CN104625558A - 滚压工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滚压工具,具有在进给方向突起的滚子支架,在该滚子支架上在周向上能绕滚子轴线转动地设置一个或多个滚压滚子,用于加工工件表面。至少一个滚压滚子具有用于贴靠在工件上的贴靠面,该贴靠面具有粗糙区段,该粗糙区段具有关于滚子轴线径向向外突起的凸起。本发明还涉及一种用本发明的滚压工具来加工工件表面的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚压工具,具有在进给方向突起的滚子支架,在该滚子支架上在周向上能绕滚子轴线转动地设置一个或多个用于加工工件表面的滚压滚子。
背景技术
滚压工具用于通过滚压滚子形式的滚动体无切削地平整粗糙的表面。金属表面在粗加工例如车、铣、磨等之后通常具有表面结构或粗糙,这通过为精加工的辊压过程能完全变平滑。在此载有滚压滚子的滚子支架在周向上旋转地沿径向在要被平滑的工件面上移动,其中滚压滚子接触工件表面。给予滚压滚子的挤压力,工件表面层通过塑性变形变得平滑。为此,滚压滚子在滚压时被施加垂直于工作面的力(滚压力)。因此,除了平滑作用,在工件上还实现增强作用。
要被平滑的工件通常由软材料例如铝构成,滚压滚子由较硬材料例如钢构成。
在传统滚压工具中平滑作用是很重要的,还能附加利用滚压工具的增强效果和变形效果。已经证明,在要被加工的表面中开设的、具有位于其间的板的槽能借助滚压工具这样变形,使得产生侧凹。起作用的滚压力在滚压中从上方压在所述板上并使这些板的顶部区段变得平滑,而槽底部基本上保持不变。这种效果可以尤其是有利的,因为借助传统的切削方法制造具有侧凹的槽复杂并且费时。接下来可将涂层质量施加到具有侧凹的槽中,其中该涂层质量能进入槽的侧凹区段中,从而该涂层质量特别固定地锚固在这些槽中。这种方法记载在还没有公开的专利申请DE 10 2013 011 726.7中。
但是已经被证明,尤其是在槽的延伸方向上作用在涂层上的力还会引起该涂层相对工件表面分离或偏移。
发明内容
根据本发明,该目的通过已知滚压工具的改进方案来解决,它的特征基本上在于,至少一个滚压滚子具有用于贴靠在工件上的贴靠面,该贴靠面具有粗糙区段,该粗糙区段具有关于滚子轴线径向向外突起的凸起。
换句话说,根据本发明,滚压工具不是用于平滑地变形,而是用于粗糙地变形。为此目的,在滚压中接触工件并使其在压力下变形的贴靠面的至少一个区段粗糙地构成,从而工件表面通过滚压力不是变得平滑,而是变得粗糙。为粗糙目的设在滚压滚子上的凸起从贴靠面起向外朝向要被加工的工件地突起。
本发明追溯到完全出乎意料的认识,即滚压的变形效果能与平滑效果脱离,使得这两种效果不是必须同时出现。径向上从贴靠面突起的凸起比贴靠面的平滑区域更强地压缩工件表面,使得被加工的工件表面产生粗糙度,所述凸起在滚压中沿被加工的工件表面滚动。换句话说,通过滚压力作用,在工件表面中产生贴靠面的突起的区段的负像。所述凸起在径向突起得越远,粗糙区段形成得越粗糙并且如果越不均匀,那么工件表面在滚压中也越粗糙。为了产生足够的压缩和变形效果,被证明有利的是,粗糙区段不等于整个贴靠面,而是仅形成在滚压滚子的贴靠面的一部分中。
