CN108374729A - 机械粗糙化轮廓改进 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械粗糙化轮廓改进。还公开了用于形成改进的机械粗糙化轮廓的工具和方法。在至少一个实施例中，提供了一种发动机缸体，该发动机缸体包括主体，主体限定具有孔表面的缸孔。在孔表面中可限定有从孔表面延伸的多个槽，每个槽可具有基部和顶部。顶部可具有相对的倒角边缘。倒角边缘可通过包括具有三角形齿的至少一个切削元件和具有矩形齿的至少一个切削元件的工具形成。在另一实施例中，可使用包括具有曲线形齿的至少一个切削元件和具有矩形齿的至少一个切削元件的工具形成具有曲线形/倒圆角边缘表面的槽。公开的粗糙化轮廓可在向孔表面涂覆涂层时减少氧化物生长。

Description

机械粗糙化轮廓改进

技术领域

本公开涉及用于(例如)发动机缸孔中的机械粗糙化轮廓改进的工具和方法。

背景技术

发动机缸体(汽缸体)可包括容纳内燃发动机的活塞的一个或更多个缸孔。发动机缸体可以是(例如)由铸铁或铝铸造的。铝比铸铁轻，并可被选择以降低车辆的重量并提高燃料经济性。铝制发动机缸体可包括缸套，诸如铝制或铸铁的缸套。铝制缸套可以被铸入到发动机缸体中。无缸套或具有铸入式铝制缸套的铝制发动机缸体可包括位于孔表面上的涂层。涂层(例如，钢基的热喷涂涂层)可减少磨损和/或摩擦。

机械粗糙化可用于准备发动机缸孔的表面以接收涂层，从而涂层与基底之间的附着性足够承受加工和操作载荷。例如，使用侧切削端铣刀在基底中切削出一系列的方形槽。在形成槽之后，可利用修光工具(例如，旋锻修光工具)使顶部变形，以产生底切。得到的轮廓可具有带有尖锐拐角的燕尾形的峰部，而尖锐拐角会导致氧化。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种发动机缸体。发动机缸体可包括：主体，限定具有孔表面的缸孔，在孔表面中限定有从孔表面延伸的多个槽；每个槽具有基部和顶部，顶部具有相对的倒角边缘。

倒角边缘可与槽的顶部或侧部形成夹角，所述夹角为钝角。在一个实施例中，所述夹角为至少110度。在另一实施例中，所述槽的顶部可仅具有钝角夹角。倒角边缘可具有20度至70度或30度至60度的倒角角度。在一个实施例中，倒角边缘中的每个的倒角长度最大可以为最大槽峰宽度的1/3。顶部可比基部宽，使得槽与孔表面形成底切。

在至少一个实施例中，提供了一种内插式粗糙化切削工具。所述工具可包括：主体，至少具有结合到主体的第一切削元件和第二切削元件，第一切削元件包括矩形切削齿，第二切削元件包括非矩形切削齿，其中，第一切削元件和第二切削元件被构造为在表面中产生槽，所述槽具有带钝形边缘表面的顶部。

在一个实施例中，第二切削元件包括三角形切削齿，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽。矩形切削齿可被构造为产生大致垂直于所述表面的槽侧部，并且三角形切削齿可被构造为产生倒角边缘。在一个实施例中，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽，倒角边缘的倒角角度为20度至70度。在另一实施例中，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽，每个倒角边缘的倒角长度最多为最大槽峰宽度的1/3。在另一实施例中，第二切削元件可包括曲线形切削齿，所述曲线形切削齿具有峰部和从所述峰部延伸的两个凹形侧部。矩形切削齿可被构造为产生大致垂直于所述表面的槽侧部，曲线形切削齿可被构造为产生倒圆角边缘。

所述工具还可包括第三切削元件、第四切削元件、第五切削元件和第六切削元件。第三切削元件可包括相对于第一切削元件的切削齿偏移的矩形切削齿，第四切削元件可包括相对于第二切削元件的切削齿偏移的非矩形切削齿，并且第五切削元件和第六切削元件中的每个均可包括大致平坦的切削表面。在一个实施例中，第一切削元件、第二切削元件、第三切削元件、第四切削元件、第五切削元件和第六切削元件围绕所述主体等间距地间隔开，第一切削元件和第三切削元件彼此相邻，第二切削元件和第四切削元件彼此相邻。

在至少一个实施例中，提供了一种方法。所述方法可包括：通过使具有第一切削元件和第二切削元件的切削工具进行内插来对孔表面进行粗糙化，第一切削元件包括矩形切削齿，第二切削元件包括非矩形切削齿；第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带钝形边缘表面的顶部。

