CN105377486B - 用于对内燃机气缸的跑合面进行加工的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对内燃机的气缸(2)的壁进行加工的方法，其中通过切削工艺将周缘槽(3)加工到所述壁中，其中在圆周上具有多个切削齿(6)的至少一个环形锯片(4)被用于引入槽(3)，其中所述锯片(4)被移动以便围绕其纵轴线(7)以及在环形路径(12)上转动。对形成在相邻槽(3)之间的槽脊进行的后续成形操作形成底切，所述底切能够改进气缸(2)的壁到随后施加的涂层(11)的连接。

Description

用于对内燃机气缸的跑合面进行加工的方法

技术领域

本发明涉及用于对内燃机气缸的跑合面进行加工的方法。特别地，本发明涉及一种对跑合面进行涂覆的方法，所述跑合面预先被粗糙化以改进涂层的粘着性。

背景技术

由于重量的原因，机动车中的内燃机通常形成为具有由轻金属、特别是铝制成的气缸体曲轴箱。然而，在该连接中的问题是，由于轻金属的摩擦学性能、特别是其较差的耐磨性，形成在气缸体曲轴箱中的气缸的内壁仅在作为用于柱塞的跑合面的适合性方面是不够的。

为了避免该问题，例如灰铸铁的气缸套被用在具有由轻金属制成的气缸体曲轴箱的许多内燃机中，其中轻金属的优点(低比重)能够与灰铸铁的优点(好的摩擦学性能)相结合。

可替代地，已知轻金属的气缸体曲轴箱的跑合面具有涂层以对跑合面产生期望的摩擦学性能。在这种情况下，通常通过熔融涂层材料并且将其喷涂到气缸壁上来产生所述涂层。

当气缸壁正在被涂覆时，产生涂层到衬底材料的良好粘着性是由其重要的。为此目的，已知气缸体曲轴箱的跑合面在被涂覆之前被粗糙化，以增大层之间的接触表面面积。在这种情况下，通常还尝试在被粗糙化的跑合面中产生底切(Hinterschnitte)，涂层的熔融材料能够渗入所述底切中以在凝固后产生层之间的形状锁合连接。

用于使该气缸壁粗糙化的一种已知的可能方式为通过切削或非切削工艺引入槽或沟槽。

这样，从例如DE 10 2009 027 200 B3中已知在使气缸壁粗糙化的方法的第一步骤中将特别具有矩形或梯形横截面的螺旋槽引入到气缸壁中。这能够通过切削和非切削工艺完成。在第二步骤中，在槽之间以螺旋形式延伸的槽脊随后在径向上逐段地塑性变形，以产生底切。用于引入槽的是具有单个切削刃的工具，所述工具被驱动转动并且也沿着气缸的纵轴轴向地移位。

从EP 2 112 359A1中已知一种相似的方法。在那种情况下也公开的是引入到气缸壁中的是在圆周方向上延伸的多个槽而不是一个螺旋槽。

已知方法的缺点在于引入槽花费大量时间以及被使用的工具的较短寿命。

发明内容

以该现有技术作为出发点，本发明的目标在于进一步改进内燃机汽缸壁涂层的经济性。

该目标通过根据本发明的用于对内燃机的气缸的壁进行加工的方法而得以实现。根据本发明的方法的有利实施例能够从本发明的以下描述中看出。

根据本发明，通过以下步骤改进了用于对内燃机的气缸的壁(气缸壁)进行加工的通用型方法，在所述方法中通过切削工艺将环绕圈延伸的槽引入到气缸壁中：为了引入槽，使用至少一个环形(优选圆形)锯片，所述锯片在其圆周上具有多个切削齿，所述锯片围绕其纵轴线并且沿着环形路径(围绕气缸的纵轴线)转动移动，以将槽中的一个引入到气缸壁中。

应理解的是，术语“切削齿”是指任何可实现通过切削去除材料的切削元件，其不必被形成为具有锯片主体的单件，也不必被布置为旋转对称和/或围绕主体圆周均匀分布。

与仅使用单个切削边缘或者少数切削边缘来加工出不同槽的已知方法相比，通过使用多个切削齿并且结合环形锯片的彼此叠加的两种运动来引入每个槽，工具的寿命能够显著地增加。

根据本发明的对气缸壁进行粗糙化的目的可以特别地在于通过涂层产生良好的粘着性，所述涂层在较后阶段中被施加到气缸壁并且作为气缸中的跑合面。因此，根据本发明的方法在该方法的后续步骤中可以包括对气缸壁进行涂覆。该涂覆可以以现有技术中已知的方式和方法实行，在这种情况下，可以优选使用热喷涂工艺，其中涂覆材料以熔融状态被喷涂到气缸壁上并且在那凝固。热喷涂工艺的示例为线弧喷涂和等离子涂覆。