在此证明有利的是,至少一个滚压滚子和/或滚子支架至少区段地圆锥形地构成,使得圆锥形地延伸的滚压滚子和/或滚子支架的区段彼此相向并且优选彼此接触。在此,滚子支架可以在进给方向上圆锥形地缩小,滚压滚子在进给方向上圆锥形地扩大。在这种情况下,在加工工件时滚压工具在工件表面沿进给方向移动时,滚压滚子既在径向上也在与进给方向相反的方向上压在滚子支架的圆锥形外表面上,使得在滚压时出现的力能以有利的方式导入滚子支架中。
为了贴靠面的面向工件的区域尽管贴靠面的锥度还基本上平行于工件表面延伸,滚子轴线相对进给方向可倾斜例如该椎体的张角的约一半。换句话说,滚压滚子以倾斜的姿势靠在滚子支架的圆锥形的外表面上。
可以保证工件表面尤其有效地变粗糙,其方式是向外突起的凸起由硬材料例如硬金属、金刚石或类似材料构成。所述凸起可以与滚压滚子一体地或单件地构成。但优选地,它们后来至少区段地被施加在滚压滚子的贴靠面的本来光滑的区域上。粗糙区段可在周向上完全环绕滚压滚子。这具有的优点是,在滚压滚子在工件表面滚动时,不是仅区段地产生粗糙。
工件表面的令人满意的粗糙度可这样实现,向外突起的凸起从基本上平滑地构造的贴靠面上突起大于10μm、优选大于100μm,并且小于2mm、优选小于1mm。如果所述凸起从贴靠面上突起得不够远,产生不了足够的粗糙效果。如果反过来突起得太远,工具和/或工件会由于太大的力而损坏。
向外突起的凸起能按照颗粒和/或沟纹的形式优选以不规则的样式从贴靠面上突起。具有颗粒状的优选不规则的凸起的粗糙区段能这样制造,即可硬化的凸起材料尤其是以液态的形式喷射或喷镀到贴靠面上,然后被硬化。例如可将液态的硬金属环绕地喷射到贴靠面的一个区段上,从而以不规则的排列产生点状或条纹状凸起。硬金属在冷却后硬化。变换地或附加地,可以在贴靠面上固定例如金刚石颗粒或其它颗粒状材料。
滚压工具可以具有两个、三个或更多的滚压滚子,它们以周向上相同间距设置在滚子支架上。但是已经证明,如果多个粗糙区段或多次地在工件的同一区域上滚动,工件表面的粗糙度能消除。这是因为,在这种情况下通过滚动的凸起在工件表面产生的凹陷取得太大的面积,这整体上对粗糙度又产生不利的影响。因此,根据本发明可提出,不是所有的滚压滚子都带有凸起,优选仅一个滚压滚子带有凸起。粗糙区段在进给方向的尺寸或者滚压工具的进给速度能这样适配,使得工件表面的各个区域常常仅有限地、优选仅一次被一个粗糙区段压过。
这些滚压滚子规则地容纳在环绕滚子支架的保持架中,使得它们紧挨地贴靠滚子支架的外表面并且绕它们自身的轴线(滚子轴线)可转动地被支承。
为了避免滚子支架被从贴靠面突起的凸起在转动滚压滚子时损坏,被证明有利的是,在滚子支架的面向滚压滚子的外表面中设置凹陷,其用于容纳在滚压滚子的确定转动位置中面向滚子支架的凸起。该凹陷的深度优选大于所述凸起的高度,尤其优选地大于1mm。
如果滚压滚子为了调节滚压工具的外圆周而能够沿滚子支架的圆锥形外表面移动并固定在预给定的位置中,则能够实现滚压工具适配于具有不同直径的要被加工的空心圆柱体。如果滚子支架在进给方向上圆锥形地缩小,那么滚压工具的外径例如能通过承载滚压滚子的保持架沿进给方向的移动而扩大。
为了尽管滚压滚子能沿滚子支架的外表面移动还避免滚子支架被所述突起的凸起损坏,被证明有利的是,粗糙区段在进给方向的尺寸设计得小于所述凹陷在进给方向上的尺寸。因此,在滚压工具的外径适配于确定的工件几何形状之后,在滚压滚子绕自身轴线转动时所述凸起还能容纳在所述凹陷中。
该滚压工具优选用于加工管状区段的内表面,例如圆柱形内表面,滚压工具在此情况下构造为内滚压工具。变换地还可考虑构造为外滚压工具。