在一个实施例中，非矩形切削齿是三角形切削齿，第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带有相对的倒角边缘的顶部。所述方法还可包括：使具有带有相对的倒角边缘的顶部的槽变形，以减小槽的高度并相对于孔表面产生底切；其中，槽在变形之后保持相对的倒角边缘。在另一实施例中，非矩形切削齿是具有峰部和从所述峰部延伸的两个凹形侧部的曲线形切削齿，第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带有倒圆角边缘的顶部。

附图说明

图1是发动机缸体的示意性透视图；

图2是根据实施例的缸套的透视图；

图3A是根据实施例的形成在表面上的矩形槽的示意性截面；

图3B是根据实施例的图3A的槽变形之后的示意性截面；

图4是具有变形的矩形槽的孔表面的截面，涂层涂覆在孔表面上；

图5A是根据实施例的形成在表面上的倒角槽的示意性截面；

图5B是根据实施例的图5A的槽变形之后的示意性截面；

图6A是根据实施例的形成在表面上的曲线形或倒圆角槽的示意性截面；

图6B是根据实施例的图6A的槽变形之后的示意性截面；

图7A是根据实施例的用于内插式切削工具的具有矩形齿的切削元件的示意性截面；

图7B是根据实施例的用于内插式切削工具的具有三角形齿的切削元件的示意性截面；

图7C是根据实施例的用于内插式切削工具的具有相对于图7A偏移的矩形齿的切削元件的示意性截面；

图7D是根据实施例的用于内插式切削工具的具有相对于图7B偏移的三角形齿的切削元件的示意性截面；

图7E是根据实施例的用于内插式切削工具的具有平坦切削表面的切削元件的示意性截面；

图8是根据实施例的用于内插式切削工具的具有曲线形齿或凹形齿的切削元件的示意性截面；

图9是根据实施例的切削工具的示意性俯视图，示出了顶部轴向行的切削元件；

图10是根据实施例的切削工具的示意性透视图；

图11是具有变形的矩形槽的孔表面的截面，在孔表面上涂覆有涂层；

图12是根据实施例的具有变形的倒角形槽的孔表面的截面，在孔表面上涂覆有涂层。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的具体实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，可采用各种形式和替代形式来实施本发明。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。

参照图1，示出了发动机缸体或汽缸缸体10。发动机缸体10可包括一个或更多个缸孔12，缸孔12可被构造为容纳内燃发动机的活塞。发动机缸体主体可由任何适宜的材料形成，诸如铝、铸铁、镁或前者的合金。在至少一个实施例中，发动机缸体10是无缸套的发动机缸体。在这些实施例中，在缸孔12上可具有涂层。在至少一个实施例中，发动机缸体10可包括缸套14，诸如图2所示的，缸套14插入或铸入到缸孔12中。缸套14可以是中空的圆筒或管，其具有外表面16、内表面18和壁厚20。

如果发动机缸体基体材料是铝，则铸铁缸套或涂层可设置在缸孔内以提供具有提高的强度、刚度、耐磨性或其它特性的缸孔。例如，在发动机缸体已(例如，通过铸造的方式)成型之后，铸铁缸套可铸入到发动机缸体中或压装到缸孔中。在另一示例中，在发动机缸体已(例如，通过铸造的方式)成型之后，铝制缸孔可以是无缸套的但可被涂覆涂层。在另一实施例中，发动机缸体基体材料可以是铝或镁，并且铝制或镁制缸套可插入或铸入到发动机缸孔中。在2015年12月17日提交的第14972144号美国专利申请中描述了将铝制缸套铸入到铝制发动机缸体中，其公开的内容通过在此引用而整体包含于此。

相应地，缸孔的孔表面可以以各种方式形成并由各种材料形成。例如，孔表面可以是铸铁表面(例如，来自于铸铁发动机缸体或铸铁缸套)或铝表面(例如，来自于无缸套的Al缸体或Al缸套)。公开的粗糙化工艺可应用到任何适宜的孔表面，因此，术语孔表面可适用于无缸套的缸体的表面或(例如，通过过盈配合或通过铸入方式)已被设置在缸孔内的缸套或套筒的表面。