为了进一步改进在气缸壁上的涂层的粘着性，可以优选地采取措施在涂覆之前使形成在槽之间的槽脊再成形以使得他们(在径向上，从气缸的纵轴线开始)形成底切。这样实现了涂层在被粗糙化的气缸壁中变得相互接合，这等同于形状锁合相互连接。而且，槽脊中的材料的紧实能够通过槽脊的塑性变形来实现并且这还可以有益于改进涂层和气缸壁之间的粘着性。槽脊的变形可以相对于槽脊的纵轴线(相对于气缸纵轴线径向地延伸)对称地和/或非对称地发生。槽脊的再成形可以优选地借助于滚光工具来执行。特别地为了产生非对称变形的槽脊，可以采取措施使用滚光工具，所述滚光工具在其圆周和/或沿着其长度具有能够伸长和回缩并且在滚光工艺期间根据情况伸长和回缩的多个辊子。

在根据本发明的方法的一个有利实施例中，可以采取措施使锯齿的宽度对应于槽的期望宽度。这样能够实现在锯片沿着其环形路径的仅一次运动中能够完成整个槽。这样能够避免在正产生单个槽时锯片的任何轴向运动(即由气缸的纵轴线限定的方向上的任何运动)。然而，还可以采取措施使所有槽的或单个槽的宽度大于锯齿或锯片的宽度。特别地，还可以采取措施使槽的宽度在存在多个槽时改变。这还是为了例如在单个槽之间的中心距相同时使形成在每个相邻槽之间的槽脊的宽度变化所采取的措施。例如可以采取措施使在气缸的中央(相对于纵轴线)部分中的槽脊宽度比在一个或优选地两个端部部分中的槽脊宽度更窄。这样能够实现的是，在内燃机后续工作时将承受来自柱塞的特别压力的中央部分获得涂层到气缸壁的特别好的粘着性，并且在加工成本的复杂性减小的同时仍然在端部部分中获得足够的粘着性。

还能够通过改变在气缸长度上的槽之间的中心距来改变具有恒定槽宽度的槽脊的宽度。在这种情况下，也可以采取措施使在气缸的中央(相对于纵轴线)部分中的槽脊宽度比在一个或优选两个端部部分的槽脊宽度更窄。中心距的改变以及槽宽度的改变当然可以相互结合。

为了缩短气缸的加工时间以及延长为此目的而使用的设备的寿命，在根据本发明的方法的一个实施例中可以采取措施，所述措施为特别优选地使用平行布置的多个(例如5到100)锯片，所述锯片每个都由于根据本发明的两种转动运动的(优选同步地)叠加而将槽引入到气缸壁中。这样，需要时可以仅在一次经过(Durchgang)中(即在承载锯片的工具沿着其环形路径的一次运动中)将所有期望的槽都引入到气缸壁中。

但是，可以有利的是，将槽之间的距离以及因此形成在相邻槽之间的槽脊的宽度选择得非常小(例如大约0.15mm到0.3mm)。当在这种情况下，具有与期望的槽数对应的数量的锯片的工具的生产可能能够仅以非常高的成本生产或被生产为不具有所需耐用性的。通过使用如下工具可以有利地避免这个问题：所述工具的锯片的数量更少(并且特别地对应于普通分数，即一半、三分之一、四分之一等)，这种工具的相邻锯片之间的距离为形成在槽之间的期望槽脊(在跑合面的最终状态下，即一旦引入了所有期望的槽)的期望宽度的倍数。在这种情况下，锯片之间的距离x可以被计算如下：x＝n·y+(n+1)·z，其中n是整数，y是期望的槽脊宽度而z是期望的槽宽度。在这种情况下，n可以特别地对应于为了引入所有槽而期望的经过次数。

因此，为了引入槽，在第一次经过时可以将与锯片数量对应的数量的槽引入到气缸壁中。随后，锯片(特别地承载锯片的工具)可以在气缸中沿着轴向移位与期望的槽宽度和槽脊宽度之和对应的距离，以再次引入相应数量的槽，所述槽中每个都被布置在之前引入的两个槽之间。这能够持续直到已经引入了期望数量的槽为止。

结合在以大致相同的间距将槽引入到气缸壁中的优选实施例中所提供的，还可以采取措施使槽之间的距离以及因此槽脊的宽度变化。

在根据本发明的方法的一种也为优选的实施例中，可以采取措施使锯片(一个或更多个)沿着环形路径移动，所述环形路径不是圆形的，而是例如星状的、或者是以一些其他方式不均匀的。这产生了槽深度变化，由于槽底结构不是旋转对称的，所述变化能够有效地防止涂层在气缸壁上的任何扭曲。