本发明还涉及用于加工工件的基本上圆柱形的、具有环绕的槽的区段的面的方法,其中,在这些槽之间形成的凸起部用根据本发明的滚压工具这样的塑性变形,使得这些凸起部形成侧凹,其中,这些凸起部的顶面通过滚压滚子的所述凸起变得粗糙。
汽车中的内燃机由于重量原因通常构造有由轻金属尤其是铝制作的气缸曲柄壳体。然而这里的问题是由气缸曲柄壳体形成的气缸的内壁由于轻金属的摩擦学特性、尤其是比较差的耐磨性,不太适合用作活塞的工作面。
为了避免该问题,可以提出轻金属气缸曲柄壳体的工作面设置涂层,以实现用于工作面的期望的摩擦学特性。该涂层在此通常通过涂层材料的熔化和喷射到气缸壁上来实现。
在对气缸壁涂层时尤其重要的是,实现涂层在基本材料上良好的附着。为此,已经公知了在气缸曲柄壳体的工作面中设置槽或沟纹,以提高这些层之间的接触面积。在此也多次尝试在设有槽的工作面中构造侧凹,涂层的熔化的材料能进入该侧凹,以便硬化之后在这些层之间实现形状锁合的连接。由此得到涂层在气缸壁中的齿啮合,这等于形状锁合的连接。此外能通过板的塑性变形实现这些板中材料的压缩,这又能给该涂层和气缸壁之间的附着性的改善带来好处。板的变形关于板的(在径向上向着气缸的纵轴线延伸的)垂直轴线能对称地和/或不对称地进行。板的该变形能借助滚压工具进行。尤其是为了产生对称变形的板,可以提出使用滚压工具,其在圆周上和/或在其长度上具有多个能伸出和收回的滚子,它们在滚压过程中相应地伸出和收回。
根据本发明,涂层和基本材料之间的附着还能进一步改善,其方式是,板或凸起部的分别位于槽之间的顶面通过滚压工具不仅为了形成侧凹而被“压平”,而且这些顶面同时通过从滚压滚子的贴靠面上突起的凸起变得粗糙。以这种方式完全避免涂层在其硬化后的偏移,保证了涂层在工件表面上尤其好的附着。
圆柱形工件的表面可以是内燃机气缸的工作面。
如所述的那样,所述面能接着优选通过热喷射方法被涂上涂层材料。涂层能尤其是借助热喷射(例如电弧线材喷射(Lichtbogendrahtspritzen))来施加,为此用已知方式旋转地驱动喷射头并使喷射头沿气缸纵轴线移动。熔化的涂层材料在此能进入所述槽中,充满这些槽,并在硬化之后与气缸壁形成形状锁合的连接。
关于在工件表面中施加槽的细节以及关于接在滚压之后的涂层方法的细节,在专利申请DE 10 2013 011 726.7中有详细描述,该专利申请的公开内容通过引证完全包含在本说明书中。
附图说明
在下面的说明中参照附图描述本发明,关于本发明本质的和在说明书中未详细指出的细节明确地参照这些附图。
图1为根据本发明的滚压工具10在加工圆柱形工件20内表面时的示意性剖视图,;
图2为滚压滚子13的具有向外突起的凸起的圆锥形部分的示意性侧视图,如它设置在图1中所示的滚压工具上那样;
图3为根据本发明的滚压工具10的另一实施例的多个图示;
图4为根据本发明的滚压工具的侧视图,该滚压工具在工件的设有槽的基本上圆柱形的内表面上导行,其中,示出该工件的横截面;
图5为多个示意性剖视图,它们表示被根据本发明的滚压工具加工前和后的、设有槽的工件表面。
具体实施方式
图1表示根据本发明的滚压工具10的第一实施例的示意性侧视图。该滚压工具正在沿进给方向穿过管状工件20的基本上圆柱形的区段,并且同时绕自身轴线转动。为此目的,该滚压工具能借助滚筒或类似装置夹紧。该滚压工具当然还可以选择性地被固定夹紧,而工件能转动地向着滚压工具10运动。
