CN106457488A - 用于粗糙化金属表面的刀具 - Google Patents

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CN106457488A CN201580024708.3A CN201580024708A CN106457488A CN 106457488 A CN106457488 A CN 106457488A CN 201580024708 A CN201580024708 A CN 201580024708A CN 106457488 A CN106457488 A CN 106457488A
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Abstract

本发明涉及一个用于粗糙预钻孔的工件孔内壁的金属表面的糙化刀具，在其夹紧柄与其刀头(11)之间构成成型轮廓(20)，通过它在刀具旋转(R)时在切屑或无屑地金属表面变形的情况下产生粗糙结构。按照本发明，所述糙化刀具具有至少一沿着刀具轴线(L)延伸的、从刀具基体突出来的型肋(13)，在其外部肋背面上构成成型轮廓(20)。

Description

用于粗糙化金属表面的刀具
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于粗糙化预钻孔的工件芯孔内壁的金属表面的糙化刀具以及一种用于如权利要求13所述的用于粗糙化这种表面的方法。
背景技术
在汽车结构中、例如在加工由铝或镁合金制成的轻金属-内燃机的缸头孔时使用这种糙化刀具。为了提高这种内燃机的Al/Mg-缸体运动表面的耐磨损性，可以在热喷涂工艺中在缸体运动表面上涂覆耐磨层。
为了改善粘附强度可以在涂覆耐磨层之前在形成具有显微小侧凹部的粗糙结构的情况下粗糙化金属表面。例如可以化学地或通过激光加工实现粗糙。替代地也可以实现机械粗糙，如同例如由DE 10 2009 006 694 A1或者由DE 10 2008 024 313 A1已知的那样。在这种机械粗糙时，使用糙化刀具，它在外周上具有成型轮廓，通过刀具旋转在金属表面的有切屑或无切屑变形的情况下可以产生预定义的粗糙结构。在DE 10 2008 024 313A1中在两个工作步骤中制备粗糙结构，并且首先在第一步骤中，将切屑和/或冲压地将侧凹部加入到金属表面中，并且在第二方法步骤中例如通过镦锻在无切屑的方法步骤中继续改变预变形。
由现有技术已知的糙化刀具以及由此执行的粗糙方法在加工技术上是费事的以及在粗糙时伴随高的刀具成本和高的加工持续时间。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于粗糙/打毛预钻孔的工件芯孔内壁的金属表面的糙化刀具/打毛刀具，使得以较低的能耗和/或时间耗费在工件芯孔的内壁上产生高质量的粗糙结构。
这个目的通过权利要求1或权利要求13的特征得以实现。本发明的优选改进方案在从属权利要求中公开。
本发明基于这个问题，通过由现有技术已知的糙化刀具在芯孔-内壁上产生粗糙结构是费时且耗能的。在这个背景下，按照权利要求1的特征部分，所述糙化刀具配有至少一型肋，它沿着刀具轴线延伸并且从刀具基体径向向外突出。用于产生粗糙结构的成型轮廓构造在型肋外周侧的肋背面上。此外，所述型肋在糙化刀具的刀头上具有切槽刃/开槽刃。该切槽刃横向于刀具轴线定向并且直接布置在刀头上。
通过这种糙化刀具可以在两个加工步骤中产生粗糙结构：在第一预加工步骤中首先利用型肋的切槽刃在芯孔-内壁中切出沿芯孔轴线延伸的型槽。在芯孔-内壁中构成的型槽例如通过钻孔刀具进入到芯孔中的轴向行程运动/直线运动实现。对此替代地也可以螺旋形地构成型槽。在这种情况下，所述糙化刀具以“螺纹钻孔模式”低转速地移入到芯孔中。在这种情况下，型肋不是直线地沿着刀具轴线延伸，而是更多地以螺旋角螺旋形地围绕刀具轴线延伸。在此，转速适配于型肋的螺旋角。在完成第一预加工步骤以后，即在移入到芯孔中的状态所述型肋与型槽处于槽接合，即，在整个加工长度(构型长度)上布置在型槽中。