参照图3A和图3B，缸孔的暴露表面(例如，Al缸套或Al发动机缸体)可以在涂覆耐磨涂层之前进行机械粗糙化。例如，可使用侧切削端铣刀在该表面中切削出一系列的方形槽30。在形成槽之后，顶部32可变形以产生具有底切36的变形槽34。底切36可被限定为槽在其基部处相对于其顶表面具有减小的宽度。还可(或替代地)被限定为在孔表面与槽的侧部之间具有锐角。图3A示出了方形槽30的槽轮廓的示意性示例，图3B示出了在顶部32变形之后具有底切36的变形槽34的槽轮廓的示意性示例。由变形得到的轮廓可形成燕尾形的峰部(例如，倒置截头三角形)。在这两个槽中，槽的末端拐角38(例如，进一步突出到缸孔中的拐角)非常尖锐。在最初形成的方形槽30中，拐角38可形成直角或90°角(或大致直角，±几度)。一旦槽变形，变形槽34的拐角38便会更加尖锐。例如，该角可以是锐角(小于90°)，诸如小于80°或小于70°。

在共同拥有的于2014年5月20日授权的第8726874号美国专利、2016年12月6日授权的第9511467号美国专利以及2013年6月10日提交的第13913871号美国专利申请中公开了该机械粗糙化工艺和在该工艺中所使用的工具的示例，这三者的公开内容通过在此引用而整体包含于此。本领域的普通技术人员将理解，基于本公开，所公开的工具和切削元件可被包含到在包含的引用中所公开的内插粗糙化工艺中。

参照图4，由变形的方形槽得到的轮廓可形成具有尖锐拐角(例如，夹角<90度)的燕尾形的峰部(例如，倒置截头三角形)。已发现这些拐角在热喷涂期间可能过热，甚至部分氧化。然后，尖锐拐角可能在形核位置起作用以用于额外的氧化物的生长。这可导致氧化物扇形物从拐角向表面生长。氧化物扇形物通常是不被期望的，这是因为它们增大被涂覆表面的粗糙度，这可能要求增大的涂层厚度以确保在机加工期间进行清除。在图4中示出了该增大的粗糙度的示例。此外，氧化物扇形物具有会在涂层加工期间导致涂层断裂和孔隙形成的弱点。

参照图5A至图6B，示出了公开的改进的槽轮廓的示例。为了说明的目的，仅示出了单个槽，然而，在缸孔的表面上当然可形成多个槽(例如，如图4所示)。图5A至图6B中的槽的特征可能被夸大，并可能没有按比例绘制。图5A和图6A分别示出了在变形之前的倒角槽40和曲线形或倒圆角槽50的示例。图5B和图6B示出了变形的倒角槽42和变形的曲线形或倒圆角槽52的示例。这些变形前的槽轮廓40和50可通过改进切削工具(诸如形成方形槽的切削工具)而形成(在下面更详细地进行描述)。

已发现改进槽轮廓以减小/消除尖锐拐角可减少形成图4中示出的氧化物扇形物的氧化物成核位置的数量。在变形之后，这些轮廓仍可产生底切(例如，槽宽的限制，其有助于保持喷涂涂层)，但是在槽的顶部中可能不会出现可能导致氧化物扇形物生长的尖锐拐角。例如，变形槽的顶部可具有是钝角或大于90°的夹角，诸如至少100°、110°、120°、130°或135°。在一个实施例中，变形槽可仅包括钝角夹角，其可具有上述值。在至少一个实施例中，顶部可具有钝形边缘表面，可包括(例如)倒角边缘或倒圆角/曲线形边缘(例如，诸如图5A至图6B所示的)。

参照图5A和图5B，最初可以在孔表面中切削出倒角槽40，然后使倒角槽40变形以形成变形的倒角槽42。类似于变形槽34，使槽40变形可在变形槽42的基部中形成底切36。倒角槽40可包括两个倒角部或边缘/拐角44，在槽40的每一侧上存在一个倒角部或边缘/拐角44(例如，在槽的顶部或末端部中)。虽然示出了槽具有两个倒角部44，但是在其它实施例中，可存在一个倒角部44(例如，在任何一侧上)。

在至少一个实施例中，倒角部44可具有倒角角度46和倒角长度48。倒角角度46可相对于竖直方向(例如，垂直于孔表面的轴线)进行测量。在一个实施例中，倒角角度46可以从20度到70度，或其中任何子范围，诸如30度到60度、40度到50度或大约45度(例如，±3度)。倒角长度48可沿着平行于孔表面的方向(如图所示，水平方向)进行测量。在一个实施例中，倒角长度48可小于槽的总宽度的1/2，诸如最多为槽的总宽度的1/3。例如，如果槽的总宽度为150μm，则倒角长度48最多可以是50μm(针对于最大值的1/3)。上述倒角角度和倒角长度可指的是槽40(例如，变形前)或槽42(例如，变形后)的。如果倒角角度和倒角长度指的是变形前的槽的，则倒角角度和倒角长度可由于变形工艺而改变。例如，在变形之后倒角角度可增大(夹角也可增大)。

