，其可独立于轧制元件径向于工具轴线312进给。珩磨条示例性地代表其它加工元件，其设计用于其它加工方法、在示例情况中用于利用不定的刀刃的去除材料的切削方法。
在组合工具的其它变体中，除了带有粗糙的表面的一个或多个轧制元件(用于滚轧)之外，还设置有可单独调整的光轧元件(例如光滑的滚子)或者非滚动的平整条(Glaettleiste)，其带有硬的光滑的用于在没有明显的材料去除的情况下冷作硬化的工作面。
大致管形的工具体310具有六个均匀地围绕周缘分布的轴向地伸长的而在周向上相对窄的、径向上连续的用于容纳用于加工元件的承载元件的通过孔。在三个分别周缘错位120°的通过孔中存在用于可旋转地支承在其中的轧制元件380的承载元件360。其结构和布置可大致如结合图1至2所说明的那样，因此参照那里的说明。相应在周向上在这些承载元件中间在通过孔中布置有珩磨条390。珩磨条具有在工具体的通过孔中可径向移动地引导的承载条392，其在其径向外侧处承载切割衬层(Schneidbelag)394，其带有由金刚石或其它硬的、例如在金属的或陶瓷的结合部中的氮化的或碳化的材料构成的切割粒。在承载条的内侧处，在上部的和下部的区域中分别安装有斜面，其与在中央的进给杆340的下端处的锥形的部段共同作用成使得进给杆的轴向移动引起珩磨条的径向移动。进给杆340的轴向运动通过未示出的珩磨机的进给马达产生。进给杆是作用到珩磨条上的第二进给系统(珩磨条-进给系统)的部分。
用于可围绕轧制元件轴线旋转的轧制元件的承载元件360在其内侧处具有斜面，其与在管形的进给杆350的外侧处的锥形的斜面共同作用，进给杆350包围内部的进给杆340。轧制元件-进给系统独立于用于珩磨条的进给系统工作，从而尤其选择性地可将仅轧制元件或仅珩磨条带到与待加工的孔内表面加工接合中。当加工工具例如仅应被用于滚轧时，内部的进给杆340可保持拉回，使得珩磨条持久地与工件表面脱离接合。
该加工工具尤其可被应用在这样的加工方法中，在其首先应来产生孔内表面的珩磨加工而之后应来产生在珩磨的表面处的滚轧操作。也可能将珩磨工具应用在这样的方法中，在其中首先利用其它方法来准备孔内表面且在其中之后借助于组合工具首先来执行滚轧操作而之后来执行珩磨操作。也可能借助于加工工具首先借助于珩磨条珩磨内表面、之后使珩磨的工件表面经历滚轧操作且之后重新利用相同的珩磨条、但是以更小的材料去除再加工由此产生的滚压结构。优选地，在第二珩磨操作中以相对第一珩磨操作减小的挤压力来工作，以在平顶面处产生更精细的表面结构。
由于在加工工具与驱动其的珩磨主轴之间的联结部的受限的可移动性，加工工具能够在滚轧操作中在一定的范围中追随孔形状，从而即使在孔形状与理想的圆柱形状略微有偏差时也不出现不可接受的强制力。
在一些实施形式中，在滚轧时加工质量的进一步改善和均匀化(Vergleichmaessigung)由此来实现，即轧制元件的支承具有一定的弹性的挠性，以便由此例如能够在滚过表面突起时收回并且/或者通过轧制元件轴线的轻微斜置补偿孔形状的不均匀性。对此，图4实施例地显示了使轧制元件能够弹性屈服地支承的承载元件的实施例。
图4A中的承载元件460具有长形的基础部段462，其在其背侧处具有用于与扩展锥共同作用的斜面。在相对的侧面处，在端部处安装两个轴承部段464A、464B，其用于支承轧制元件。与图1中的实施形式相比，轴承部段不与基础部段构造成一体，而是实现为与其分离的结构元件，其在弹性屈服的连接结构的中间连接下固定在基础部段上，以便使轴承部段相对基础部段的受限的可移动性成为可能。在图4A中的变体中，在基础部段与轴承部段之间相应存在由相对硬的、但是弹性屈服的弹性体材料构成的层465。如在图4B、4C中所示，该支承的挠性也可由此来实现，即在基础部段462与轴承部段464A或464B之间保留较小的间距，其借助于弹性屈服的连接装置来跨越。其在图4B的示例情况中包含碟形弹簧元件而在图4C的情况中包含螺旋压力弹簧元件。