然后，在接着的第二成型布置中所述糙化刀具的成型轮廓在刀具旋转的情况下粗糙化/打毛芯孔内壁的金属表面。对于最终加工步骤，无需高转速，而是由于没有或者说至少明显减小的轴向进给只需低的转速。在例如两个关于刀具轴线在直径上对置的点对称地构成的型肋中只需糙化刀具旋转至少一半圈。接着，所述糙化刀具可以从表面加工的芯孔中移出。通过这种方式非常能量高效地以及通过明显减少的耗时完成粗糙过程。
要强调的是，不仅预加工步骤而且成型步骤中都可以不更换刀具、即通过唯一的糙化刀具完成。至少一型肋以及以后描述的、至少一扩孔段可以材料一致地和/或一体地成型在刀具基体中。对此替代地也可以在独立的变形板上构成型肋和扩孔段，这些变形板可拆卸地固定在刀具基体上。
如上所述，在预加工模式中在芯孔-内壁中以“螺纹钻孔模式”产生至少一螺旋形的型槽。即，在产生螺旋形型槽时所述糙化刀具不仅以轴向进给速度而且在围绕其刀具轴线缓慢旋转的情况下(即取决于槽导程地)运动到圆柱形芯孔中，而且这样，使得得到连续的槽道并且所述型肋与产生的型槽处于啮合。
下面描述所述糙化刀具的刀具几何形状。所述型肋的切槽刃可以具有槽底-切削棱，该槽底-切削棱在第一刀尖上与主切削棱汇合。此外，所述型肋在刀头部位中可以具有外周侧的自由面，自由面在槽底-切削棱上与槽-切削面汇合。所述槽-切削面挤压在预加工步骤中产生的槽屑到沿着刀具轴线延伸的槽形的切屑腔中并且从那里继续在离开芯孔的方向上导引。
上述的槽-切削面不仅通过槽-切削棱而且通过第一和第二槽侧面-切削棱限定。第一和第二槽侧面-切削棱分别在第一刀尖上和第二刀尖上过渡到槽底-切削棱。因此在第一刀尖上总共汇合有成型-切削棱、第一槽侧面-切削棱以及槽底-切削棱。
如上所述，在减小钻孔刀具的机械负荷方面优选的是，型槽在预加工步骤中不是直线的、而是螺旋形地引入到芯孔-内壁中。相应地，型肋以螺旋角螺旋形地围绕刀具轴线延伸。在这种情况下，型槽不仅以平动的行程运动、而且以适配于螺旋角的糙化刀具的旋转运动螺旋形地切入到芯孔-内壁中(即以螺纹钻孔模式)。
为了完好地去除槽屑优选的是，槽-切削棱关于与刀具轴线成直角的平面以给定的迎角倾斜。所述迎角优选这样确定大小，在旋转方向上观察，最前面的第一刀尖以轴向错位与刀头间隔。上述的第二刀尖可以优选基本与必要时平面的刀头平齐地结束。
与完好地运行有关的是，使在预加工步骤期间落下的槽屑可靠地从芯孔中排出。对于这种可靠地排出槽屑，切槽刃的槽-切削面径向向内以导屑面延长。通过导屑面可以使在开槽时产生的槽屑容易地挤压到沿着刀具轴线延伸的切屑腔中。在一结构示例中，使槽屑面径向向内延长的导屑面可以通过在刀头与切屑腔之间的过渡部上的拐角空隙/角凹处(Eckausnehmung)构成。
优选所述型肋在切槽刃区域在刀头上具有肋深度，该深度大于成型轮廓的肋深度/外形高度。即，在切槽刃上的刀具直径大于在成型轮廓上的刀具直径。通过这种方式保证，在预加工步骤中在进给方向上在切槽刃后面的成型轮廓无负荷地移入到型槽中。
首先可以利用独立的钻孔刀具有误差地预钻孔工件芯孔。接着，在执行粗糙工艺之前，使芯孔扩孔到最终直径。在特殊的结构变体中，不在单独的工艺步骤中执行扩孔过程，而是与粗糙过程同时进行。为此，除了至少一型肋提供至少一扩孔刃，它沿着刀具轴线延伸并且从刀具基体径向向外突出。所述扩孔刃可以具有扩孔段，该扩孔段具有面对槽形切屑腔的切削面和外周侧的自由面，它们在沿着刀具轴线延伸的钻孔-切削棱上汇合。在这种情况下，在成型步骤中不仅粗糙内壁，而且同时扩孔直到最终直径。
优选所述扩孔段的段高度小于成型轮廓高度，但是还足以保证在工件预钻孔中去除材料直到钻孔-最终直径。即，在扩孔段上的刀具直径小于在成型轮廓上的刀具直径。因此在上述的预加工步骤中(即在轴向上移入时)不仅利用型肋产生型槽，而且附加地也利用扩孔段在芯孔-内壁中产生扩孔槽。在此，扩孔槽的槽深小于型槽的槽深。
