DE102018101817A1

DE102018101817A1 - Mechanische aufrauungsprofilmodifizierung

Info

Publication number: DE102018101817A1
Application number: DE102018101817.7A
Authority: DE
Inventors: William Edmunds Dowling jun.; David Alan Stephenson; Timothy George BEYER
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2018-08-02
Also published as: US20180215058A1; CN108374729B; US20190084171A1; CN108374729A; US10160129B2

Abstract

Werkzeuge und Verfahren zum Bilden modifizierter mechanischer Aufrauungsprofile werden offenbart. In mindestens einer Ausführungsform wird ein Motorblock bereitgestellt, der einen Körper beinhaltet, der eine Zylinderbohrung mit einer Bohrungsoberfläche definiert. Die Bohrungsoberfläche kann darin eine Vielzahl von Nuten definiert aufweisen, die sich von der Bohrungsoberfläche erstreckt, und jede Nut kann eine Basis und einen oberen Abschnitt aufweisen. Der obere Abschnitt kann gegenüberliegende abgeschrägte Kanten aufweisen. Die abgeschrägten Kanten können von einem Werkzeug gebildet sein, welches mindestens ein Schneidelement, das dreieckige Zähne aufweist, und ein Schneidelement, das rechteckige Zähne aufweist, beinhaltet. In einer anderen Ausführungsform kann ein Werkzeug, welches mindestens ein Schneidelement mit gekrümmten Zähnen und mindestens ein Schneidelement mit rechteckigen Zähnen beinhaltet, verwendet werden, um Nuten mit einer gekrümmten/gerundeten Kantenoberfläche zu bilden. Die offenbarten Aufrauungsprofile können Oxidwachstum reduzieren, wenn eine Beschichtung auf der Bohrungsoberfläche angewandt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Werkzeuge und Verfahren zur mechanischen Aufrauungsprofilmodifizierung, zum Beispiel in Motorbohrungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motorblöcke (Zylinderblöcke) können eine oder mehrere Zylinderbohrungen beinhalten, die Kolben eines Verbrennungsmotors aufnehmen. Motorblöcke können z. B. aus Gusseisen oder Aluminium gegossen sein. Aluminium ist leichter als Gusseisen und kann ausgewählt werden, um das Gewicht eines Fahrzeugs zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Motorblöcke aus Aluminium können eine Laufbuchse, wie z. B. Aluminium- oder eine gusseiserne Laufbuchse, beinhalten. Laufbuchsen aus Aluminium können in den Motorblock eingegossen sein. Motorblöcke aus Aluminium, die keine Laufbuchsen aufweisen oder eingegossene Laufbuchsen aus Aluminium aufweisen, können eine Beschichtung auf der Bohrungsoberfläche beinhalten. Die Beschichtung (z. B. eine stahlbasierte, thermisch gespritzte Beschichtung) kann Verschleiß und/oder Reibung reduzieren.
Mechanisches Aufrauen kann verwendet werden, um die Oberfläche der Motorbohrung vorzubereiten, um die Beschichtung aufzunehmen, sodass die Adhäsion zwischen der Beschichtung und dem Substrat ausreichend ist, um Belastungen bei Herstellung und Betrieb zu widerstehen. Zum Beispiel kann mithilfe eines seitlichen Schneidstirnfräsers eine Reihe von quadratischen Nuten in das Substrat geschnitten werden. Nachdem die Nuten gebildet wurden, können die Oberseiten mit einem Schleifer (z. B. einem Drehstanzschleifer) verformt werden, um eine Hinterschneidung zu erzeugen. Das resultierende Profil kann schwalbenschwanzförmige Spitzen mit scharfen Ecken aufweisen, die zu einer Oxidation führen können.
KURZDARSTELLUNG
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Motorblock bereitgestellt. Der Motorblock kann einen Körper, der eine Zylinder definiert, die eine Bohrungsoberfläche aufweist, beinhalten, wobei die Bohrungsoberfläche darin eine Vielzahl von Nuten definiert aufweist, die sich von der Bohrungsoberfläche erstrecken; und jede Nut eine Basis und einen oberen Abschnitt aufweist, wobei der obere Abschnitt gegenüberliegende abgeschrägte Kanten aufweist.
Die abgeschrägten Kanten können einen eingeschlossenen Winkel mit einer Oberseite oder einer Seite der Nut bilden, der stumpf ist. In einer Ausführungsform beträgt der eingeschlossene Winkel mindestens 110 Grad. In einer anderen Ausführungsform kann der obere Abschnitt der Nut nur stumpfe eingeschlossene Winkel aufweisen. Die abgeschrägten Kanten können einen Abschrägungswinkel von 20 bis 70 Grad oder 30 bis 60 Grad aufweisen. In einer Ausführungsform kann jede der abgeschrägten Kanten eine Abschrägungslänge aufweisen, die höchstens 1/3 einer maximalen Nutspitzenbreite beträgt. Der obere Abschnitt kann breiter als der Basisabschnitt sein, sodass die Nut eine Hinterschneidung mit der Bohrungsoberfläche bildet.
In mindestens einer Ausführungsform wird ein interpoliertes aufrauendes Schneidwerkzeug bereitgestellt. Das Werkzeug kann einen Körper beinhalten, der mindestens erste und zweite Schneidelemente aufweist, die daran gekoppelt sind; wobei das erste Schneidelement rechteckige Schneidzähne beinhaltet; und wobei das zweite Schneidelement nicht rechteckige Schneidzähne beinhaltet; wobei das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert sind, Nuten in einer Oberfläche zu schaffen, die einen oberen Abschnitt mit Oberflächen mit abgestumpfter Kante aufweisen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das zweite Schneidelement dreieckige Schneidzähne beinhaltet und das erste und zweite Schneidelement sind dazu konfiguriert, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen. Die rechteckigen Schneidzähne können dazu konfiguriert sein, Nutseiten zu schaffen, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche sind, und die dreieckigen Schneidzähne können dazu konfiguriert sein, abgeschrägte Kanten zu schaffen. In einer Ausführungsform sind das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen, die einen Abschrägungswinkel von 20 bis 70 Grad aufweisen. In einer anderen Ausführungsform sind das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen, die jeweils eine Abschrägungslänge aufweisen, die höchstens 1/3 einer maximalen Nutspitzenbreite beträgt. In einer anderen Ausführungsform kann das zweite Schneidelement gekrümmte Schneidzähne beinhalten, die eine Spitze und zwei konkave Seiten, die sich davon erstrecken, aufweisen. Die rechteckigen Schneidzähne können dazu konfiguriert sein, Nutseiten zu schaffen, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche sind, und die gekrümmten Schneidzähne können dazu konfiguriert sein, abgerundete Kanten zu schaffen.
Das Werkzeug kann dritte, vierte, fünfte und sechste Schneidelemente beinhalten. Das dritte Schneidelement kann rechteckige Schneidzähne beinhalten, die von den Schneidzähnen des ersten Schneidelements versetzt sind, das vierte Schneidelement kann nicht rechteckige Schneidzähne beinhalten, die von den Schneidzähnen des zweiten Schneidelements versetzt sind, und das fünfte und sechste Schneidelement können jeweils eine im Wesentlichen flache Schneidoberfläche beinhalten. In einer Ausführungsform sind das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Schneidelement gleichmäßig um den Körper beabstandet, das erste und dritte Schneidelement sind benachbart zueinander und das zweite und vierte Schneidelement sind benachbart zueinander.