根据图5至10示例性地来说明一些加工方法，在其中在弯曲的工件表面处执行滚轧操作。例如，图5显示了在柱形的孔的区域中工件500的截段，孔的内表面510形成待借助于滚轧加工的工件表面。例如可涉及在由铝材料制成的气缸曲轴箱中的气缸孔的边缘区域。为了准备滚轧操作，可通过单级或多级的去除材料的加工过程(例如精钻和/或珩磨或仅高功率珩磨(Leistungshonen))将柱形孔带到所期望的宏观结构中。通过就在之前的珩磨操作例如可将工件表面精加工成使得存在带有交叉的加工痕迹和小于5μm的平均的粗糙高度的表面结构(见放大的细节)。之后使设立用于滚轧的加工工具、例如图1或图3中的加工工具驶入孔中且使轧制元件580在孔内壁的方向上进给，直到其施加有挤压力。在加工工具旋转时，轧制元件在孔的内壁处滚动。粗粒的电镀的金刚石颗粒覆层形成粗糙的表面结构，其中，金刚石颗粒的从结合部伸出的部段形成突出的部段，在其之间存在缩回的凹部。突出的部段不均匀地分布在工作区域的表面上。当轧制元件在表面上滚动并且通过轧制元件-进给系统来调整挤压力时，工作区域的不均匀的结构压入相对软的材料的靠近表面的边缘区域中，从而产生带有不均匀地分布的隆起和凹部的滚轧结构558，其在表面观察可类似于喷砂的表面。然而可节省用于准备和清除喷射材料的成本。此外，避免由于喷射材料的未清除的颗粒可能产生的风险。此外，在滚轧时可通过作用在轧制元件与工件表面之间的接触区域中的挤压力来产生工件的靠近表面的边缘层的冷作硬化，其导致就在工件表面附近的工件材料的强度提高。在图5中，这示意性地通过就在滚轧结构附近的高的位错密度(Versetzungsdichte)表示。
在图6的方法变体中使用轧制元件680，其在其它相对光滑的、圆柱形的外表面处在工作区域中具有有规律地、尤其均匀地分布的、长形的硬的突出部682，其例如可通过堆焊、钎焊或通过平版印刷过程施加在轧制元件体上。如果通过珩磨或以其它方式借助于这些轧制元件来加工工件600的设有一定的基础粗糙度的表面610，通过在突出部之间的光滑的周缘部段可实现表面的光滑。而突出部在材料挤压下挤入工件表面中，从而产生带有相对窄的具有最终长度的袋和封闭的周边的有规律的样式的滚轧结构658。在所加工的工件表面的符合规定的使用中其可用作润滑剂储存部。
根据图7来阐述一方法变体，在其中借助于围绕其工具轴线旋转的滚轧工具来加工工件700的凸形柱状的外表面710，以产生滚轧结构758。该加工工具可与外珩磨工具类似地来构造，其中，可径向向内进给的珩磨条然而被承载元件(其相应承载带有粗糙的工作部段的一个或多个轧制元件780)代替。
在图8中显示了在弯曲的工件表面810的区域中通过由铝材料构成的工件800的示意性的剖面。在该示例情况中，工件800是由铝合金制成的气缸套，其内表面在加工结束之后应用作内燃机的气缸工作面。该制造方法包括气缸套的内表面的多级预加工包含最后的珩磨加工步骤，通过其，孔内表面直至略微过量地获得正确的宏观形状和尺寸。类似于根据图5所说明的那样，然后借助于滚轧使珩磨的输出结构变形成粗糙的滚轧结构858，其在该示例情况中具有在30μm与大约100μm之间的平均粗糙高度。滚轧操作在没有冷却润滑剂等辅助措施的情况下实现、即以干式方法。
在滚轧之后直接借助于热喷射在没有其它处理的情况下将滚轧结构准备好用于随后的涂覆。在该示例情况中，借助于火焰喷射方法将含铁的覆层860直接施加到滚轧结构858上。由于滚轧结构的粗糙度，覆层材料良好地与工件的金属的基础材料相咬合，从而在工件与覆层之间产生固定的附着。覆层的在热喷射之后相对粗糙的表面然后可经受机械再加工、例如通过珩磨，以产生表面的期望的最终粗糙度以及期望的最终尺寸。
