CN104561883A - 圆柱形表面修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱形表面修复方法，具体地讲，公开了一种用于修复或重修工件的内圆柱形表面的方法，所述工件的内圆柱形表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层。所述方法包括：对所述表面的孔进行修复，以使修复的孔的直径大于最初的粗糙化的表面的最大直径。接下来，对修复的孔的表面进行粗糙化修复。然后将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上。最后，对修复的涂层表面进行机加工以形成最终修复的直径。所述工件可以是发动机气缸体，并且内圆柱形表面可以是气缸孔。

Description

圆柱形表面修复方法
技术领域
本发明涉及一种用于修复圆柱形孔表面的工艺，其中，所述圆柱形孔表面先前具有涂敷在粗糙化的表面上的热喷涂层。
背景技术
本申请与于2013年6月10日提交的序列号为13/913,865的申请相关，该申请的全部内容通过引用被包含于此。本申请还与于2012年5月1日提交的序列号为13/461,160的申请相关，该申请的全部内容通过引用被包含于此。
汽车发动机气缸体包括活塞在其中行进的多个圆柱形孔。每个气缸孔的内表面被机加工为使得该表面适合在汽车应用中使用，例如，表现出合适的耐磨性和强度。机加工工艺可包括：对内表面进行粗糙化、将金属涂层涂敷于粗糙化的表面、珩磨金属涂层以得到最终的内表面。
如果没有正确地执行制造步骤中的任何步骤，那么孔将不是所要求的规格，这在过去会导致需要进行昂贵的修复工艺或者导致发动机气缸体完全报废。
发明内容
公开了一种重修工件的内圆柱形表面的方法，所述工件的内圆柱形表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层。所述方法包括：对所述表面的孔进行修复，以使修复的孔的直径大于最初的粗糙化的表面的最大直径。接下来，对修复的孔表面进行粗糙化修复。然后将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上。最后，对修复的涂层表面进行机加工，以形成最终修复的直径。
在一个或更多个实施例中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大一定的量，以确保孔的修复步骤能够完全去除最初的涂层。
在一个或更多个实施例中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大大约50μm至70μm的范围。
在一个或更多个实施例中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大60μm。
在一个或更多个实施例中，修复的粗糙化的表面包括在修复的孔的表面中的多个环形槽和交替的峰，所述峰具有底切的槽。
在一个或更多个实施例中，最终修复的直径等于内圆柱形表面的最初的直径。
粗糙化修复的步骤可包括：在修复的孔表面形成多个环形槽和交替的峰；使所述峰变形以形成底切槽。
在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的槽可包括平坦的底表面。
在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的峰可包括平坦的顶表面。
最终修复的直径可等于内圆柱形表面的最初的直径。
一种重修发动机气缸体的气缸的内表面的方法，所述内表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层，所述方法包括：对气缸体的孔进行修复，以使修复的孔的直径大于最初的粗糙化的表面的最大直径，从而去除全部的最初的涂层；对修复的孔表面进行粗糙化修复；将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上；对修复涂层表面进行机加工，以形成最终修复的直径，最终修复的直径等于所述内表面的最初的直径。
修复的孔的直径可比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大一定的量，以确保孔的修复步骤能够完全去除最初的涂层。
修复的孔的直径可比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大大约50μm至70μm的范围。
修复的孔的直径可比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大60μm。
粗糙化修复的步骤可包括：在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰；使所述峰变形以形成底切槽。
在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的所述槽可包括平坦的底表面。
在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的所述峰可包括平坦的顶表面。
公开了一种重修工件的内圆柱形表面的方法，所述内圆柱形表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层，所述方法包括：对工件的孔进行修复，以产生具有大于最初的粗糙化的表面的最大直径的直径的修复的孔表面；对修复的孔表面进行粗糙化修复，以产生修复的粗糙化的表面；将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上，以产生修复的涂层表面；对修复的涂层表面进行机加工，以获得最终修复的直径。