In mindestens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Aufrauen einer Bohrungsoberfläche durch Interpolieren eines Schneidwerkzeugs beinhalten, welches ein erstes Schneidelement, welches rechteckige Schneidzähne beinhaltet, und ein zweites Schneidelement, welches nicht rechteckige Schneidzähne beinhaltet, aufweist; und wobei das erste und zweite Schneidelement Nuten in die Bohrungsoberfläche schneiden, die einen oberen Abschnitt mit Oberflächen mit abgestumpfter Kante aufweisen.
In einer Ausführungsform sind die nicht rechteckigen Schneidzähne dreieckige Schneidzähne und das erste und zweite Schneidelement schneiden Nuten in die Bohrungsoberfläche, die einen oberen Abschnitt mit gegenüberliegenden abgeschrägten Kanten aufweisen. Das Verfahren kann ferner Verformen der Nuten beinhalten, die einen oberen Abschnitt mit gegenüberliegenden abgeschrägten Kanten aufweisen, um eine Höhe der Nuten zu reduzieren und eine Hinterschneidung relativ zur Bohrungsoberfläche zu erzeugen, wobei die Nuten die gegenüberliegenden abgeschrägten Kanten beibehalten, nachdem sie verformt wurden. In einer anderen Ausführungsform sind die nicht rechteckigen Schneidzähne gekrümmte Schneidzähne, die eine Spitze und zwei konkave Seiten, die sich davon erstrecken, aufweisen, und das erste und zweite Schneidelement schneidet Nuten in die Bohrungsoberfläche, die einen oberen Abschnitt mit abgerundeten Kanten aufweisen.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Motorblocks;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Zylinderlaufbuchse gemäß einer Ausführungsform;
3A ist ein schematischer Querschnitt einer rechteckigen Nut, die auf einer Oberfläche gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform;
3B ist ein schematischer Querschnitt der Nut aus 3A, nachdem sie verformt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein Querschnitt einer Bohrungsoberfläche, die verformte rechteckige Nuten mit einer Beschichtung, die darauf angewandt ist, aufweist;
5A ist ein schematischer Querschnitt einer abgeschrägten Nut, die auf einer Oberfläche gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform;
5B ist ein schematischer Querschnitt der Nut aus 5A, nachdem sie verformt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
6A ist ein schematischer Querschnitt einer gekrümmten oder gerundeten Nut, die auf einer Oberfläche gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform;
6B ist ein schematischer Querschnitt der Nut aus 6A, nachdem sie verformt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
7A ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit rechteckigen Zähnen, gemäß einer Ausführungsform;
7B ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit dreieckigen Zähnen, gemäß einer Ausführungsform;
7C ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit rechteckigen Zähnen, die von 7A versetzt sind, gemäß einer Ausführungsform;
7D ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit dreieckigen Zähnen, die von 7B versetzt sind, gemäß einer Ausführungsform;
7E ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit einer flachen Schneidoberfläche, gemäß einer Ausführungsform;
8 ist ein schematischer Querschnitt eines Schneidelements für ein interpoliertes Schneidwerkzeug mit gekrümmten oder konkaven Zähnen, gemäß einer Ausführungsform;
9 ist eine schematische Draufsicht eines Schneidwerkzeugs, die eine obere axiale Reihe von Schneidelementen zeigt, gemäß einer Ausführungsform;
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs, gemäß einer Ausführungsform;
11 ist ein Querschnitt einer Bohrungsoberfläche, die verformte rechteckige Nuten mit einer Beschichtung, die darauf angewandt ist, aufweist; und
12 ist ein Querschnitt einer Bohrungsoberfläche, die verformte abgeschrägte Nuten gemäß einer Ausführungsform mit einer Beschichtung, die darauf angewandt ist, aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
In Bezug auf 1 wird ein Motor- oder Zylinderblock 10 dargestellt. Der Motorblock 10 kann eine oder mehrere Zylinderbohrungen 12 beinhalten, die derart ausgelegt sein können, dass sie Kolben eines Verbrennungsmotors aufnehmen. Der Körper des Motorblocks kann aus einem beliebigen geeigneten Material, wie z. B. Aluminium, Gusseisen, Magnesium oder Legierungen davon, ausgebildet sein. In wenigstens einer Ausführungsform ist der Motorblock 10 ein laufbuchsenloser Motorblock. In diesen Ausführungsformen können die Bohrungen 12 eine Beschichtung darauf aufweisen. In wenigstens einer Ausführungsform kann der Motorblock 10 Zylinderlaufbuchsen 14, wie z. B. in 2 dargestellt, beinhalten, die in die Bohrungen 12 eingesetzt oder eingegossen sind. Die Laufbuchsen 14 können ein Hohlzylinder oder Rohr mit einer Außenfläche 16, einer Innenfläche 18 und einer Wanddicke 20 sein.
Wenn es sich bei dem Grundmaterial des Motorblocks um Aluminium handelt, dann kann eine gusseiserne Laufbuchse oder eine Beschichtung in den Zylinderbohrungen bereitgestellt werden, um der Zylinderbohrung eine erhöhte Festigkeit, Steifigkeit, Verschleißbeständigkeit oder andere Eigenschaften zu verleihen. Beispielweise kann eine gusseiserne Laufbuchse in den Motorblock eingegossen oder in die Zylinderbohrungen eingepresst werden, nachdem der Motorblock (z. B. durch Gießen) ausgebildet wurde. In einem anderen Beispiel können die Aluminiumzylinderbohrungen laufbuchsenlos sein, können jedoch mit einer Beschichtung beschichtet werden, nachdem der Motorblock (z. B. durch Gießen) ausgebildet wurde. In einer anderen Ausführungsform kann es sich bei dem Grundmaterial des Motorblocks um Aluminium oder Magnesium handeln und kann eine Laufbuchse aus Aluminium oder Magnesium in die Motorbohrungen eingesetzt oder eingegossen werden. Das Eingießen einer Laufbuchse aus Aluminium in einen Aluminiummotorblock wird in der US-Anmeldung mit der lfd. Nr. 14/972,144 , eingereicht am 17. Dezember 2015, beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in diese Schrift aufgenommen wird.
Demnach kann die Bohrungsoberfläche der Zylinderbohrungen auf eine Vielzahl von Arten und aus einer Vielzahl von Materialien ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Bohrungsoberfläche eine gusseiserne Oberfläche (z. B. von einem gusseisernen Motorblock oder einer gusseisernen Laufbuchse) oder eine Aluminiumoberfläche (z. B. von einem laufbuchsenlosen Al-Block oder einer Al-Laufbuchse) sein. Der offenbarte Aufrauungsprozess kann auf eine beliebige geeignete Bohrungsoberfläche angewandt werden, sodass sich der Ausdruck Bohrungsoberfläche auf eine Oberfläche eines laufbuchsenlosen Blocks oder auf eine Oberfläche einer Zylinderlaufbuchse oder -hülse, die in der Zylinderbohrung angeordnet wurde (z. B. durch Presspassung oder durch Eingießen), beziehen.
Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B kann die freigelegte Oberfläche der Bohrung (z. B. Al-Laufbuchse oder Al-Motorblock) mechanisch aufgeraut werden, bevor eine verschleißfeste Beschichtung aufgetragen wird. Zum Beispiel kann mithilfe eines seitlichen Schneidstirnfräsers eine Reihe von quadratischen Nuten 30 in die Oberfläche geschnitten werden. Nachdem die Nuten gebildet wurden, können die Oberseiten 32 verformt werden, um verformte Nuten 34 mit Hinterschneidungen 36 herzustellen. Hinterschneidungen 36 können als eine reduzierte Breite der Nut an ihrer Basis relativ zu ihrer oberen Oberfläche definiert werden. Sie können außerdem (oder alternativ) so definiert werden, dass sie einen spitzen Winkel zwischen der Bohrungsoberfläche und den Seiten der Nuten aufweisen. 3A zeigt ein schematisches Beispiel eines Nutprofils einer quadratischen Nut 30 und 3B zeigt ein schematisches Beispiel eines Nutprofils einer verformten Nut 34 mit Hinterschneidungen 36, nachdem die Oberseite 32 verformt wurde. Das aus der Verformung resultierende Profil kann schwalbenschwanzförmige Spitzen (z. B. umgekehrte stumpfe Dreiecke) bilden. In beiden Nuten sind die distalen Ecken 38 der Nuten (z. B. Ecken, die am weitesten in die Bohrung ragen) sehr scharf. In den ursprünglich gebildeten quadratischen Nuten 30 können die Ecken 38 einen rechten oder 90°-Winkel (oder im Wesentlichen rechten Winkel, ± wenige Grade) bilden. Sobald die Nuten verformt sind, können die Ecken 38 der verformten Nuten 34 noch schärfer sein. Zum Beispiel kann der Winkel spitz (weniger als 90°) sein, wie etwa weniger als 80° oder weniger als 70°.
Beispiele für diesen mechanischen Aufrauungsprozess und Werkzeuge, die darin verwendet werden, sind im gemeinsamen U.S.-Patent mit der Nr. 8,726,874 , veröffentlicht am 20. Mai 2014, im U.S.-Patent mit der Nr. 9,511,467 , veröffentlicht am 6. Dezember 2016; und in der U.S.-Anmeldung mit der laufenden Nr. 13/913,871 , eingereicht am 10. Juni 2013, deren Offenbarungen hiermit vollumfänglich durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, offenbart. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die offenbarten Werkzeuge und Schneidelemente auf Grundlage der vorliegenden Offenbarung in die interpolierten Aufrauungsprozesse, die in den aufgenommenen Bezügen offenbart sind, aufgenommen werden können.
Unter Bezugnahme auf 4 kann das aus dem Verformen von quadratischen Nuten resultierende Profil schwalbenschwanzförmige Spitzen (z. B. umgekehrte stumpfe Dreiecke) mit scharfen Ecken (z. B. eingeschlossener Winkel < 90 Grad) bilden. Es wurde entdeckt, dass diese Ecken überhitzen und während des thermischen Spritzens sogar teilweise oxidieren können. Die scharfen Ecken können dann als Nukleierungsstellen für zusätzliches Oxidwachstum funktionieren. Dies kann zu Oxidfächern führen, die aus den Ecken an die Oberfläche wachsen. Die Oxidfächer sind im Allgemeinen nicht wünschenswert, da sie die Rauheit der beschichteten Oberfläche erhöhen, was eine erhöhte Beschichtungsdicke erfordern kann, um das Säubern während der Bearbeitung sicherzustellen. Ein Beispiel für diese erhöhte Rauheit ist in 4 gezeigt. Zusätzlich sind die Oxidfächer Schwachstellen, die zu einem Bruch der Beschichtung und einer Porenbildung während der Beschichtungsbearbeitung führen können.
Unter Bezugnahme auf die 5A-6B sind Beispiele für offenbarte modifizierte Nutprofile gezeigt. Zu Zwecken der Veranschaulichung ist nur eine einzelne Nut gezeigt, jedoch kann natürlich eine Vielzahl von Nuten auf der Oberfläche der Bohrung gebildet sein (z. B. wie in 4 gezeigt). Die Merkmale der Nuten in Figuren 5A-6B können vergrößert sein und sind womöglich nicht maßstabsgetreu. Die 5A und 6A zeigen Beispiele für eine abgeschrägte Nut 40 und eine gekrümmte bzw. gerundete Nut 50 vor der Verformung. Die 5B und 6B zeigen Beispiele für eine verformte abgeschrägte Nut 42 und eine verformte gekrümmte oder gerundete Nut 52. Diese Vorverformungsnutprofile 40 und 50 können durch Modifizieren des Schneidwerkzeugs gebildet werden, wie etwa eines Schneidwerkzeugs, das quadratische Nuten bildet (nachfolgen ausführlicher beschrieben).
Es wurde festgestellt, dass das Modifizieren des Nutprofils zum Reduzieren/Eliminieren von scharfen Ecken die Anzahl an Oxidnukleierungsstellen, die die in 4 gezeigten Oxidfächer bilden können, reduzieren kann. Nach der Verformung können diese Profile noch immer eine Hinterschneidung (z. B. eine Einschränkung der Nutbreite, die dabei hilft, die gespritzte Beschichtung beizubehalten) erzeugen, können aber keine scharfen Ecken im oberen Abschnitt der Nut aufweisen, die zu Oxidauffächern führen können. Zum Beispiel kann der obere Abschnitt der verformten Nuten eingeschlossene Winkel aufweisen, die stumpf oder größer als 90°, wie etwa mindestens 100°, 110°, 120°, 130° oder 135° sind. In einer Ausführungsform können die verformten Nuten nur stumpfe eingeschlossene Winkel beinhalten, die die vorstehenden aufweisen können. In mindestens einer Ausführungsform kann der obere Abschnitt Oberflächen mit abgestumpfter Kante aufweisen, die zum Beispiel abgeschrägte Kanten oder abgerundete/gekrümmte Kanten beinhalten können (z. B. wie in den 5A-6B gezeigt).
Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B kann eine abgeschrägte Nut 40 zuerst in die Bohrungsoberfläche geschnitten werden und dann verformt werden, um eine verformte abgeschrägte Nut 42 zu bilden. Ähnlich wie die verformte Nut 34 kann das Verformen der Nut 40 Hinterschneidungen 36 in der Basis der verformten Nut 42 bilden. Die abgeschrägte Nut 40 kann zwei abgeschrägte Abschnitte oder Ecken/Kanten 44 beinhalten, eine/n auf jeder Seite der Nut 40 (z. B. im oberen oder distalen Abschnitt der Nut). Während eine Nut, die zwei abgeschrägte Abschnitte 44 aufweist, gezeigt ist, kann in anderen Ausführungsformen ein einzelner abgeschrägter Abschnitt 44 (z. B. auf jeder Seite) vorhanden sein.