该效果可以通过在具有非圆形的环形路径的至少两次经过中引入槽而有利地被进一步加强，锯片沿着所述非圆形的环形路径在不相同的单个经过中移动。在这种情况下，非圆形的环形路径可以根本不同，和/或可以在转动中以大于或者小于360°偏离彼此。

可替代地或除此之外，还可以通过使槽中的至少一个形成为不环绕封闭圈延伸或不环绕整圈延伸来避免涂层的任何扭曲。槽中的至少一个可以例如在至少一个点处被中断。多个槽中的单独一些还可以以螺旋形状延伸。同样还可以设置在气缸纵向上延伸的至少一个槽。

在根据本发明的方法的一个也为优选的实施例中，可以采取措施使用一个或更多个锯片，在所述锯片上的锯齿中的至少一些的尖部在侧向上(侧面过渡处)成斜角或圆角。这样能够实现槽的侧壁相应的成斜角或成圆角的过渡到其底部中。当槽脊在被涂覆之前被再成形时，由于以这种方式能够减小再成形期间的压力峰值，因此这种过渡可以是特别有利的。由此能够有效地避免在过渡处气缸壁中的任何裂缝。

附图说明

以下参照附图中所示的实施例详细解释本发明。在这些附图中：

图1：示出了在根据本发明的对气缸壁进行涂覆的方法中的第一步骤中将槽引入到气缸壁中。

图2：为包括气缸体曲轴箱以及被用于执行如如图1所示的方法的工具的系统的一部分的平面图。

图3：示出了工具所沿着移动的环形路径的替代形式以及槽底的最终结构。

图4：示出了将槽引入到气缸壁中的一种替代可行的方法。

图5：示出了作为对汽缸壁进行涂覆的方法中的第二步骤，对已经具有槽的气缸进行滚光。

图6：示出了因滚光而对形成在槽之间的槽脊的再成形，其中槽的横截面具有第一形状。

图7：示出了因滚光而对形成于槽之间的槽脊的再成形，其中槽的横截面具有第二形状。

图8：示出了作为对气缸壁进行涂覆的方法中的第三步骤，将涂层施加到之前加工的气缸壁上。

图9：示出了形成在槽之间的槽脊在相同方向上的非对称再成形。

图10：示出了形成在槽之间的槽脊在相反方向上的非对称再成形。

具体实施方式

图1到8为示出了根据本发明的对形成在气缸体曲轴箱1中的气缸2的壁进行涂覆的方法中的不同步骤以及在这种情况下使用的装置的细节的示意图。

在根据本发明的方法中的第一步骤中，通过切削工艺将环绕圈延伸并且平行布置的多个槽3引入到气缸壁中。根据本发明，为此目的使用包括被固定到工具架5的一个或更多个圆形锯片4的工具。锯片在圆周上包括多个切削齿6。

图1示出了作为一种可能、借助于单个锯片4来引入所有槽3。单个锯片4在被驱动以围绕其本身纵轴线7转动的同时被降低到气缸2中，直到到达了待被引入的第一槽3的期望位置为止，然后在气缸壁方向上径向移位(或至少其运动具有径向分量)。当此完成时，锯片4将气缸壁切割至期望深度。锯片4然后围绕气缸2的纵轴线例如沿着环形路径8(见图2)9移动，其中第一槽3以恒定的槽深度被引入到气缸壁中。锯片4随后朝向气缸2的纵轴线9径向移位以使其从第一槽3中撤回。通过使工具在由气缸2的纵轴线限定的方向上移位，锯片4随后位于用于引入第二槽3所期望的地点。然后以与在第一槽3的情况中所做的相应的方式，将第二槽3引入到气缸壁中。通过使工具沿着气缸的纵轴线9逐步地移位，能够以该方式将所有期望的槽3引入到气缸壁中(见图5)。

图4示出了将槽3引入到气缸壁中的一种替代过程。那里使用的是包括平行布置的并且在其纵轴线上同轴的多个锯片4的工具。在这种情况下，锯片4的数量小于槽3的期望数量并且特别地是槽3的期望数量的1/n(n为整数)。此外，相邻锯片4之间的距离大于相邻槽之间的期望距离(一旦所有槽都已经被引入之后)。准确的，锯片4之间的距离被期望是n与槽宽度的乘积和(n+1)与形成在相邻槽3之间的槽脊10的期望宽度的乘积之和。

由此，在第一次经过中，通过使工具如图1所示的移位那样移动，能够将与锯片4的数量对应的数量的槽3引入到气缸壁中。然后工具在由气缸2的纵轴线9限定的方向上以期望的槽脊宽度移位，继而在第二次经过中将相应数量的槽3引入到气缸壁中。这一共重复n次，直到所有期望的槽3都已经被引入为止。