在下面的最终加工步骤中，在刀具旋转的情况下扩孔芯孔直到最终直径。在预加工步骤中构造到芯孔-内壁中的扩孔槽具有对应于在紧接着的最终加工步骤中要去除的材料厚度的槽深度。而在预加工步骤时构造到型槽的槽底位于比在扩孔时要去除的材料厚度更大的直径上。在这种情况下，在加工状态中仅仅在芯孔-内壁上保留型槽和粗糙结构，而扩孔槽消失。此外，在最终加工步骤中在刀具旋转时在工件孔内部通过旋转的切槽刃产生环形环绕的环形槽。不仅环形槽而且型槽可以根据工件使用目的例如起到空气输送通道的作用。
扩孔段和型肋除了成型轮廓以及不同的段高度以外可以结构相同地构成。出于这个背景，关于扩孔段的几何形状可以参阅上面关于型肋的描述。
除了例如在明确的关系或者不相容替代的情况下，上述的和/或在从属权利要求中给出的本发明的有利扩展结构和/或改进方案可以独立地或者也可以相互任意组合地使用。
附图说明
下面利用附图详细解释本发明和其有利的扩展结构和改进方案以及其优点。
附图示出：
图1按照第一实施例的糙化刀具在刀头部位的放大立体图；
图2沿着刀具轴线在糙化刀具的刀头上的俯视图；
图3表示预加工步骤的视图，在预加工步骤时刀具在形成型槽的情况下移入到预钻孔中；
图4在完成最终加工步骤以后芯孔-内壁的局部展开图；
图5在芯孔内壁的金属表面中加工出来的粗糙结构的极为放大的局部剖面示意图；
图6按照第二实施例的糙化刀具对应于图2的视图。
具体实施方式
在图1中示出糙化刀具，用于粗糙化/打毛在图中示出的工件5芯孔3的内壁1。糙化刀具具有未示出的用于夹紧在未示出的刀具卡盘中的夹紧柄以及连接在夹紧柄上的刀具体9(图2)。在倒平的刀头11与夹紧柄之间延伸例如两个关于刀具轴线L在直径上对置的型肋13，它们相互间点对称地构成。两个型肋13以螺旋角α螺旋形地围绕刀具轴线L延伸。每个型肋13具有面对分别槽形切屑腔19的切削面17和外周侧的自由面21。型肋13的切削面17和外周侧的自由面21在刀头11部位汇合在沿着刀具轴线L延伸的成型-切削棱23上。利用成型-切削棱23在糙化刀具完全移入时且在刀具旋转R时在预钻孔的工件-芯孔3的内壁1中产生在图4中所示的周侧的环形槽24。
每个型肋13在刀头11上通过切槽刃25结束，该切槽刃横交于刀具轴线L取向。借助于切槽刃25，糙化刀具可以在后面描述的预加工步骤I中以螺纹钻孔模式、即以平移的行程运动h(图3)以及适配于刀具-螺旋角的旋转移入到芯孔3中。由此得到在图3中示出的、在直径上对置的型槽27，它们螺旋形地沿着芯孔轴线延伸。
按照图2，切槽刃25具有槽底-切削棱29。槽底-切削棱在第一刀尖31处与成型-切削棱23汇合。此外，型肋13的外周侧的自由面21和端面的槽-切削面33也在槽底-切削棱29上汇合。按照图1，槽-切削面33通过槽底-切削棱29以及通过第一槽侧面-切削棱35和第二槽侧面-切削棱37限定边界。第一槽侧面-切削棱35在上述的刀尖31上过渡到槽底-切削棱29。第二槽侧面-切削棱37在第二刀尖39上过渡到槽底-切削棱29。
抛开附图，第一槽侧面-切削棱35和第二槽侧面-切削棱37可以与槽底-切削棱29这样成角度，使得每个型槽27具有燕尾槽形状，以燕尾槽形状各个型槽27的槽-侧壁形成侧凹部。
如同由图1还给出的那样，在纵向走向中离开刀头11在型肋13自由面21上连接有成型轮廓20，利用它在芯孔内壁1上产生在图6中描述的粗糙结构22。成型-切削棱23在朝向夹紧柄方向的后续走向中过渡到成型轮廓20的结合边缘24(图1)。成型轮廓20的结合边缘24以外形高度hP从刀具基体9径向向外突出。在此，成型轮廓hP比切槽刃25上的段高度hN设计得更小。而在切槽刃25区域中以及在成型轮廓20区域中的段宽是一致的。替代地，在成型轮廓20区域中的段宽可以小于在切槽刃25区域中的段宽。
按照图1，槽底-切削棱29关于与刀具轴线L成直角的平面以迎角β斜置。迎角β约为45°并且这样选择，在旋转方向R上观察，最前面的第一刀尖31以纵向错位a1与刀头11间隔。而后面的第二刀尖39在图1中与刀头11表面平齐地(即没有纵向错位地)对准。