附图说明
图1A描绘了内燃发动机的示例性发动机气缸体的接合面或配合面的俯视图；
图1B描绘了沿图1A的线1B-1B截取的单独的气缸孔的截面图；
图2A描绘了在本公开的重修过程开始之前的气缸孔的截面图；
图2B描绘了在孔修复步骤之后的气缸孔；
图2C描绘了在粗糙化修复步骤之后的气缸孔；
图2D描绘了在涂层修复步骤之后的气缸孔；
图2E描绘了在最终机加工步骤之后的气缸孔。
具体实施方式
现在将详细地描述发明人已知的实施例。然而，应该理解，公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可按照各种和可选的形式实施。因此，在此公开的具体细节不应被解释为是限制，而仅作为用于教导本领域技术人员不同地实施本发明的代表性基础。
除了明确指示的情况之外，在说明书中指示材料的量的所有数值量应该被理解为在描述本发明的最宽范围时由词语“大约”修饰。
汽车发动机气缸体包括多个圆柱形发动机孔。每个发动机孔的内表面被机加工为使得所述表面适合在汽车应用中使用，例如，表现出合适的耐磨性和强度。机加工工艺可包括：对内表面进行粗糙化，并且随后将金属涂层涂敷于粗糙化的表面，并且随后珩磨金属涂层以获得具有所需的强度和耐磨性的完成的内表面。由于精度要求，因此步骤中的一个步骤导致孔不满足尺寸公差是常见的。
在此公开的实施例提供一种用于修复或重修圆柱形孔(例如，发动机孔)的内表面的工艺，其中，所述内表面先前具有涂敷在粗糙化的内表面上的金属涂层(例如，热喷涂层或等离子体喷涂层)。
图1A描绘了内燃发动机的示例性发动机气缸体100的接合面的俯视图。该接合面是气缸盖(未示出)附着到其的表面。发动机气缸体包括气缸孔102。图1B描绘了沿图1A的线1B-1B截取的单独的气缸孔102的剖视图。气缸孔102包括内表面部104，内表面部104可由金属材料(例如但不限于，铝、镁或铁、其合金、或者钢)形成。在某些应用中，可使用铝或镁合金，其原因是，与钢或铁相比，铝或镁合金的重量相对轻。重量相对轻的铝或镁合金材料可允许发动机的尺寸和重量减小，从而可提高发动机功率输出和燃料经济性。然而，这样的轻质合金可能不具有足够的/所需的抵抗力，以抵抗气缸孔在活塞行进期间所承受的耐磨性。将涂层涂敷到气缸孔的内部是已知的，该涂层由与铸造件、轻质合金相比提供增强的所需的耐磨性(和其他改进的特征)的材料制成。
图2A描绘了在公开的重修工艺开始之前的气缸孔102的截面图。孔的内表面部104具有金属涂层106，金属涂层106涂敷在孔的内表面部104的至少一部分上，以形成抗磨损内衬。最初气缸孔的最终的直径称为D0。如现有技术中公知的，涂层106涂敷在用于提高涂层的附着性的最初的粗糙化的表面上。在此使用的术语“最初的粗糙化的”用于描述在最初制造气缸期间执行的表面粗糙化并区别于在本发明的重修工艺期间执行的粗糙化修复(如下描述)。
可通过任何已知的方法形成最初的粗糙化的表面，在示出的示例性实施例中，最初的粗糙化的表面通常包括一系列交替的槽108和齿110。在一个非限制性的示例中，测定的齿110的顶部的公称直径D2(最小内经)为D0+300μm，并且槽108在齿的顶部之下延伸的最大深度大约为120μm。这样产生的最初的粗糙化的表面的最大公称直径D3＝D0+540μm。
可通过等离子体电弧热喷系统(例如，在第US2012/0018407A1号美国专利申请公布中公开的)来涂敷金属涂层106。在图2A至图2E中描绘的实施例中，涂层106未延伸到气缸体的顶部或气缸盖表面，而是仅覆盖了孔的将在发动机运转期间与活塞环(未示出)接触的轴向长度。
在至少一个已知的制造方法中，金属涂层106涂敷在最初的粗糙化的表面上并进行珩磨工艺，然后去除涂层的任何多余的厚度，以形成具有最初的直径D0的孔。可执行其他的机加工步骤来获得最初的直径D0。
可使用已知的各种机加工工艺来生产示出的气缸孔的几何形状。具体的几何形状包括形成为具有提高附着性的底切部(undercuts)的齿。这样的几何形状可根据第13/913,865,号美国专利申请形成，该专利申请已转让给本申请的受让人并且其公开内容通过引用被包含于此。公开于此的生产方法包括形成矩形的齿和槽，随后进行相邻的槽之间的平峰变形的变形步骤，以获得每个峰包括一对底切部的变形的峰。
用于制造诸如图2A中示出的涂敷的气缸表面的一个或更多个工艺步骤可能被不正确地完成，从而导致发动机气缸体无法使用。在这种情况下，需要一种修复或重修工艺，以避免气缸体完全报废。
重修图2A中示出的开槽且具有涂层的普通类型的孔通过执行如下步骤来完成：
1、将气缸的孔修复为直径大至足以去除全部的最初的涂层材料；
2、对修复的孔表面进行机械地粗糙化修复；
3、在修复的粗糙化的表面上涂敷一定厚度的修复涂层，以形成比期望的最终直径小的直径。
4、对修复涂层进行机加工，以形成最终直径。
重修工艺的第一步是将气缸的孔修复为直径D0r(参见图2B)大至足以去除全部或几乎全部涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层材料106。例如，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大一定的量，该一定的量可以是大约50μm至70μm的范围。优选地，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大60μm。该步骤形成修复的孔表面112。已经发现，完全去除最初的涂层材料106将使在工艺的第三步中涂敷的修复涂层的附着性达到最佳(如下所解释的)。