在图9中显示了在利用上面所说明的方法的变体来制造其之后在其内表面910的区域中通过气缸套900的示意性的剖面。如在图8的示例情况中那样，在预加工之后首先执行了滚轧操作。由此产生在图8中示意性地显示的带有随机分布的突起和凹部的不规则的滚轧结构。之后在另外的干式加工操作中借助于带有光滑的外表面的轧制元件光滑来压平突起的尖端，以通过材料变形在突起处产生平顶结构。在材料变形中，在突起中的一些中如此多的材料被挤向侧面，使得侧向地在突起处产生横向伸出的凸起959。如果现在借助于热喷射来涂覆由此产生的修改的滚轧结构958，则到达凹部中的层材料可在横向的凸起959的区域中形状配合地与滚轧结构钩在一起，由此可实现改善的层附着。这此外具有该优点，即需要更少的材料用于喷射，因为不必通过喷射使所产生的突起变平。类似于图8的示例，可在涂覆工艺结束之后来机械地再加工覆层850的表面，以便例如通过珩磨来获得带有期望的尺寸和期望的表面结构的加工完成的表面。必要时可利用相同的加工工具(带有双重进给)来执行滚轧操作和随后非研磨的平整操作。其可与在图3中类似地来构造，其中，然而代替珩磨条设置有以光滑的轧辊的形式的非研磨的平整元件或带有光滑的硬的外表面的平整条。
在根据图10所阐述的加工方法中，类似于图8或图9的方法，首先在工件1000的弯曲的工件表面1010处产生带有随机分布的凹部和突起的滚轧结构。之后借助于相对细粒的珩磨条直接来平顶珩磨由此产生的滚轧结构。在该加工阶段中，去除滚轧结构的向外伸出最远的尖端，从而在凹部之间产生带有通过珩磨来结构化的具有细的珩磨沟1052的相对平的表面的平顶1051。这样加工的表面相对纯滚轧结构具有提高的承载份额并且可直接用作用于活塞环的滑动偶。
对于最终的表面结构来说决定性的操作(滚轧操作和随后的平顶珩磨操作)必要时可利用相同的加工工具来产生，其例可如图3的加工工具那样来构造。工件例如可由灰口铸铁材料或轻金属材料、如铝基材料构成。
接下来来说明用于滚轧的加工工具的其它实施例，其可在加工方法的范围中来利用。
图11A以侧视图显示了带有多个轧制元件1180、1181和1183的加工工具1100的另一实施形式。轧制元件1180分别具有仅仅一个轧制元件部段(其可围绕平行于工具轴线1112伸延的且偏心于其的轧制元件轴线1182B旋转地来支承)并且在平行于工具轴线1112伸延的工具纵向上相叠分布地布置在工具体处。在此，偏心的轧制元件1180在周向上错开布置，使得其轧制元件轴线1182B不同心地伸延。
轧制元件1181分别还具有平行于工具轴线1112伸延的轧制元件轴线1182C，其同样处于工具轴线之外。然而，这些轧制元件1181具有两个轧制元件部段、上部的和下部的轧制元件部段，其分别独立地可旋转地来支承。
此外，加工工具1100具有轧制元件1183，其布置在加工工具的上面三分之一中并且同样可围绕轧制元件轴线1182A旋转地来支承。然而与轧制元件轴线1182B和1182C相比，轧制元件轴线1182A不平行于工具轴线1112地、而是倾斜于其地且在径向上伸延。在轧制元件轴线1182A与工具轴线1112之间所测量的调整角大约为45°，其也可更小或更大且例如处于30°与60°之间。
在图11A中示出的加工工具尤其适合用于加工柱形的孔(其内直径大致相应于加工工具1100的外直径)的内表面，其中，轴线平行地旋转的轧制元件1180和1181设置用于加工孔的内表面。利用倾斜地布置的轧制元件1183同时可来加工孔的上斜角、例如引入斜角(Einfuehrfase)。如果轧制元件1183在斜角表面上滚动，同样产生滚轧结构。利用这样的加工工具可在没有附加的加工步骤或没有附加的加工工具的情况下同样来改善斜角的覆层质量。轧制元件1183为了补偿形状和位置公差或形状和位置误差也可弹性地支撑。
在图11B、11C和11E中示意性地以放大的图示绘出了图11A中的不同的轧制元件1180、1181和1183。图11B以侧视图显示了支承在承载元件1161D处的倾斜的轧制元件1183。轧制元件轴线1182A的倾斜借助于调整装置1164可被调整并且为了优化滚轧操作被与不同的倒角相匹配。为了轧制元件1183在径向上的进给，承载元件1161D具有倾斜的面1163D，其用于将这里未示出的楔在加工工具的纵向上的移动转化成带有轧制元件1183的承载元件的径向进给运动。