切槽刃25的槽-切削面33径向向内以导屑面41延长。利用导屑面41使在开槽时产生的槽屑挤压到沿着刀具轴线L延伸的切屑腔19中。如同由附图给出的那样，导屑面41通过拐角空隙43在刀头与切屑腔19之间的过渡部形成。通过添加例如冷却/润滑剂支持排屑、润滑和/或冷却，冷却/润滑剂以高压从冷却剂出口(未示出)输送到刀头以及切屑腔19中，用于从芯孔3排出切屑。
利用图3表示用于粗糙化芯孔内壁1的方法。在第一预加工步骤I中首先以螺纹钻孔模式、即以低转速以及以与其适配的轴向行程运动h使糙化刀具引入到预钻孔的工件芯孔3中。由此形成相互对置的螺旋形型槽27。在此，两个槽27的槽深t根据型肋-几何形状这样设计，使其槽底径向位于成型轮廓20外部。
通过这种方式在预加工步骤I中使成型轮廓20没有机械负荷地移入到型槽27中。在完成两个型槽27结构以后，钻孔刀具保留在其移入的状态，在该状态下两个型肋13与两个型槽27处于槽接合。
然后在下面的最终加工步骤II中，糙化刀具以至少半圈旋转(即至少以180°的旋转角)加载，其中根据成型轮廓20的设计实现芯孔-内壁1金属表面的有切屑的或无屑的变形。接着为了从芯孔1中取出再以相反的螺纹钻孔模式驱动扩孔刀具，即以现在相反的旋转方向，用于可以再从芯孔1中移出。
如同由图2给出的那样，刀具在切槽刃25区域中的包络曲线直径dN大于在成型轮廓20区域中的包络曲线直径dP。相应地，在粗糙过程以后在芯孔3的内壁1上得到在图4中示出的粗糙结构22，由此两个型槽27在倾斜位置以槽深沿着芯孔轴线延伸。而粗糙结构22与芯孔轴线成直角地延伸。在拐角下部构成环绕的环形槽24，它由于切槽刃25的旋转在最终加工步骤II中得到。粗糙结构22按照图5例如具有直线延伸的成型凹陷部28，它们在横截面中具有燕尾槽形状。为了形成这种燕尾槽形状成型轮廓20的结合边缘24可以具有在图5中虚线表示的几何形状。
在图6中描述按照第二实施例的糙化刀具，同样具有两个关于刀具轴线L在直径上对置的型肋13。对此附加地设有在圆周侧错开的扩孔刃34，它们从刀具基体11径向突出。两个扩孔刃34与型肋13一起以相同的角间距圆周分布地布置在刀具基体9的外周上。每个扩孔刃34具有面对槽形切屑腔36的切削面38以及布置在肋背面上的外部自由面39。切削面38以及自由面39在沿着刀具轴线L延伸的扩孔切削棱41上汇合。此外，型肋13和扩孔段35分别以相同的导程在刀具上构成。
利用扩孔-切削棱可以通过扩孔刀具的旋转(即在最终加工步骤II中)将芯孔3一直扩孔到最终直径dE(图3和6)。
如同在图3中所示的那样，在预加工步骤I时，在芯孔-内壁1中不仅产生型槽27，而且产生扩孔槽43(在图3中虚线示出一个扩孔槽)。然后，在接着的最终加工步骤II中附加地完成扩孔过程，在扩孔过程中扩孔刃34在刀具旋转情况下将芯孔一直扩孔到最终直径dE。

Claims (14)

1.一种用于粗糙化预钻孔的工件孔(3)内壁(1)的金属表面的糙化刀具，在糙化刀具的夹紧柄与其刀头(11)之间形成有成型轮廓(20)，通过成型轮廓能在刀具旋转(R)时在金属表面有切屑或无切屑地变形的情况下产生粗糙结构(22)，其特征在于，所述糙化刀具包括至少一沿着刀具轴线(L)延伸的、从刀具基体(9)突出的型肋(13)，在型肋的外背面上构造有所述成型轮廓(20)，所述型肋(13)在刀头(11)处通过横向于刀具轴线(L)取向的切槽刃(25)结束，通过切槽刃能在执行通过刀具旋转(R)实现变形之前使所述糙化刀具以轴向行程运动(h)移入到芯孔(3)中，具体是在形成沿着芯孔纵轴线延伸的型槽(27)的情况下移入，所述型肋(13)与型槽能被置于槽接合。
2.根据权利要求1所述的糙化刀具，其特征在于，在切槽刃(25)处的刀具直径(dN)大于在成型轮廓(20)处的刀具直径(dP)或者在切槽刃(25)处的刀具直径(dN)等于在成型轮廓(20)处的刀具直径(dP)。