In mindestens einer Ausführungsform kann/können der/die abgeschrägte(n) Abschnitt(e) 44 einen Abschrägungswinkel 46 und eine Abschrägungslänge 48 aufweisen. Der Abschrägungswinkel 46 kann von der vertikalen Achse (z. B. der Achse senkrecht zur Bohrungsoberfläche) gemessen werden. In einer Ausführungsform kann der Abschrägungswinkel 46 von 20 bis 70 Grad, oder einen beliebigen Teilbereich von, wie etwa 30 bis 60 Grad, 40 bis 50 Grad oder ungefähr 45 Grad (z. B. ±3 Grad), betragen. Die Abschrägungslänge 48 kann in einer Richtung parallel zur Bohrungsoberfläche (horizontale Richtung, wie gezeigt) gemessen werden. In einer Ausführungsform kann die Abschrägungslänge 48 weniger als 1/2 der Gesamtbreite der Nut betragen, wie etwa höchstens 1/3 der Gesamtbreite der Nut. Wenn beispielsweise die Nut eine Gesamtbreite von 150 µm aufweist, kann die Abschrägungslänge 48 höchstens 50 µm (bei einem Maximum von 1/3) betragen. Die vorstehenden Abschrägungswinkel und -längen können sich auf die Nut 40 (z. B. Vorverformung) oder die Nut 42 (z. B. Nachverformung) beziehen. Wenn sich die Abschrägungswinkel und -längen auf die Vorverformungsnut beziehen, können die Abschrägungswinkel und -längen durch den Verformungsprozess geändert werden. Zum Beispiel können die Abschrägungswinkel nach der Verformung zunehmen (die eingeschlossenen Winkel können ebenfalls zunehmen).
In einer anderen Ausführungsform kann jede Ecke zwei oder mehrere abgeschrägte Abschnitte 44 beinhalten, zum Beispiel 2 oder 3 abgeschrägte Abschnitte 44. Die mehreren abgeschrägten Abschnitte können verbunden werden, um eine zweiwinklige Oberfläche zu bilden. Die Gesamtlänge der mehreren Abschrägungen kann die gleiche wie die Längen der vorstehend beschriebenen einzelnen Abschrägung sein (z. B. kann jede Abschrägung in den mehreren Abschrägungsausführungsformen relativ kurz sein). Die mehreren abgeschrägten Abschnitte können einen zunehmenden Abschrägungswinkel 46 vom ersten abgeschrägten Abschnitt (z. B. der Basis der Nut am nächsten) zum letzten abgeschrägten Abschnitt (z. B. der Oberseite der Nut am nächsten) aufweisen. Sollten zwei abgeschrägte Abschnitte pro Seite der Nut vorliegen, kann der erste abgeschrägte Abschnitt (der Basis am nächsten) einen ersten Abschrägungswinkel aufweisen und der zweite abgeschrägte Abschnitt (der Oberseite am nächsten) kann einen zweiten Abschrägungswinkel aufweisen, der größer als der erste ist. Zum Beispiel kann der erste Abschrägungswinkel von 20 bis 40 Grad betragen und der zweite Abschrägungswinkel kann von 50 bis 70 Grad betragen. In einer Ausführungsform kann der erste Abschrägungswinkel ungefähr 30 Grad (z. B. ±5 Grad) betragen und der zweite Abschrägungswinkel kann ungefähr 60 Grad (z. B. ±5 Grad) betragen.
Unter Bezugnahme auf die 6A und 6B kann eine gekrümmte oder gerundete Nut 50 zuerst in die Bohrungsoberfläche geschnitten werden und dann verformt werden, um eine verformte gekrümmte oder gerundete Nut 52 zu bilden. Ähnlich wie die verformte Nut 34 kann das Verformen der Nut 50 Hinterschneidungen 36 in der verformten Nut 52 bilden. Die gekrümmte oder gerundete Nut 50 kann zwei gekrümmte/gerundete Abschnitte oder Ecken 54 beinhalten, eine/n auf jeder Seite der Nut 50 (z. B. im oberen oder distalen Abschnitt der Nut). Während eine Nut, die zwei gekrümmte/gerundete Abschnitte 54 aufweist, gezeigt ist, kann in anderen Ausführungsformen ein einzelner gekrümmter/gerundeter Abschnitt 54 (z. B. auf jeder Seite) vorhanden sein. Der Radius der gekrümmten/gerundeten Abschnitte kann entweder kreisförmig oder elliptisch sein. Ein Radius (z. B. maximaler Radius) der Krümmung der Ecke kann zwischen 1/4 und 1/2 der Spitzenbreite oder eines beliebigen Teilbereichs darin, wie etwa 1/3 bis 1/2, 1/4 bis 3/8 oder 1/3 bis 7/16 der Spitzenbreite, betragen. Zum Beispiel kann der Radius des gekrümmten/gerundeten Abschnitts 54 bei einer Spitzenbreite von 150 µm von 50 bis 75 µm (1/3 bis ½ der Spitzenbreite) betragen.
Unter Bezugnahme auf die 7A-7E sind schematische Querschnittsansichten der Schneidelemente 100, 200, 300, 400 und 500 gezeigt. Diese Schneidelemente können alle an ein/em Schneidwerkzeug 700, das nachfolgend ausführlicher erörtert ist, gekoppelt/angebracht sein. Unter Bezugnahme auf 7A ist das Schneidelement 100 mit der Schneidoberfläche 102, der Reliefoberfläche 104 und der Auflagefläche 106 gezeigt. Die Schneidoberfläche 102 beinhaltet schematisch eine Anzahl an Zähnen 108. Es versteht sich, dass die Anzahl an gezeigten Zähnen lediglich beispielhaft ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl an Zähnen 1 bis 3 pro Millimeter axialer Länge betragen. In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Zähnen ungefähr 2,5 Zähne pro axialer Länge betragen. In der gezeigten Ausführungsform weist jeder Zahn 108 eine rechteckige Form auf (die Quadrat beinhalten kann). Jeder Zahn 108 weist eine Oberfläche 110 und Seitenflächen 112 auf. Flache Täler 114 können sich zwischen benachbarten Zähnen 108 erstrecken. Das Schneidelement 100 kann außerdem eine Abschrägung 116 beinhalten. Die Abschrägung 116 kann einen beliebigen geeigneten Winkel aufweisen, wie etwa ungefähr 15 Grad. Die Abschrägung 116 kann Zugentlastung und Montagefreundlichkeit der Schneidelemente bereitstellen. Die Schneidelemente 100-500 können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein und können entfernbar/auswechselbar sein oder können an eine auswechselbare Patrone gekoppelt sein. In einer Ausführungsform können die Schneidelemente 100-500 gelötete polykristalline Diamantelemente sein. In anderen Ausführungsformen können auswechselbare Wolframcarbidelemente, die in anpassbaren Patronen montiert sind, oder auswechselbare Ringe, die auf einer Achse montiert sind, verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 7C ist das Schneidelement 300 mit der Schneidoberfläche 302, der Reliefoberfläche 304 und der Auflagefläche 306 gezeigt. Die Schneidoberfläche 302 beinhaltet schematisch eine Anzahl an Zähnen 308. Es versteht sich, dass die Anzahl an gezeigten Zähnen lediglich beispielhaft ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl an Zähnen 1 bis 3 pro Millimeter axialer Länge betragen. In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Zähnen ungefähr 2,5 Zähne pro axialer Länge betragen. In der gezeigten Ausführungsform weist jeder Zahn 308 eine rechteckige Form auf (die Quadrat beinhalten kann). Jeder Zahn 308 weist eine Oberfläche 310 und Seitenflächen 312 auf. Flache Täler 314 können sich zwischen benachbarten Zähnen 308 erstrecken. Das Schneidelement 300 kann außerdem eine Abschrägung 316 beinhalten. Die Abschrägung 316 kann einen beliebigen geeigneten Winkel aufweisen, wie etwa ungefähr 15 Grad. Die Abschrägung 316 kann Zugentlastung und Montagefreundlichkeit der Schneidelemente bereitstellen.