在加工前,滚压工具的外径稍大于工件20的内径,使得工件20的被加工的内表面22在加工中塑性变形并径向向外地被强化。但与传统滚压工具不同,工件20的内壁没有完全变得平滑,而是通过滚压工具10的凸起19变得粗糙。
滚压工具10具有在进给方向v上突起的能旋转地被支承的滚子支架12,它具有在进给方向v上逐渐缩小的圆锥形区段。在滚子支架12的该逐渐缩小的区段的外表面11上这样设置多个基本上圆锥形的滚压滚子13、14,使得它们能在滚子支架12的外表面11上滚动。为此,滚压滚子13、14能容纳在滚子保持架31(见图3)的缝隙中,该滚子保持架环绕滚子支架的外表面11,并且将滚压滚子固定保持在滚子支架的外表面11上。作用在滚压滚子13、14上的力能通过在滚子支架上这种紧挨的支承直接导入该滚子支架中。滚子支架的外表面11的锥度使得径向力和轴向力能从滚压滚子13、14导入滚子支架12中。
滚压滚子13、14各具有一个基本上圆锥形的贴靠面16,用于在滚压时贴靠在工件20上。滚子轴线A这样地倾斜,使得尽管有所述锥度,贴靠面16的总是面向工件表面22的部分基本上平行于工件表面22延伸,滚压滚子在滚压过程中能绕该滚子轴线旋转。在滚压倾斜(例如圆锥形)的工件表面或类似面时,也可以使用不同成型的滚压滚子。
图2放大地表示这种滚压滚子13的一部分。去掉了滚压滚子的头部区段,滚压滚子通过该头部区段能固定在保持架31上。至少一个滚压滚子13具有一个带有粗糙区段18的贴靠面16,该粗糙区段具有关于滚子轴线A向外突起的凸起19。如图2所示,粗糙区段18环绕滚压滚子13,其中,凸起19颗粒状、点状和/或沟纹状地以不规则的排列从贴靠面16突起。这种样式这样得到,即硬金属以液态的形式被喷射到贴靠面16上,并且硬金属接着被硬化。优选地,该多个滚压滚子中仅一个带有粗糙区段。太多具有粗糙区段的滚压滚子13又会减小被加工工件表面22的粗糙度。
在工件20被加工后,在工件表面22中能形成粗糙区段18的负向压印。也可以使粗糙区段18多次压过工件20的一个区域,或者多个滚压滚子的粗糙区段压过工件20的一个区域,使得在工件表面中反映出多个粗糙区段的负像。下列参数能影响工件表面22的待产生的粗糙度:进给速度、滚压工具的转速、具有粗糙区段的滚压滚子数量、粗糙区段的尺寸、粗糙区段的颗粒密度或构造、粗糙区段的凸起19的高度等等。通过适配这些参数能使滚压工具适配待产生的粗糙度。
在滚子支架12的外表面11上,在带有凸起19的滚压滚子13的高度上各形成一个凹陷15。该凹陷15这样设置,使得所述凸起在滚压滚子13绕自身轴线转动时不接触滚子支架的外表面11,因此,该滚子支架不会被损坏。该凹陷在进给方向v的尺寸Y可以大于粗糙区段在进给方向v的尺寸X,从而滚压滚子13、14能沿滚子支架12的外表面11移动,以使滚压工具10的外径适配于工件20的外径,而不用担心损坏滚子支架12。
图3表示根据本发明的滚压工具的变换的实施例,具有总共七个滚压滚子,其中只有一个滚压滚子13具有粗糙区段18。还示意性表示保持架31,在该保持架的缝隙中,这些滚压滚子以固定的状态设置在滚子支架12上。凸起19用点示意性表示。
图4和5表示用于产生具有侧凹5的槽3的滚压过程,所述槽在周向上在工件20的圆柱形内表面中延伸。该工件可以是内燃机的气缸,其中,该气缸的工作面被加工。
首先在工件20的要被加工的面中加工槽3。在这方面参照专利申请DE 102013011726.7,其中详细描述了该步骤。在这些槽3之间分别形成环绕的板2,所述板具有顶面6,其中滚压力作用在这些顶面6上并且沿径向压在这些板上,使得在滚压时形成具有侧凹5的槽3。同时板2的顶面6通过所述凸起变得粗糙。