在另一个实施例中，每个拐角可包括两个或更多个倒角部44，例如，2个或3个倒角部44。多个倒角部可连接以形成双角度表面。多个倒角的总长度可与上述的单个倒角长度相同(例如，在多个倒角的实施例中每个倒角可能相对较短)。多个倒角部可具有从第一倒角部(例如，最靠近槽的基部的)到最后一个倒角部(例如，最靠近槽的顶部的)的增大的倒角角度46。如果在槽的每一侧存在两个倒角部，则第一倒角部(最靠近基部的)可具有第一倒角角度，第二倒角部(最靠近顶部的)可具有大于第一倒角角度的第二倒角角度。例如，第一倒角角度可以从20度到40度，第二倒角角度可以从50度到70度。在一个实施例中，第一倒角角度可以是大约30度(例如，±5度)，第二倒角角度可以是大约60度(例如，±5度)。

参照图6A和图6B，最初可以在孔表面中切削出曲线形或倒圆角槽50，然后使曲线形或倒圆角槽50变形以形成变形的曲线形或倒圆角槽52。类似于变形槽34，使槽50变形可在变形槽52中形成底切36。曲线形或倒圆角槽50可包括两个曲线形/倒圆角部或拐角54，在槽50的每一侧上存在一个曲线形/倒圆角部或拐角54(例如，在槽的顶部或末端部中)。虽然示出了槽具有两个曲线形/倒圆角部54，但是在其它实施例中，可存在一个曲线形/倒圆角部54(例如，在任何一侧上)。曲线形/倒圆角部的半径可以是圆形的或椭圆形的。拐角的曲率半径(例如，最大半径)可以为峰宽的1/4与1/2之间或其任何子范围，诸如峰宽的1/3至1/2、1/4至3/8、或1/3至7/16。例如，对于150μm的峰宽，曲线形/倒圆角部54的半径可以从50μm到75μm(峰宽的1/3到1/2)。

参照图7A至图7E，示出了切削元件100、200、300、400和500的截面示意图。这些切削元件全可连接/附连到切削工具700，在下面更详细地解释。参照图7A，示出了切削元件100具有切削表面102、减压表面104和定位表面106。切削表面102示意性地包括多个齿108。应理解的是，示出的齿数仅仅是示例性的。在一些实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度1至3个齿。在一个实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度大约2.5个齿。在示出的实施例中，每个齿108是矩形形状的(可包括方形)。每个齿108具有顶表面110和侧表面112。平坦的谷114可在相邻的齿108之间延伸。切削元件100还可包括倒角116。倒角116可具有任何适宜的角度，诸如大约15度。倒角116可提供应力消除和安装切削元件的便利性。切削元件100至500可由任何适宜的材料形成，并可以是可移除/可替换的，或者可连接到可替换的盒。在一个实施例中，切削元件100至500可以是钎焊的多晶金刚石元件。在其它实施例中，可使用安装在可调节的盒中的可替换的碳化钨元件或安装在轴上的可替换的环。

参照图7C，示出了切削元件300具有切削表面302、减压表面304和定位表面306。切削表面302示意性地包括多个齿308。应理解的是，示出的齿数仅仅是示例性的。在一些实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度1至3个齿。在一个实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度大约2.5个齿。在示出的实施例中，每个齿308是矩形形状的(可包括方形)。每个齿308具有顶表面310和侧表面312。平坦的谷314可在相邻的齿308之间延伸。切削元件300还可包括倒角316。倒角316可具有任何适宜的角度，诸如大约15度。倒角316可提供应力消除和安装切削元件的便利性。

切削元件100和300可具有类似的结构和形状。然而，齿的布置和尺寸可不同。最靠近前边缘120的齿118可具有可与减压表面104平齐或相对于减压表面104偏移的最外部侧壁。最靠近前边缘320的齿318可具有以比齿108的偏移大的量相对于减压表面304偏移的最外部侧壁。齿308的偏移可以是任何适宜的值，诸如400微米。在其它实施例中，该偏移可以是1到500微米。相应地，在齿108的减压边缘和齿308的减压边缘之间存在诸如400微米的偏移。切削元件100的其它齿108的减压表面面对侧和切削元件300的其它齿308的减压表面面对侧也可相对于彼此偏移。在切削元件100和300中每个对应的齿的偏移可相同或不同。这可允许边缘切削两不同行的槽，由每个偏移元件切削一行的槽，以使得在齿上具有可接受的应力。