Die Schneidelemente 100 und 300 können ähnliche Strukturen und Formen aufweisen. Allerdings können die Anordnung von Zähnen und die Dimensionen unterschiedlich sein. Der Zahn 118, der sich der Vorderkante 120 am nächsten befindet, kann eine äußerste Seitenwand aufweisen, die mit der Reliefoberfläche 104 bündig sein kann oder von der Reliefoberfläche 104 versetzt sein kann. Der Zahn 318, der sich der Vorderkante 320 am nächsten befindet, kann eine äußerste Seitenwand aufweisen, die um einen größeren Betrag als der Zahn 108 von der Reliefoberfläche 304 versetzt ist. Der Versatz des Zahns 308 kann einen beliebigen geeigneten Wert aufweisen, wie etwa 400 Mikrometer. In anderen Ausführungsformen kann der Versatz 1 bis 500 Mikrometer betragen. Dementsprechend kann ein Versatz, wie etwa 400 Mikrometer, zwischen der Reliefkante des Zahns 108 und der Reliefkante des Zahns 308 vorliegen. Die Reliefoberfläche, die der Seite des anderen Zahns 108 des Schneidelements 100 gegenüberliegt, und die Relief Oberfläche, die der Seite des anderen Zahns 308 des Schneidelements 300 gegenüberliegt, können außerdem voneinander versetzt sein. Der Versatz jedes entsprechenden Zahns in den Schneidelementen 100 und 300 kann gleich oder unterschiedlich sein. Dadurch kann den Kanten ermöglicht werden, zwei separate Reihen von Nuten, eine von jedem Versatzelement, mit akzeptabler Spannung auf den Zähnen zu schneiden.
Unter Bezugnahme auf 7B ist das Schneidelement 200 mit der Schneidoberfläche 202, der Reliefoberfläche 204 und der Auflagefläche 206 gezeigt. Die Schneidoberfläche 202 beinhaltet schematisch eine Anzahl an Zähnen 208. Es versteht sich, dass die Anzahl an gezeigten Zähnen lediglich beispielhaft ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl an Zähnen 1 bis 3 pro Millimeter axialer Länge betragen. In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Zähnen ungefähr 2,5 Zähne pro axialer Länge betragen. In der gezeigten Ausführungsform weist jeder Zahn 208 eine dreieckige Form auf. In einer anderen Ausführungsform kann jeder Zahn 208 eine stumpfe dreieckige Form aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann jeder Zahn 208 zwei gegenüberliegende Seiten beinhalten, die nach innen zueinander angewinkelt sind (z. B. wie die Seiten eines Dreiecks). Jeder Zahn 208 kann eine Spitze oder eine Oberfläche 210 und Seitenflächen 212 aufweisen. Ein Tal 214 kann sich zwischen benachbarten Zähnen 208 erstrecken. Das Schneidelement 200 kann außerdem eine Abschrägung 216 beinhalten. Die Abschrägung 216 kann einen beliebigen geeigneten Winkel aufweisen, wie etwa ungefähr 15 Grad. Die Abschrägung 216 kann Zugentlastung und Montagefreundlichkeit der Schneidelemente bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 7D ist das Schneidelement 400 mit der Schneidoberfläche 402, der Reliefoberfläche 404 und der Auflagefläche 406 gezeigt. Die Schneidoberfläche 402 beinhaltet schematisch eine Anzahl an Zähnen 408. Es versteht sich, dass die Anzahl an gezeigten Zähnen lediglich beispielhaft ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl an Zähnen 1 bis 3 pro Millimeter axialer Länge betragen. In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Zähnen ungefähr 2,5 Zähne pro axialer Länge betragen. In der gezeigten Ausführungsform weist jeder Zahn 408 eine dreieckige Form auf. In einer anderen Ausführungsform kann jeder Zahn 408 eine stumpfe dreieckige Form aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann jeder Zahn 408 zwei gegenüberliegende Seiten beinhalten, die nach innen zueinander angewinkelt sind (z. B. wie die Seiten eines Dreiecks). Jeder Zahn 408 kann eine Spitze oder eine Oberfläche 410 und Seitenflächen 412 aufweisen. Ein Tal 414 kann sich zwischen benachbarten Zähnen 408 erstrecken. Das Schneidelement 400 kann außerdem eine Abschrägung 416 beinhalten. Die Abschrägung 416 kann einen beliebigen geeigneten Winkel aufweisen, wie etwa ungefähr 15 Grad. Die Abschrägung 416 kann Zugentlastung und Montagefreundlichkeit der Schneidelemente bereitstellen.
Die Schneidelemente 200 und 400 können ähnliche Strukturen und Formen aufweisen. Allerdings können die Anordnung von Zähnen und die Dimensionen unterschiedlich sein. Der Zahn 218, der sich der Vorderkante 220 am nächsten befindet, kann eine äußerste Spitze oder Seitenwand aufweisen, die mit der Reliefoberfläche 204 bündig sein kann oder von der Reliefoberfläche 204 versetzt sein kann. Der Zahn 418, der sich der Vorderkante 420 am nächsten befindet, kann eine äußerste Spitze oder Seitenwand aufweisen, die um einen größeren Betrag als der Zahn 408 von der Reliefoberfläche 404 versetzt ist. Der Versatz des Zahns 408 kann einen beliebigen geeigneten Wert aufweisen, wie etwa 400 Mikrometer. In anderen Ausführungsformen kann der Versatz 1 bis 500 Mikrometer betragen. Dementsprechend kann ein Versatz, wie etwa 400 Mikrometer, zwischen der Spitze des Zahns 208 und der Spitze des Zahns 408 vorliegen. Die Spitzen des anderen Zahns 208 des Schneidelements 200 und die Spitzen des anderen Zahns 408 des Schneidelements 400 können außerdem voneinander versetzt sein. Der Versatz jedes entsprechenden Zahns in den Schneidelementen 200 und 400 kann gleich oder unterschiedlich sein. Dadurch kann den Kanten ermöglicht werden, zwei separate Reihen von Nuten, eine von jedem Versatzelement, mit akzeptabler Spannung auf den Zähnen zu schneiden.
Unter Bezugnahme auf 7E ist ein Schneidelement 500 mit einer Schneidoberfläche 502, einer Reliefoberfläche 504 und einer Auflagefläche 506 gezeigt. Die Schneidoberfläche 502 kann im Gegensatz zu den Schneidoberflächen der anderen Schneidelemente, die in gestrichelten Linien gezeigt sind, flach oder im Allgemeinen flach sein und kann keine Zähne aufweisen. Das Schneidelement 500 kann einen Abschnitt der Spitzen zwischen den Nuten entfernen und die Tasche schaffen. Der Betrag des radialen Versatzes kann die Tiefe der Nuten, die in die Unterseite der Bohrungstasche geschnitten sind, steuern. In einer Ausführungsform kann die Tiefe der Nuten, die geschnitten werden, wenn die Schneidelemente 100-500 in Kombination verwendet werden, 120 Mikrometer betragen. Allerdings kann diese Tiefe von Werkzeug zu Werkzeug oder mit unterschiedlichen Schneidelementen variieren.