3.根据权利要求1或2所述的糙化刀具，其特征在于，所述切槽刃(25)具有槽底-切削棱(29)，该槽底-切削棱在第一刀尖(31)处与沿着刀具轴线(L)延伸的成型-切削棱(23)汇合。
4.根据权利要求1，2或3所述的糙化刀具，其特征在于，所述切槽刃(25)的第一槽侧面-切削棱(35)和第二槽侧面-切削棱(37)与槽底-切削棱(29)这样形成角度，使得在工件中形成的型槽(27)具有燕尾槽形状，在这种燕尾槽形状中，型槽(27)的槽侧壁形成侧凹部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的糙化刀具，其特征在于，所述型肋(13)至少在刀头(11)区域中具有面对槽形切屑腔(19)的切削面(17)和/或在肋背面上的自由面(21)，切削面和自由面优选在成型-切削棱(23)上汇合。
6.根据权利要求5所述的糙化刀具，其特征在于，肋背面-自由面(21)和构造在刀头(11)端面的槽-切削面(33)在槽底-切削棱(29)上汇合。
7.根据权利要求6所述的糙化刀具，其特征在于，构造在刀头(11)上的槽-切削面(33)通过槽底-切削棱(29)以及通过第一和第二槽侧面-切削棱(35,37)限定，第一和第二槽侧面-切削棱分别在第一刀尖(31)上和第二刀尖(39)上过渡到槽底-切削棱(29)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的糙化刀具，其特征在于，所述型肋(13)以螺旋角(α)螺旋形地围绕刀具轴线(L)延伸，尤其通过糙化刀具的轴向行程运动(h)和适配于螺旋角(α)的旋转运动(R)能螺旋形地在芯孔(3)的内壁(1)中形成所述型槽(27)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的糙化刀具，其特征在于，所述切槽刃(25)的槽-切削面(33)径向向内通过端面的切屑引导面(41)延长，利用切屑引导面使在开槽时产生的槽屑挤压到沿着刀具轴线(L)延伸的切屑腔(19)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的糙化刀具，其特征在于，除了型肋(13)，至少一沿着刀具轴线(L)延伸的扩孔刃(34)从刀具基体(9)径向突出，尤其所述扩孔刃(34)具有扩孔段(35)，该扩孔段具有面对槽形切屑腔(36)的切削面(38)和外部的自由面(39)，切削面和自由面在沿着刀具轴线(L)延伸的扩孔-切削棱(41)上汇合，借助于扩孔-切削棱通过糙化刀具的旋转(R)将芯孔(3)一直扩孔到最终直径。
11.根据权利要求10所述的糙化刀具，其特征在于，所述扩孔段(35)在刀头(11)处以切槽刃(45)结束，通过该切槽刃在扩孔前以轴向行程运动(h)在芯孔(3)的内壁(1)中能产生扩孔槽(43)，所述扩孔刃(34)与该扩孔槽处于槽接合，尤其所述型肋(13)和扩孔段(35)以相同的导程构造在刀具上。
12.根据权利要求10或11所述的糙化刀具，其特征在于，所述扩孔段(35)的背径(dA)大于芯孔直径且小于成型轮廓直径(dP)。
13.一种用于通过根据权前述权利要求中任一项所述的糙化刀具粗糙金属表面的方法，以该方法在预加工步骤(1)中在芯孔-内壁(I)中形成沿着芯孔轴线延伸的型槽(27)，在最终加工步骤(II)中所述糙化刀具的布置在型槽(27)中的型肋(13)在旋转(R)的情况下实现金属表面的变形。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在预加工步骤(I)中利用糙化刀具的扩孔段(35)上的切槽刃(45)在芯孔-内壁(1)上构造沿着芯孔轴线延伸的扩孔槽(43)，以及在最终加工步骤(II)中所述扩孔段(34)的扩孔刃(34)在刀具旋转(R)的情况下一直扩孔芯孔(3)到最终直径。
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