参照图7B，示出了切削元件200具有切削表面202、减压表面204和定位表面206。切削表面202示意性地包括多个齿208。应理解的是，示出的齿数仅仅是示例性的。在一些实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度1至3个齿。在一个实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度大约2.5个齿。在示出的实施例中，每个齿208是三角形形状的。在另一实施例中，每个齿208可具有截头三角形形状。在另一实施例中，每个齿208可包括两个相对的侧部，这两个相对的侧部向内朝向彼此(例如，诸如三角形的侧边)成角度。每个齿208可具有峰部或顶表面210和侧表面212。谷214可在相邻的齿208之间延伸。切削元件200还可包括倒角216。倒角216可具有任何适宜的角度，诸如大约15度。倒角216可提供应力消除和安装切削元件的便利性。

参照图7D，示出了切削元件400具有切削表面402、减压表面404和定位表面406。切削表面402示意性地包括多个齿408。应理解的是，示出的齿数仅仅是示例性的。在一些实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度1至3个齿。在一个实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度大约2.5个齿。在示出的实施例中，每个齿408是三角形形状的。在另一实施例中，每个齿408可具有截头三角形形状。在另一实施例中，每个齿408可包括两个相对的侧部，这两个相对的侧部向内朝向彼此(例如，诸如三角形的侧部)成角度。每个齿408可具有峰部或顶表面410和侧表面412。谷414可在相邻的齿408之间延伸。切削元件400还可包括倒角416。倒角416可具有任何适宜的角度，诸如大约15度。倒角416可提供应力消除和安装切削元件的便利性。

切削元件200和400可具有类似的结构和形状。然而，齿的布置和尺寸可不同。最靠近前边缘220的齿218可具有可与减压表面204平齐或相对于减压表面204偏移的最外部的峰部或侧壁。最靠近前边缘420的齿418可具有以比齿408的偏移大的量相对于减压表面404偏移的最外部的峰部或侧壁。齿408的偏移可以是任何适宜的值，诸如400微米。在其它实施例中，该偏移可以是1到500微米。相应地，在齿208的峰部和齿408的峰部之间存在诸如400微米的偏移。切削元件200的其它齿208的峰部和切削元件400的其它齿408的峰部也可相对于彼此偏移。在切削元件200和400中每个对应的齿的偏移可相同或不同。这可允许边缘切削两不同行的槽，由每个偏移元件切削一行的槽，以使得在齿上具有可接受的应力。

参照图7E，示出了切削元件500具有切削表面502、减压表面504和定位表面506。与其它切削元件的切削表面相反，切削表面502可以是平坦的或大致平坦的，并可以不具有齿，其以假想线示出。在槽之间，切削元件500可去除峰部的一部分并产生凹部。径向偏移的量可控制槽的切入缸孔凹部的底部中的深度。在一个实施例中，在结合使用切削元件100至500时切削的槽的深度可以是120微米。然而，该深度针对不同工具可能不同，或针对不同切削元件也可能不同。

参照图8，示出了切削元件600具有切削表面602、减压表面604和定位表面606。切削表面602示意性地包括多个齿608。应理解的是，示出的齿数仅仅是示例性的。在一些实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度1至3个齿。在一个实施例中，齿数可以为每毫米的轴向长度大约2.5个齿。每个齿608可具有峰部或顶表面610和侧表面612。谷614可在相邻的齿608之间延伸。在示出的实施例中，每个齿608可以是大致三角形形状的，但具有凹形或曲线形侧部612。在另一实施例中，每个齿608可包括两个曲线形的相背的侧部，这两个曲线形的相背的侧部向内朝向彼此成角度并具有凹形形状。切削元件600还可包括倒角616。倒角616可具有任何适宜的角度，诸如大约15度。倒角616可提供应力消除和安装切削元件的便利性。

参照图7A至图7E、图8和图9，示出了切削工具700上的切削元件100至500的相对位置的示例。在示出的实施例中，存在六个切削元件，它们等间距地间隔开(例如，针对给定行/组的切削元件，每个切削元件之间间隔开60度)。然而，如上所述，可存在更多或更少的切削元件。不管切削元件的数量是多少，切削元件的间距可以是相等的。在一个实施例中，切削元件500可定位在0度处，另一切削元件500可以定位在180度处(例如，与第一个切削元件500相背)。如在此使用的，0度位置可以是任意选择的参考点，不一定对应于切削工具700上的特定位置。