如果工具围绕气缸2的纵轴线9沿着环形路径8移位，结果是被引入的槽3的旋转对称以及因此在后续阶段中被施加到气缸壁上的涂层11的外侧的旋转对称。由此，仅通过在涂层11和气缸壁之间的粘合连接，可以防止气缸2内的涂层11的扭曲。如果这还足够的话，还能够通过使工具围绕气缸2的纵轴线9、不沿着圆形路径8而是沿着不均匀的环形路径12移位，来防止涂层的扭曲。这在图3中被示出为例如星状环形路径12。因此，在一个圈中，锯片4以不同的深度逐段地沉入气缸壁中，这产生了槽底的相应不均匀的结构。

如果在单个经过中由锯片4(一个或更多个)跟随的环形路径12也以如图3中所示的方式转动偏离，那么防止扭曲能够被进一步改进。那里，第一次经过的环形路径的结构以及由此产生的槽底的结构以实线示出，第二次经过的环形路径的结构以及由此产生的槽底的结构以虚线示出。

在所有槽3都被引入到汽缸壁中之后，采取措施使在相邻槽3之间形成的槽脊10塑性地再成形，以形成底切或者换言之形成槽横截面的变窄，这确保了在较后的阶段中施加的涂层11会形状锁合地固定到气缸壁。用于再成形的是滚光工具13，其具有在圆周上被布置在主体15中的凹部中的并且由此在径向上突出到主体15的外侧之外的多个滚光体14。滚光工具13在被驱动转动时沿着气缸2的纵轴线9移位，在这种情况下鉴于由滚光体14限定的圆周的(最大)直径大于由槽脊10限定的气缸2内径的事实，实现槽脊10的再成形。滚光体14的稍呈锥形的结构使得滚光工具13能够沉入到气缸2中。

图6和7中能够看出能够利用滚光实现的、槽脊10和槽3两者的横截面形状的变化。在其初始状态下为大致矩形的槽脊10和槽3被赋予梯形横截面，其中槽3的宽度在其开口端处比在其底部上大。

在图6所示的横截面为矩形初始形状的情况下，在以直角从槽3的侧面过渡到其底部的再成形期间可能发生高压力峰值，并且这些可能导致气缸体曲轴箱1的材料的局部裂缝。如果采取措施使从侧面到槽底的过渡不那么尖锐、例如借助于斜角(见图7)或圆角的过渡的话，那么能够避免或降低这些压力峰值。这种过渡能够通过使锯片4的切削齿6适当地成形来实现。

除了图6和7所示的槽脊的对称变形，还可以是例如在图9和10中示例性示出的非对称变形。在这种情况下，图10所示的在相反方向上的非对称变形可以有利于将涂层特别好地连接到气缸壁。

槽脊宽度与槽深度的大约1:1的比值对于在再成形中形成足够大的底切可以是有利的。例如，在这种情况下，槽脊宽度可以为0.15mm到0.3mm，槽深度为0.1mm到0.4mm(每个都是在再成形之前)。

在槽脊10的再成形之后，涂层11被施加到气缸壁(见图8)。气缸壁用作用于在气缸中被引导的内燃机柱塞的跑合面。可以特别地通过热喷涂(例如线弧喷涂)施加涂层，为此目的喷涂头16被驱动转动并且沿着气缸2的纵轴线9以已知方式移位。当此完成时，熔融的涂覆材料能够渗入到槽3中，填充它们并且在凝固后产生与气缸壁的期望的形状锁合的连接。

当气缸体曲轴箱1形成一个以上的气缸2时，可以采取措施使多个、特别地所有的气缸2以根据本发明的方式同时被加工。

Claims (10)

1.一种用于对内燃机的气缸(2)的壁进行加工的方法，其中通过切削工艺将环绕圈延伸的槽(3)引入到所述壁中，其特征在于，为了引入所述槽(3)，使用至少一个环形锯片(4)，所述环形锯片在其圆周上具有多个切削齿(6)，所述锯片(4)围绕其纵轴线(7)以及沿着环形路径(12)转动移动，其中，所述环形路径(12)不是圆形的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切削齿(6)的宽度对应于所述槽(3)的期望宽度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用平行布置的多个锯片(4)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，相邻锯片(4)之间的距离是在所述壁的最终状态下形成在所述槽(3)之间的槽脊(10)的宽度的倍数。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用非圆形的环形路径(12)在至少两次经过中引入所述槽(3)，所述锯片(4)沿着所述非圆形的环形路径在不相同的两次经过中移动。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述环形路径(12)是星状的。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述切削齿(6)在侧向上成斜角或圆角。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使形成在所述槽(3)之间的槽脊(10)再成形以形成底切。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，借助于滚光使所述槽脊(10)再成形。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，随后涂覆所述壁。