Unter Bezugnahme auf 8 ist das Schneidelement 600 mit der Schneidoberfläche 602, der Reliefoberfläche 604 und der Auflagefläche 606 gezeigt. Die Schneidoberfläche 602 beinhaltet schematisch eine Anzahl an Zähnen 608. Es versteht sich, dass die Anzahl an gezeigten Zähnen lediglich beispielhaft ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl an Zähnen 1 bis 3 pro Millimeter axialer Länge betragen. In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Zähnen ungefähr 2,5 Zähne pro axialer Länge betragen. Jeder Zahn 608 kann eine Spitze oder eine Oberfläche 610 und Seitenflächen 612 aufweisen. Ein Tal 614 kann sich zwischen benachbarten Zähnen 608 erstrecken. In der gezeigten Ausführungsform kann jeder Zahn 608 im Allgemeinen eine dreieckige Form aufweisen, jedoch mit konkaven oder gekrümmten Seiten 612. In einer anderen Ausführungsform kann jeder Zahn 608 zwei gekrümmte gegenüberliegende Seiten beinhalten, die nach innen zueinander angewinkelt sind und eine konkave Form aufweisen. Das Schneidelement 600 kann außerdem eine Abschrägung 616 beinhalten. Die Abschrägung 616 kann einen beliebigen geeigneten Winkel aufweisen, wie etwa ungefähr 15 Grad. Die Abschrägung 616 kann Zugentlastung und Montagefreundlichkeit der Schneidelemente bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf die 7A-7E, 8 und 9 sind Beispiele für die relativen Positionen der Schneidelemente 100-500 auf einem Schneidwerkzeug 700 gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform gibt es sechs Schneidelemente, die gleichmäßig beabstandet sind (z. B. 60 Grad zwischen jedem Schneidelement für eine/n gegebene/n Reihe/Satz von Schneidelementen). Jedoch können, wie vorstehend beschrieben, mehr oder weniger Schneidelemente vorliegen. Der Abstand der Schneidelemente kann unabhängig von ihrer Anzahl gleichmäßig sein. In einer Ausführungsform kann das Schneidelement 500 bei 0 Grad positioniert sein und ein anderes Schneidelement 500 kann bei 180 Grad positioniert sein (z. B. gegenüber des ersten Schneidelements 500). Wie hierin verwendet, kann die 0-Grad-Position ein willkürlich ausgewählter Bezugspunkt sein und entspricht nicht notwendigerweise einer bestimmten Position auf dem Schneidwerkzeug 700.
In der gezeigten Ausführungsform kann das Schneidelement 100 bei 60 Grad positioniert sein und das Schneidelement 300 kann bei 120 Grad positioniert sein. Dementsprechend können die zwei Schneidelemente 100 und 300, die rechteckige Zähne aufweisen, benachbart zueinander auf dem Schneidwerkzeug 700 positioniert sein. In der gezeigten Ausführungsform kann das Schneidelement 200 bei 240 Grad positioniert sein und das Schneidelement 400 kann bei 300 Grad positioniert sein. Dementsprechend können die zwei Schneidelemente 200 und 400, die dreieckige Zähne aufweisen, benachbart zueinander auf dem Schneidwerkzeug 700 positioniert sein. Die Schneidelemente 500 können derart positioniert sein, dass sie die Schneidelemente mit rechteckigen Zähnen von den Schneidelementen mit dreieckigen Zähnen trennen.
Während die Schneidelemente 100-500 in der gezeigten Weise positioniert sind, versteht der Durchschnittsfachmann auf Grundlage der vorliegenden Offenbarung, dass andere Konfigurationen verwendet werden können. Zum Beispiel können die Positionen der Schneidelemente 100 und 300 mit den Positionen der Schneidelemente 200 und 400 getauscht werden oder die gezeigten Positionen können um ein beliebiges Vielfaches von 60 Grad gedreht werden. Wie vorstehend und nachfolgend beschrieben, können mehrere Sätze von Schneidelementen auf dem Schneidwerkzeug 700 vorliegen. Zum Beispiel können mindestens 2, 3 oder 4 Sätze von Schneidelementen vorliegen. Die Sätze von Schneidelementen können entlang einer Längsachse des Schneidwerkzeugs 700 beabstandet sein. Jeder Satz von Schneidelementen kann relativ zum benachbarten Satz von Schneidelementen radial versetzt oder gedreht sein. In der gezeigten Ausführungsform können die Sätze um 30 Grad gedreht werden (in gestrichelten Linien gezeigt). Jedoch können die Sätze um jeden geeigneten Wert gedreht werden, wie etwa 45 Grad oder 60 Grad.
Zusätzlich können die Schneidelemente 200 und 400 in der vorstehenden Beschreibung durch das Schneidelement 600 und ein zweites Schneidelement 600', das von dem ersten versetzt ist, ersetzt werden. Der Versatz kann ähnlich den Versätzen der Schneidelemente 100/300 und 200/400 sein. Zum Beispiel kann das versetzte Schneidelement 600' einen Zahn beinhalten, der der Vorderkante am nächsten ist, die von der Reliefoberfläche um einen größeren Betrag als der nächste Zahn im Schneidelement 600 versetzt ist. Der Versatz kann ein beliebiger geeigneter Wert sein, wie etwa 400 Mikrometer oder 1 bis 500 Mikrometer. Dementsprechend kann ein Versatz, wie etwa 400 Mikrometer, zwischen den Spitzen der Zähne in jedem Schneidelement vorliegen. Dadurch kann den Kanten ermöglicht werden, zwei separate Reihen von Nuten, eine von jedem Versatzelement, mit akzeptabler Spannung auf den Zähnen zu schneiden.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs 700 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Schneidwerkzeug 700 kann einen zylindrischen Körper 702 und erste, zweite, dritte und vierte axiale Reihen 704, 706, 708 und 710 der Schneidelemente beinhalten. Der zylindrische Körper 702 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, wie etwa Stahl oder zementiertem Wolframcarbid. Die Schneidelemente können aus einem beliebigen Schneidwerkzeugmaterial gebildet sein, wie etwa denen, die zum Bearbeiten von Stahl, Aluminium oder Magnesiumlegierung geeignet sind. Die Betrachtungen zum Auswählen solcher Materialien können ohne Einschränkungen chemische Kompatibilität und/oder Härte beinhalten. Nicht einschränkende Beispiele solcher Materialien können ohne Einschränkung Hochgeschwindigkeitsstahl (z. B. gesintert), gesintertes Wolframcarbid, polykristallines kubisches Bornitrid oder polykristallinen Diamanten beinhalten. Jede axiale Reihe 704, 706, 708 und 710 kann sechs Schneidelemente beinhalten. Während sechs Schneidelemente in 10 gezeigt sind, kann jedoch eine beliebige Anzahl an Schneidelementen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden.
Wie in 10 gezeigt, sind sechs Schneidelemente gleichmäßig radial von benachbarten Schneidelementen beabstandet. Anders formuliert, befinden sich die sechs Schneidelemente bei 0, 60, 120, 180, 240 und 300 Grad um den Umfang des zylindrischen Körpers 702 (z. B. wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben). Wie in 10 gezeigt und vorstehend beschrieben, können die Schneidelemente in jeder Reihe voneinander zwischen jeder Reihe im Umfang versetzt oder gestaffelt sein, z. B. kann jedes Schneidelement der Schneidelemente mit 0, 60, 120, 180, 240 und 300 Grad um 30, 45 oder 60 Grad in benachbarten Reihen gestaffelt sein. Das Staffeln kann die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs verbessern, indem das erste Schneiden des inneren Oberflächenprofils geglättet wird. Wenn die Schneidelemente zwischen benachbarten Reihen ausgerichtet werden, kann mehr Kraft notwendig sein, um den Schneidvorgang einzuleiten, und kann mehr Verschleiß der Schneidelemente oder Biegung und Schwingung des Werkzeugs verursachen.