在示出的实施例中，切削元件100可定位在60度处，切削元件300可定位在120度处。因此，具有矩形齿的两个切削元件100和300可彼此相邻地定位在切削工具700上。在示出的实施例中，切削元件200可定位在240度处，切削元件400可定位在300度处。因此，具有三角形齿的两个切削元件200和400可彼此相邻地定位在切削工具700上。切削元件500可定位为使得它们将具有矩形齿的切削元件与具有三角形齿的切削元件分开。

虽然切削元件100至500可以以示出的方式定位，但是本领域普通技术人员将理解的是，基于本公开，可使用其它构造。例如，切削元件100和300的位置可与切削元件200和400的位置翻转，或者示出的位置可以以60度的任何倍数旋转。如上所述和如下所述，在切削工具700上可存在多组切削元件。例如，可存在至少2组、3组或4组切削元件。多组切削元件可沿着切削工具700的纵向轴线间隔开。每组切削元件可相对于相邻的一组切削元件径向偏移或旋转。在示出的实施例中，多组切削元件可以以30度进行旋转(以虚线示出)。然而，多组切削元件可以以任何适宜的值(例如，45度或60度)进行旋转。

此外，上述的切削元件200和400可被切削元件600和相对于第一个切削元件600偏移的另一切削元件600’替代。偏移可类似于切削元件100/300和200/400的偏移。例如，偏移切削元件600’可包括最靠近前边缘的齿，该齿以比切削元件600中的最靠近前边缘620的齿618的偏移更大的量相对于减压表面偏移。该偏移可以是任何适宜的值，诸如400微米或1至500微米。相应地，在每个切削元件中的齿的峰部之间可存在诸如400微米的偏移。这可允许边缘切削两不同行的槽，由每个偏移元件切削一行的槽，以使得在齿上具有可接受的应力。

参照图10，示出了根据一个实施例的切削工具700的透视图。切削工具700可包括圆柱形主体702和第一轴向行704、第二轴向行706、第三轴向行708和第一轴向行710的切削元件。圆柱形主体702可由任何适宜的材料形成，诸如钢或碳化钨硬质合金。切削元件可由任何适宜的切削工具材料形成，诸如那些适于机加工的钢、铝或镁合金。选择这些材料的考虑因素可包括但不限于化学相容性和/或硬度。这些材料的非限制性示例可包括但不限于高速钢(例如，烧结的)、烧结碳化钨、多晶立方氮化硼或多晶金刚石。每个轴向行704、706、708和710可包括六个切削元件。然而，虽然图10中示出了六个切削元件，但是根据一个或更多个实施例可使用任何数量的切削元件。

如图10所示，六个切削元件在径向上与相邻的切削元件等间距地间隔开。换句话说，六个切削元件围绕圆柱形主体702的外周定位在0度、60度、120度、180度、240度和300度处(例如，如参照图9所描述的)。如图10所示，并如上所述，在每一行之间，每一行中的切削元件在周向上可相对于彼此偏移或错开，例如，在相邻的行中，0度、60度、120度、180度、240度和300度的切削元件中的每个切削元件可以以30度、45度或60度错开。错开可通过缓和内表面轮廓的初始切削而提高切削工具的使用寿命。如果在相邻的行之间切削元件对齐，则可能需要较大的力来开始切削操作，并会导致切削元件上的更严重的磨损或工具的偏转和振动。

在切削工具700包括切削元件200和400的实施例中，切削工具可被构造为形成倒角槽，诸如图5A所示的那些。在没有依托于任何具体的理论的情况下，可确信切削元件100和300上的矩形齿可在表面(例如，孔表面)中切削或产生矩形槽，并且切削元件200和400上的三角形齿可去除矩形槽的拐角以形成具有倒角拐角的槽(例如，槽40)。根据切削元件的位置、切削元件与孔表面之间的接触正时或其他因素，形成槽的顺序可不同或相反。例如，三角形切削元件可先在表面中形成三角形槽，然后矩形切削元件可切削三角形槽的侧部以形成倒角槽的垂直侧部。具有平坦或大致平坦的切削表面且没有齿的切削元件500可去除槽的峰部的顶部。例如，槽40的槽高最初可能较大，但切削元件500可从槽的顶部或峰部去除材料以减小槽高。

在切削工具700包括切削元件600和600’的实施例中，切削工具可被构造为形成曲线形或倒圆角槽，诸如图6A中示出的那些。在没有依托于任何具体的理论的情况下，可确信倒圆角槽的成型可类似于上面针对倒角槽描述的成型，但是三角形齿可被曲线形/凹形齿替代。相应地，曲线形/凹形齿可修整矩形槽的拐角以形成曲线形或倒圆角槽，或替代地，可产生随后被矩形齿切削以具有垂直侧部的曲线形槽。