修复的孔径D0r最好是用于大体上去除全部最初的涂层所需的最小直径。由于在正常制造工艺中的固有的不可避免的布置和定位误差，因此为了去除全部的涂层材料，通常需要选择修复的孔的直径D0r稍微大于槽的底部的公称直径D3。如对于本领域的技术人员来讲将明显的是，直径D0r应超出直径D3的量还可根据诸如制造公差的因素来确定。在使用具有上面描述的示例直径的气缸孔的公开的步骤的测试中，发现确实已去除了全部的最初的涂层材料，在上面描述的尺寸示例中，需要使修复的孔径D0r比直径D3大至少60μm，或者超出最初的直径D0至少600μm。
可使用的系统的步骤是：首先使孔比最初的珩磨的孔的直径D0大500μm(在本示例中)，然后在一个或更多个后续步骤中每经过一个步骤使孔的直径扩大100μm，直到去除全部的涂层材料106为止。在钻孔步骤之后剩余的任何涂层通过目测(一旦到达了粗糙化的轮廓，则出现一系列的圆周带(通常比气缸体的基础材料暗))容易地识别。
不同的粗糙化的方法是已知的，具体地讲，最初的粗糙化的方法确定涂层材料在最初的直径D0之下延伸了多远，并从而确定要去除全部的最初涂层需要D0r多大。
工艺的第二步是对相对光滑的修复的孔表面112进行粗糙化修复，由此形成图2C中示出的修复的粗糙化的表面114。粗糙化修复可通过任何已知的工艺来完成。图2C中示出的修复的粗糙化的表面114的示例具有带有与图2A中示出的最初的粗糙化的表面上存在的底切部类似的底切部的槽-齿图案。由于修复的孔表面114与最初的粗糙化的表面的材料相同，并且其直径仅稍微大于执行了最初的粗糙化的表面的直径，因此通常可在粗糙化修复步骤中使用与在最初的粗糙化步骤中使用的类似的工具和技术。最大公称直径(至槽的底部)为图2C中指示的D3r。
工艺的第三步是将修复涂层116涂敷在修复的粗糙化的表面114上，以形成修复涂层表面118，参见图2D。用于涂敷修复涂层116的工具、材料和技术通常可与用于涂敷最初的涂层106的工具、材料和技术类似。然而，根据需要通过过度钻孔的步骤以及修复的孔的最终直径至少等于最初的公称直径D0的要求使得修复涂层116比最初的涂层106厚。
工艺的第四步是对修复涂层表面118进行机加工，以获得最终修复的直径DR，参见图2E。该机加工步骤可包括适用于实现期望的最终直径和平滑度的珩磨和/或任何工艺。最终修复的直径DR通常将与在重修过程之前存在的最初的直径D0(和/或期望的但未实现，需要进行重修过程)相同。通常，可以使用同样的机械加工工具和技术。
应该注意的是，图2D示出了具有一定厚度的修复涂层116，以使修复涂层表面118稍微不平坦并具有稍微小于最终修复的直径DR的最大内径。
公开的工艺的优点在于：在许多情况下可使用与在制造最初的气缸孔的工艺中使用的相同的工具来执行重修。
尽管已详细地描述了用于执行本发明的最佳方式，但熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将想到用于实施如权利要求所限定的本发明的各种可选择的设计和实施例。

Claims (9)

1.一种重修工件的内圆柱形表面的方法，所述内圆柱形表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层，所述方法包括：
对工件的孔进行修复，以使修复的孔的直径大于最初的粗糙化的表面的最大直径；
对修复的孔表面进行粗糙化修复；
将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上；
对修复的涂层表面进行机加工，以形成最终修复的直径。
2.如权利要求1所述的方法，其中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大一定的量，以确保孔的修复步骤能够完全去除最初的涂层。
3.如权利要求2所述的方法，其中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大大约50μm至70μm的范围。
4.如权利要求3所述的方法，其中，修复的孔的直径比最初的粗糙化的表面的最大公称直径大60μm。
5.如权利要求1所述的方法，其中，粗糙化修复包括：
在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰；
使所述峰变形以形成底切槽。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的槽包括平坦的底表面。
7.如权利要求5所述的方法，其中，在修复的孔表面中形成多个环形槽和交替的峰的步骤中形成的峰包括平坦的顶表面。
8.如权利要求1所述的方法，其中，最终修复的直径等于内圆柱形表面的最初的直径。
9.一种重修发动机气缸体的气缸的内表面的方法，所述内表面具有涂敷在最初的粗糙化的表面上的最初的涂层，所述方法包括：
对气缸体的孔进行修复，以使修复的孔的直径大于最初的粗糙化的表面的最大直径，从而去除全部的最初的涂层；
对修复的孔表面进行粗糙化修复；
将修复涂层涂敷在修复的粗糙化的表面上；
对修复涂层表面进行机加工，以形成最终修复的直径，最终修复的直径等于所述内表面的最初的直径。
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