图11C显示了轧制元件1180，其可围绕轧制元件轴线旋转地支承在承载元件1161C处，承载元件1161C同样具有倾斜的面1163C，以便通过由可在工具纵向上移动的楔的移动使径向的轧制元件进给成为可能。
在图11D中以透视性的图示示出了带有它的两个轧制元件部段的轧制元件1181，轧制元件部段相应同轴地相叠地彼此有间距地布置并且同样可围绕其轧制元件轴线旋转地布置在承载元件1161B处。该承载元件1161B在其内侧处还具有用于径向的轧制元件进给的倾斜的面1163B。图11E附加地以侧视图显示了图11D中的轧制元件1181。
图12以斜透视图显示了现有技术中的四轴加工中心1200，利用其可沿着几乎任意的、预定的轨道在轴线1204X、1204Y、1204Z以及1204B的区域内来引导或移动这里未示出的加工工具。对此，加工工具可在主轴1202处固定在工具容纳部1205中。为了容纳待加工的工件1201，设置有可旋转运动的圆桌1203。
图13显示了带有加工工具1307的实施例的图12中的加工中心以及待加工的工件1301。图13B显示了对加工工具1307以及对带有柱形的孔的斜角1303和待加工的内表面1308的工件1301的上部区域的放大的截段。加工工具1307具有带有柱面形的外表面1304的唯一的轧制元件1380以及两个向上或向下直接邻接到外表面1304处的锥形的外表面1305和1306。唯一的轧制元件1380的轧制元件轴线同心于工具轴线布置。
加工工具1307借助于合适的联结结构联结到加工中心1300的主轴1302处。主轴在加工时不旋转。加工工具1307的外直径明显小于待加工的孔的内直径，例如小至少10%或至少20%。为了加工内表面1308，通过操控加工中心的轴驱动器在预定的轨道上来引导加工工具1307，使得轧制元件1380的外表面1304、1305、1306以其粗糙的表面结构在待加工的工件表面(柱形的内表面和斜角)上滚动并且产生期望的滚轧结构。经由轨道走向可来控制或调节轧制元件1380的挤压力。柱形的外表面1304设置用于加工竖直地伸延的内表面1308，而下部的、布置在外表面1304的背向主轴的侧面处的锥形的外表面1305设置用于加工上部的斜角1303。借助于上部的锥形的外表面1306可来加工存在于工件1301的未示出的下侧处的斜角。所有面可在夹紧部中在不更换工具的情况下相继被加工。
图14以剖示图示例性地示出了作为在图13中示出的加工工具1307的实施例的加工工具1400。唯一的轧制元件1480借助于至少一个轴承1409可围绕同心于工具轴线1412布置的轧制元件轴线1482旋转地来支承。轴承借助于螺栓1411固定在柱形的联结元件1410处。联结元件1410设置用于与加工中心或珩磨工具等的主轴相连接并且在那里被固定地夹紧。加工工具1400的轧制元件具有中间的柱面形的外表面1404以及两个向上或向下(或在轴向上)直接邻接在其处的锥形的外表面1406和1405。随着与外表面1404的间距增大，锥形的外表面1405和1406以在40°与50°之间的锥角逐渐尖细，其中，其在至位于其之间的柱形的外表面1404的过渡区域中具有与它相同的外直径。但是也可考虑从外表面1404偏移的锥形的外表面。
图15显示了加工工具1500的类似的实施形式。然而，该加工工具具有仅仅一个在外表面1504的背向主轴的侧面处的锥形的外表面1505。因此利用该加工工具1500对于竖直伸延的孔在工具夹紧部中在柱形的孔内表面旁边仅可来加工上侧的斜角。
图16同样以剖示图显示出加工工具的另一实施形式，其具有多个同轴地相叠布置的轧制元件1680，其轧制元件轴线1682全部同心于工具轴线1612伸延。所有轧制元件1680分别借助于轴承1609可围绕轧制元件轴线1682旋转地来支承。模块化地构造的工具可简单地匹配于不同的孔长度。