In Ausführungsformen, in denen das Schneidwerkzeug 700 die Schneidelemente 200 und 400 beinhaltet, kann das Schneidwerkzeug dazu konfiguriert sein, abgeschrägte Nuten zu bilden, wie etwa die in 5A gezeigten. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird davon ausgegangen, dass die rechteckigen Zähne auf den Schneidelementen 100 und 300 rechteckige Nuten in der Oberfläche (z. B. Bohrungsoberfläche) schneiden oder generieren können und dass die dreieckigen Zähne auf den Schneidelementen 200 und 400 die Ecken der rechteckigen Nuten entfernen können, um Nuten mit abgeschrägten Ecken zu bilden (z. B. Nuten 40). In Abhängigkeit von der Position der Schneidelemente, dem Zeitpunkt der Berührung zwischen den Schneidelementen und der Bohrungsoberfläche oder anderen Faktoren kann die Reihenfolge der Nutbildung anders oder umgekehrt sein. Zum Beispiel können die dreieckigen Schneidelemente zuerst dreieckige Nuten in der Oberfläche bilden und dann können die rechteckigen Schneidelemente die Seiten der dreieckigen Nuten schneiden, um die senkrechten Seiten der abgeschrägten Nut zu bilden. Die Schneidelemente 500 mit flachen oder im Allgemeinen flachen Schneidoberflächen und ohne Zähne können einen oberen Abschnitt der Spitzen der Nuten entfernen. Zum Beispiel kann die Nuthöhe der Nut 40 zuerst größer gewesen sein, aber die Schneidelemente 500 können Material von der Oberseite oder Spitze der Nut entfernen, um die Nuthöhe zu reduzieren.
In Ausführungsformen, in denen das Schneidwerkzeug 700 die Schneidelemente 600 und 600' beinhaltet, kann das Schneidwerkzeug dazu konfiguriert sein, gekrümmte oder gerundete Nuten zu bilden, wie etwa die in 6A gezeigten. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Bildung der gerundeten Nuten ähnlich der vorstehend für die abgeschrägten Nuten beschriebenen sein kann, jedoch, dass die dreieckigen Zähne durch gekrümmte/konkave Zähne ersetzt werden. Dementsprechend können die gekrümmten/konkaven Zähne die Ecken der rechteckigen Nuten zuschneiden, um gekrümmte oder gerundete Nuten zu bilden oder alternativ gekrümmte Nuten zu schaffen, die dann von rechteckigen Zähnen geschnitten werden, um senkrechte Seiten aufzuweisen.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Schneidwerkzeug 700 eine beliebige Anzahl an Schneidelementen aufweisen. In mindestens einer Ausführungsform kann das Schneidwerkzeug 700 mindestens ein Schneidelement mit rechteckigen Zähnen und mindestens ein Schneidelement mit nicht rechteckigen Zähnen beinhalten. Das/Die Schneidelement(e) mit rechteckigen Zähnen kann/können dazu konfiguriert sein, rechteckige Nuten in der Bohrungsoberfläche (oder einer anderen aufzurauenden Oberfläche) zu bilden oder senkrechte Seiten auf Nuten mit nicht rechteckigen Formen zu bilden (z. B. Schneiden von senkrechten Seiten in dreieckige Nuten). Das/Die Schneidelement(e) mit nicht rechteckigen Zähnen, wie etwa dreieckigen Zähnen oder konkaven/gekrümmten Zähnen, kann/können dazu konfiguriert sein, nicht rechteckige Nuten in der Bohrungsoberfläche zu bilden oder nicht senkrechte Seiten auf Nuten mit einer rechteckigen Form zu bilden. Zum Beispiel können dreieckige Zähne dreieckige Nuten bilden oder können angewinkelte Seiten auf einer rechteckigen Nut bilden. Oder konkave/gekrümmte Zähne können konkave/gekrümmte Nuten bilden oder können gekrümmte/gerundete Seiten auf einer rechteckigen Nut bilden. Die Schneidelemente können dazu geformt, bemessen und konfiguriert sein, Nuten mit der/den vorstehend beschriebenen Form und Dimensionen zu bilden (z. B. Abschrägungswinkel, Eckenradius usw.).
Sobald das Schneidwerkzeug 700 um die Bohrungsoberfläche interpoliert wurde (oder auf eine andere Oberfläche angewandt wurde), kann die aufgeraute Bohrungsoberfläche eine Vielzahl von nicht rechteckigen Nuten beinhalten. Zum Beispiel können die Nuten eine abgeschrägte Form (z. B. rechteckig mit den entfernten Ecken) oder eine gekrümmte/gerundete Form aufweisen. Wie hierin verwendet, kann sich die Nutform auf die Querschnittsform der Nut beziehen, die sich von der Bohrungsoberfläche zu einem Mittelpunkt der Bohrung erstreckt. Diese Basis dieser Nuten kann im Allgemeinen senkrecht zur Bohrungsoberfläche sein (z. B. bei ungefähr 90 Grad). Um eine Hinterschneidung in den Nuten zu generieren, kann ein Verformungsprozess durchgeführt werden.
Der Verformungsprozess kann gemäß dem in der aufgenommenen laufenden Nr. 14/972,144 beschriebenen Prozess durchgeführt werden, jedoch kann ein beliebiger Verformungsprozess, der die Nuthöhe reduziert und eine Hinterschneidung generiert, verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Schleifwerkzeug (z. B. Drehstanzschleifer) verwendet werden, um die Nuten zu verformen. Jedes Schleifwerkzeug kann einen zylindrischen Schaft und eine Vielzahl von Schleifvorsprüngen beinhalten. Jeder Schleifvorsprung kann nach außen vom Mittelpunkt des Schleifwerkzeugs vorstehen. Das Schleifwerkzeug kann den gleichen Durchmesser wie das Schneidwerkzeug aufweist, und die Schleifelemente können die gleiche axiale Länge wie die Schneidelemente aufweisen, sodass das Schleifwerkzeug und das Schneidwerkzeug über den gleichen Werkzeugpfad laufen können, um die Programmierung zu vereinfachen und Bewegungsfehler zu reduzieren. Jeder Schleifvorsprung kann eine Reliefoberfläche, eine hintere Oberfläche und eine Spanoberfläche beinhalten. Eine Abschrägung kann sich zwischen der Spanoberfläche und der Reliefoberfläche erstrecken. Die Abschrägungs- oder ähnliche Kantenvorbereitung, wie etwa ein Schleifstein, kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Werkzeug die Spitzen verformt anstatt sie zu schneiden. In einer Ausführungsform kann der Winkel der Abschrägung relativ zur Grundfläche 616 15 Grad betragen. In anderen Varianten kann der Winkel 10 bis 20 Grad betragen oder einen Schleifstein mit einem Radius von 25 bis 100 Mikrometern aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Winkel zwischen der Spanoberfläche und der Reliefoberfläche von benachbarten Schleifvorsprüngen 110 Grad betragen.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Schleifwerkzeug stumpf genug, dass es nicht in die innere Oberfläche der Zylinderbohrung schneidet. Stattdessen kann das Schleifwerkzeug Nuten, die in der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung gebildet sind, mechanisch verformen. Unter Bezugnahme auf die 5A und 6B kann das Schleifwerkzeug, das gemäß den hierin identifizierten Verfahren verwendet wird, Hinterschneidungen 36 schaffen und die obere/obenliegende Oberfläche der Nuten verlängern. Die Differenz zwischen der Höhe der nicht verformten Spitze und der Höhe der verformten Spitze kann als Δh bezeichnet werden. In einer Ausführungsform kann Δh ungefähr 10 Mikrometer betragen, während Δh in anderen Ausführungsformen 5 bis 60 Mikrometer betragen kann. Allerdings sind dies lediglich Beispiele, die Höhendifferenz kann in Abhängigkeit von den verwendeten Werkzeugen, den Aufrauungs-/Schleifparametern, den Materialien der involvierten Komponenten oder anderen Faktoren variieren. Die Hinterschneidungen, die in den Nuten gebildet werden, können die Adhäsion einer anschließenden thermischen Spritzbeschichtung auf die aufgeraute innere Oberfläche der Zylinderbohrung erhöhen.