如上所述，切削工具700可具有任何适宜数量的切削元件。在至少一个实施例中，切削工具700可包括具有矩形齿的至少一个切削元件和具有非矩形齿的至少一个切削元件。具有矩形齿的切削元件可被构造为在孔表面(或被粗糙化的其它表面)中形成矩形槽或在具有非矩形形状的槽上形成垂直侧部(例如，在三角形槽中切削垂直侧部)。具有非矩形齿的切削元件(诸如三角形齿或凹形/曲线形齿)可被构造为在孔表面中形成非矩形槽或在具有矩形形状的槽上形成非矩形侧部。例如，三角形齿可形成三角形槽或可在矩形槽上形成成角度的侧部。或者，凹形/曲线形齿可形成凹形/曲线形槽或可在矩形槽上形成曲线形/倒圆角的侧部。切削元件可具有形成具有上述的形状和尺寸的槽(例如，倒角角度、拐角半径等)的形状、尺寸和构造。

一旦切削工具700已围绕孔表面(或应用到其它表面)进行内插，粗糙化的孔表面便可包括多个非矩形槽。例如，槽可具有倒角形状(例如，具有去除拐角的矩形)或曲线形/倒圆角形状。如在此使用的，槽形状可指槽的从孔表面朝向缸孔中心延伸的截面形状。这些槽的基部通常可垂直于孔表面(例如，以大约90度)。为了在槽中产生底切，可执行变形工艺。

可根据结合第14972144号美国专利申请描述的工艺来执行变形工艺，然而，可使用减小槽高度并产生底切的任何变形工艺。例如，修光工具(例如，旋锻修光工具)可用于使槽变形。修光工具可包括圆柱形柄和多个修光突起。每个修光突起可从修光工具的中心向外突出。修光工具可具有与切削工具相同的直径，并且修光元件可具有与切削元件相同的轴向长度，使得修光工具和切削工具可经过相同的工具路径以简化编程并降低运动误差。每个修光突起可包括减压表面、背表面和耙平表面。倒角可在耙平刀面与减压表面之间延伸。倒角或类似的边缘准备(例如珩磨)可用于确保工具使峰部变形而不是切掉它们。在一个实施例中，倒角相对于过渡表面的角度可以是15度。在其它变形中，角度可以是10度到20度，或利用25至100微米的半径进行珩磨。在一个实施例中，相邻修光突起的耙平表面和减压表面之间的角度可以是110度。

在至少一个实施例中，修光工具是足够钝的，而不会切削到缸孔的内表面中。反而，修光工具可使形成在缸孔的内表面中的槽机械变形。参照图5A和图6B，根据在此确认的方法所使用的修光工具可产生底切36并使槽的顶表面/上表面变长。未变形的峰部的高度与变形的峰部的高度之间的差可称作Δh。在一个实施例中，Δh可以为大约10微米，而在其它实施例中，Δh可以为5微米至60微米。然而，这些仅仅是示例，高度差可根据所使用的工具、粗糙化/修光参数、涉及的部件的材料或其它因素而变化。形成在槽中的底切可增大后续的热喷涂涂层与缸孔的粗糙化的内表面的附着性。

参照图11和图12，示出了具有涂覆至其的热喷涂涂层的粗糙化的缸孔表面的示例。图11示出了根据传统方法并使用传统矩形齿工具进行粗糙化的孔表面。相应地，最初形成的槽是矩形形状的，然后变形以形成具有底切但还具有尖锐拐角的槽(例如，诸如图3A和图3B所示的)。图12示出了根据公开的方法和工具(包括非矩形齿式工具，例如，三角形的或曲线形/凹形的)进行粗糙化的孔表面。使用类似于图7A至图10中公开的那些(包括具有三角形齿的切削元件(类似于图7A至图7E中描述的那些))的铣削工具对孔表面进行粗糙化。切削工具被构造为在槽上形成45度倒角(例如，进行30微米修光)。

如图11所示，具有尖锐拐角槽的传统缸孔上的涂层具有大量的氧化物生长(被称作氧化物扇形物生长)。如参照图4所示出的和描述的，这些氧化物扇形物可从变形之后的槽的尖锐拐角成核并生长。氧化物扇形物显著增大涂覆的涂层的表面粗糙度。例如，涂覆的涂层的表面粗糙度可以是250微米或更大(例如，基于最大粗糙度高度R_t)。这可要求将要涂覆的涂层具有较大的初始厚度以允许执行机加工操作并产生更一致的缸孔直径。