图17在图17A中以侧视图显示了偏心的加工工具1700的实施形式，其带有L形的工具体1711，它的一边腿形成工具轴线1712。在另一边腿的背向弯角的端部处布置有轧制元件1780，其可围绕轧制元件轴线1782旋转地来支承。借助于弹簧1765在轧制元件1780与工具体1784之间实现弹性的连结，其使能够补偿公差。从图17B中可见，工具体1784不是旋转对称的。
以加工在气缸孔的区域中弯曲的工件表面为例来阐述利用滚轧操作的加工方法的实施例，以获得在摩擦学上可有高要求的气缸工作面。然而该方法也可被用于其它工件。例如也可能在应用滚轧操作的情况下在小的或大的连杆孔眼中内加工孔。例如，首先可通过滚轧来加工小的连杆孔眼并且接下来使设有滚轧结构的内表面覆有由轴承材料构成的覆层。备选地，粗糙的滚轧结构可用作用于所插入的轴瓦的扭转止动部，必要时同样可借助于滚轧使其外表面粗糙化。
借助于示例性地阐述的轨道引导的加工方法也可通过滚轧来加工非柱形的凹口、例如Wankel发动机壳体的活塞工作面。此外，必要时也可以以该方式使工件表面的不仅弯曲的而且平的或平坦的区域经受滚轧操作。

Claims (25)

1.一种用于加工工件的弯曲的工件表面的加工方法，其特征在于滚轧操作，在其中使加工工具的至少一个轧制元件在挤压力下在弯曲的所述工件表面的待加工的部段处滚动，其中，所述轧制元件的外表面在确定用于与所述工件表面滚动接触的至少一个工作部段中具有粗糙的表面结构，并且其中，所述挤压力被调整成使得在滚动时通过工件材料的局部变形在所述工件表面的区域中产生粗糙的滚轧结构，其中，在所述滚轧操作之后将覆层施加到所述工件表面上，其中将所述覆层直接施加到通过所述滚轧操作所产生的粗糙的所述滚轧结构上。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其中，通过所述滚轧操作在所述工件表面处产生带有大于10μm的平均粗糙高度Rz的滚轧结构。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其中，所产生的所述平均粗糙高度处在Rz=30μm与Rz=100μm之间的范围中。
4.根据权利要求1、2或3所述的加工方法，其中，在所述滚轧操作之后通过热喷射将覆层施加到所述工件表面上。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的加工方法，其中，在所述滚轧操作期间和/或之后来执行所述工件表面的不改变所述滚轧结构的形状的清洁，用于清除由所述滚轧操作所产生的、不或仅弱地结合在所述工件表面处的材料颗粒。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其中，在所述清洁中，干式地清洁、借助于相对软的非研磨的刷子来刷擦并且/或者气动地吹净所述滚轧结构。
7.根据前述权利要求1-3中任一项所述的加工方法，其中，在所述滚轧操作期间和/或之后实现所述滚轧操作的加工残余物的吸出。
8.根据前述权利要求1-3中任一项所述的加工方法，其特征在于后置于所述滚轧操作的、改变所述滚轧结构的形状的用于产生修改的滚轧结构的再加工，其中，所述再加工包括清除在所述滚轧结构的突起的区域中的尖端用于在所述工件表面处产生带有削平的突起和处于其之间的凹部的平顶结构。
9.根据前述权利要求8所述的加工方法，其中，在所述突起的区域中的尖端通过去除材料的精加工或通过变形来清除。
10.根据前述权利要求1-3中任一项所述的加工方法，其特征在于，通过以与所述工件表面的预定的间距沿着预定的轨道来引导所述加工工具，使所述加工工具的至少一个轧制元件在挤压力下在弯曲的所述工件表面的待加工的部段处滚动，其中，所述加工工具的预定的轨道的走向取决于所述工件表面的曲率以及必需的挤压力。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的加工方法，其特征在于，为了加工孔的内表面，通过使用填满孔的加工工具，引起至少一个所述轧制元件滚动，所述加工工具构造为旋转工具且围绕工具轴线旋转地来驱动。