因此形成工件表面22,施加在该工件表面上的涂层尤其良好地被保持在该工件表面上,因为该涂层一方面固定在槽3的侧凹5中,另一方面嵌入板2的粗糙的顶面6的凹陷中。
Claims (13)
1.一种滚压工具(10),具有在进给方向(V)突起的滚子支架(12),在该滚子支架上沿周向能绕滚子轴线(A)转动地设置用于加工工件表面的一个或多个滚压滚子(13,14),其特征在于,至少一个滚压滚子(13)具有用于贴靠在工件(20)上的贴靠面(16),该贴靠面具有粗糙区段(18),该粗糙区段具有关于所述滚子轴线(A)径向向外突起的凸起(19)。
2.根据权利要求1所述的滚压工具,其特征在于,所述至少一个滚压滚子(13)和/或所述滚子支架(12)至少部分地圆锥形地构成,使得滚压滚子(13)和/或滚子支架(12)的圆锥形地延伸的区段彼此相向并且优选彼此贴靠。
3.根据权利要求1或2所述的滚压工具,其特征在于,所述向外突起的凸起(19)由硬材料构成,例如由硬金属、金刚石或类似材料构成。
4.根据前述权利要求之一所述的滚压工具,其特征在于,向外突起的所述凸起(19)从平滑地构造的所述贴靠面(16)上突起大于10μm、优选大于100μm,并且小于2mm、优选小于1mm。
5.根据前述权利要求之一所述的滚压工具,其特征在于,向外突起的所述凸起(19)按照颗粒的形式和/或条纹状地和/或点状地从所述贴靠面(16)上突起,优选以不规则的样式从所述贴靠面(16)上突起,这些凸起尤其是以液态的形式喷射或喷镀到所述贴靠面上,然后被硬化。
6.根据前述权利要求之一所述的滚压工具,其特征在于,在周向上在所述滚子支架(12)外部设置两个、三个或更多的滚压滚子(13,14),其中仅一个滚压滚子(13)具有所述凸起(19)。
7.根据前述权利要求之一所述的滚压工具,其特征在于,设有一个形成在滚子支架(12)的面向所述至少一个滚压滚子(13)的外表面区段(11)中的凹陷(15),用于容纳面向滚子支架的所述凸起(19)。
8.根据权利要求7所述的滚压工具,其特征在于,所述滚压滚子(13,14)为了调节所述滚压工具(10)的外圆周而能够沿所述滚子支架(12)的锥形外表面移动并能固定在预给定的位置中。
9.根据权利要求7或8所述的滚压工具,其特征在于,所述粗糙区段(18)在进给方向(V)的尺寸(X)小于所述凹陷(15)在进给方向上的尺寸(Y)。
10.根据前述权利要求之一所述的滚压工具,其特征在于,所述滚压工具(10)为内滚压工具,用于加工工件(20)的管状区段的内表面(22),例如圆柱形内表面或类似表面。
11.一种用于加工工件(20)的基本上圆柱形的、具有环绕的槽(3)的区段的面(22)的方法,其中,在这些槽(3)之间形成的凸起部(2)用根据前述权利要求之一的滚压工具(10)而被塑性变形,使得这些凸起部形成侧凹(5),其中,这些凸起部(2)的顶面(6)通过滚压滚子(13)的所述凸起(19)变得粗糙。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,工件区段的所述面是内燃机气缸的工作面。
13.根据权利要求11或12所述的方法,其特征在于,接下来优选通过热喷射方法对所述面(22)涂上涂层材料。
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