如图12所示，与图11中的涂层相比，具有倒角槽(不具有尖锐拐角)的缸孔上的涂层具有显著减少的氧化物生长。在不依托于任何具体理论的情况下，确信消除尖锐拐角减轻氧化物的形核和生长。已发现当槽被倒角或倒圆角时，涂覆的涂层的表面粗糙度(例如，Rt)可以为最大200微米、150微米或100微米，如所公开的(例如，槽形状是唯一可变/不同的)。这允许最初涂覆更薄的涂层，这是因为将需要进行更少的机加工来使缸孔直径变得一致。较薄的涂层可节约生产周期的时间和成本。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种发动机缸体，包括：

主体，限定具有孔表面的缸孔，在孔表面中限定有从孔表面延伸的多个槽；

每个槽具有基部和顶部，顶部具有相对的倒角边缘。

2.根据权利要求1所述的发动机缸体，其中，倒角边缘与槽的顶部或侧部形成夹角，所述夹角为钝角。

3.根据权利要求2所述的发动机缸体，其中，所述夹角为至少110度。

4.根据权利要求2所述的发动机缸体，其中，所述槽的顶部仅具有钝角夹角。

5.根据权利要求1所述的发动机缸体，其中，倒角边缘具有20度至70度的倒角角度。

6.根据权利要求1所述的发动机缸体，其中，倒角边缘具有30度至60度的倒角角度。

7.根据权利要求1所述的发动机缸体，其中，倒角边缘中的每个的倒角长度最大为最大槽峰宽度的1/3。

8.根据权利要求1所述的发动机缸体，其中，顶部比基部宽，使得槽与孔表面形成底切。

9.一种内插式粗糙化切削工具，包括：

主体，至少具有结合到主体的第一切削元件和第二切削元件，

第一切削元件包括矩形切削齿，

第二切削元件包括非矩形切削齿，

其中，第一切削元件和第二切削元件被构造为在表面中产生槽，所述槽具有带钝形边缘表面的顶部。

10.根据权利要求9所述的内插式粗糙化切削工具，其中，第二切削元件包括三角形切削齿，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽。

11.根据权利要求10所述的内插式粗糙化切削工具，其中，矩形切削齿被构造为产生大致垂直于所述表面的槽侧部，三角形切削齿被构造为产生倒角边缘。

12.根据权利要求9所述的内插式粗糙化切削工具，其中，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽，倒角边缘的倒角角度为20度至70度。

13.根据权利要求9所述的内插式粗糙化切削工具，其中，第一切削元件和第二切削元件被构造为产生具有倒角边缘的槽，每个倒角边缘的倒角长度最多为最大槽峰宽度的1/3。

14.根据权利要求9所述的内插式粗糙化切削工具，还包括第三切削元件、第四切削元件、第五切削元件和第六切削元件，

第三切削元件包括相对于第一切削元件的切削齿偏移的矩形切削齿，

第四切削元件包括相对于第二切削元件的切削齿偏移的非矩形切削齿，第五切削元件和第六切削元件中的每个均包括大致平坦的切削表面。

15.根据权利要求14所述的内插式粗糙化切削工具，其中，第一切削元件、第二切削元件、第三切削元件、第四切削元件、第五切削元件和第六切削元件围绕所述主体等间距地间隔开，第一切削元件和第三切削元件彼此相邻，第二切削元件和第四切削元件彼此相邻。

16.根据权利要求9所述的内插式粗糙化切削工具，其中，第二切削元件包括曲线形切削齿，所述曲线形切削齿具有峰部和从所述峰部延伸的两个凹形侧部；

矩形切削齿被构造为产生大致垂直于所述表面的槽侧部；

曲线形切削齿被构造为产生倒圆角边缘。

17.一种方法，包括：

通过使具有第一切削元件和第二切削元件的切削工具进行内插来对孔表面进行粗糙化，第一切削元件包括矩形切削齿，第二切削元件包括非矩形切削齿；

第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带钝形边缘表面的顶部。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，非矩形切削齿是三角形切削齿，第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带有相对的倒角边缘的顶部。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：使具有带有相对的倒角边缘的顶部的槽变形，以减小槽的高度并相对于孔表面产生底切；

其中，槽在变形之后保持相对的倒角边缘。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，非矩形切削齿是具有峰部和从所述峰部延伸的两个凹形侧部的曲线形切削齿，第一切削元件和第二切削元件在孔表面中切削槽，所述槽具有带倒圆角边缘的顶部。