12.一种通过使用根据权利要求1至11中任一项所述的加工方法用于加工工件的弯曲的工件表面的加工工具，其带有：
工具体(110,310)，其限定工具轴线(112,312)，和
由所述工具体承载的至少一个轧制元件(180,380)，其能够围绕轧制元件轴线(182)旋转且具有外表面，
其特征在于，
所述外表面在确定用于与所述工件表面滚动接触的至少一个工作部段(190)中具有粗糙的表面结构。
13.根据权利要求12所述的加工工具，其中，所述轧制元件具有轧制元件体(184)，其在所述工作部段中承载带有粗糙的表面结构的覆层(192)，其中，所述覆层(192)具有结合在结合部(196)中的大量硬质材料粒(194)，其中，所述硬质材料粒的平均颗粒尺寸为至少15μm。
14.根据权利要求13所述的加工工具，其中，所述平均颗粒尺寸处在30μm至250μm的范围中。
15.根据权利要求12、13或14所述的加工工具，其特征在于，至少一个轧制元件(1480)的轧制元件轴线(1482)同心于所述工具轴线(1412)伸延。
16.根据权利要求12、13或14所述的加工工具，其特征在于，至少一个轧制元件的轧制元件轴线(182,1182B,1182C)处于所述工具轴线(112,312,1112)之外。
17.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其特征在于，至少一个轧制元件的轧制元件轴线平行于所述工具轴线伸延并且/或者至少一个轧制元件(1183)的轧制元件轴线(1183A)径向向外且倾斜于所述工具轴线(1112)伸延。
18.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其特征在于，至少一个轧制元件(1480)具有带有粗糙的表面结构的柱面形的外表面(1404)和邻接到该外表面处的带有粗糙的表面结构的锥形的至少一个外表面(1405,1406)。
19.根据权利要求16所述的加工工具，其中，在所述工具体处布置有能够相对于所述工具体径向于所述工具轴线运动的至少一个承载元件(160,460,1161D)，并且所述轧制元件支承在所述承载元件处，其中，所述轧制元件弹性屈服地支承在所述承载元件处。
20.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其特征在于轧制元件-进给系统，其用于所述轧制元件在径向于所述工具轴线(112,312,1112)伸延的进给方向上的能够可变地控制的进给。
21.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其中，在所述工具体(110)处布置有围绕周缘分布的多个轧制元件(180A,180B,180C)，并且/或者其中，在所述工具体处布置有在工具纵向上分布的多个轧制元件(1180,1181,1182)。
22.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其中，除了围绕所述加工工具的周缘分布的多个轧制元件(380)之外，所述加工工具(300)具有成组的围绕所述加工工具的周缘分布的多个另外的加工元件，其能够独立于所述轧制元件径向进给。
23.根据权利要求22所述的加工工具，其中，另外的所述加工元件是平整元件。
24.根据权利要求12至14中任一项所述的加工工具，其中，所述工具体具有用于将所述加工工具联结到珩磨机的工作主轴(150)处的联结结构，或者其中，所述工具体具有用于将所述加工工具联结到加工中心的工作主轴处的联结结构。
25.一种工件，其能够在利用根据权利要求1至11中任一项所述的加工方法的情况下和/或在应用根据权利要求12中24中任一项所述的加工工具的情况下获得。
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