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 sind Beispiele für aufgeraute Zylinderbohrungsoberflächen mit thermisch gespritzten Beschichtungen, die darauf aufgetragen sind, gezeigt. 11 zeigt eine Bohrungsoberfläche, die gemäß herkömmlichen Verfahren und unter Verwendung von herkömmlichen Werkzeugen mit rechteckigen Zähnen aufgeraut wurde. Dementsprechend wiesen die ersten gebildeten Nuten eine rechteckige Form auf und wurden dann verformt, um Nuten mit Hinterschneidungen und außerdem scharfen Ecken zu bilden (z. B. wie in den 3A und 3B gezeigt). 12 zeigt eine Bohrungsoberfläche, die gemäß den offenbarten Verfahren und Werkzeugen, einschließlich Werkzeugen mit nicht rechteckigen Zähnen (z. B. dreieckig oder gekrümmt/konkav), aufgeraut wurde. Die Bohrungsoberfläche wurde mithilfe eines Fräswerkzeugs aufgeraut, das denen ähnelt, die in den 7A-10 offenbart sind, einschließlich Schneidelementen mit dreieckigen Zähnen, die denen ähneln, die in den 7A-7E beschrieben sind. Das Schneidwerkzeug wurde konfiguriert, um 45-Grad-Abschrägungen auf den Nuten zu bilden (z. B. ein Schleifer mit 30 Mikrometern).
Wie in 11 gezeigt, weist die Beschichtung auf der herkömmlichen Bohrung mit Nuten mit scharfen Kanten wesentliches Oxidwachstum auf, welches als Oxidauffächern bezeichnet wird. Wie unter Bezugnahme auf 4 gezeigt und beschrieben, können diese Oxidfächer aus den scharfen Ecken der Nuten nukleieren und wachsen, nachdem sie verformt wurden. Die Fächer erhöhen die Oberflächenrauheit der aufgetragenen Beschichtung erheblich. Zum Beispiel kann die Oberflächenrauheit der aufgetragenen Beschichtung 250 Mikrometer oder mehr betragen (z. B. auf Grundlage der maximalen Rautiefe Rt). Dies kann erfordern, dass die Beschichtung mit einer größeren ersten Dicke aufgetragen werden muss, um zu ermöglichen, dass ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, und einen gleichmäßigeren Bohrungsdurchmesser zu schaffen.
Wie in 12 gezeigt, weist die Beschichtung auf der Bohrung mit abgeschrägten Nuten ohne scharfe Ecken ein erheblich geringeres Oxidwachstum als die Beschichtung in 11 auf. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Eliminierung der scharfen Ecken die Nukleierung und das Wachstum des Oxids mindert. Es wurde festgestellt, dass die aufgetragene Beschichtung eine Oberflächenrauheit von höchstens 200, 150 oder 100 Mikrometern (z. B. Rt) aufweist, wenn die Nuten abgeschrägt oder gerundet sind, wie offenbart (z. B. wobei die Nutform die einzige Variable/Differenz ist). Dadurch kann ermöglicht werden, dass eine dünnere Beschichtung zuerst aufgetragen wird, da eine geringere Bearbeitung erfolgen muss, um einen Bohrungsdurchmesser zu vereinheitlichen. Eine dünnere Beschichtung kann Zeit und Kosten im Produktionszyklus sparen.
Zwar wurden vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, doch erfolgte dies nicht mit der Absicht, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich dazu können die Merkmale verschiedener Umsetzungsausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 14/972144 [0013]
US 8726874 [0016]
US 9511467 [0016]
US 13/913871 [0016]

Claims

Motorblock, umfassend: einen Körper, der eine Zylinder definiert, die eine Bohrungsoberfläche aufweist, wobei die Bohrungsoberfläche darin eine Vielzahl von Nuten definiert aufweist, die sich von der Bohrungsoberfläche erstrecken; und jede Nut eine Basis und einen oberen Abschnitt aufweist, wobei der obere Abschnitt gegenüberliegende abgeschrägte Kanten aufweist.
Motorblock nach Anspruch 1, wobei die abgeschrägten Kanten einen eingeschlossenen Winkel mit einer Oberseite oder Seite der Nut bilden, der stumpf ist.
Motorblock nach Anspruch 2, wobei der eingeschlossenen Winkel mindestens 110 Grad beträgt.
Motorblock nach Anspruch 2, wobei der obere Abschnitt der Nut nur stumpfe eingeschlossene Winkel aufweist.
Motorblock nach Anspruch 1, wobei die abgeschrägten Ecken einen Abschrägungswinkel von 20 bis 70 Grad, vorzugsweise 30 bis 60 Grad, aufweisen.
Motorblock nach Anspruch 1, wobei jede der abgeschrägten Kanten eine Abschrägungslänge aufweist, die höchstens 1/3 einer maximalen Nutspitzenbreite beträgt.
Motorblock nach Anspruch 1, wobei der obere Abschnitt breiter als der Basisabschnitt ist, sodass die Nut eine Hinterschneidung mit der Bohrungsoberfläche bildet.
Interpoliertes aufrauendes Schneidwerkzeug, umfassend: einen Körper, der mindestens erste und zweite Schneidelemente aufweist, die daran gekoppelt sind; wobei das erste Schneidelement rechteckige Schneidzähne beinhaltet; und wobei das zweite Schneidelement nicht rechteckige Schneidzähne beinhaltet; wobei das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert sind, Nuten in einer Oberfläche zu schaffen, die einen oberen Abschnitt mit Oberflächen mit abgestumpfter Kante aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 8, wobei das zweite Schneidelement dreieckige Schneidzähne beinhaltet und das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert sind, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen.
Werkzeug nach Anspruch 9, wobei die rechteckigen Schneidzähne dazu konfiguriert sind, Nutseiten zu schaffen, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche sind, und die dreieckigen Schneidzähne dazu konfiguriert sind, abgeschrägte Kanten zu schaffen.
Werkzeug nach Anspruch 8, wobei das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert sind, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen, die einen Abschrägungswinkel von 20 bis 70 Grad aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 8, wobei das erste und zweite Schneidelement dazu konfiguriert sind, Nuten mit abgeschrägten Kanten zu schaffen, die jeweils eine Abschrägungslänge aufweisen, die höchstens 1/3 einer maximalen Nutspitzenbreite beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend dritte, vierte, fünfte und sechste Schneidelemente; wobei das dritte Schneidelement rechteckige Schneidzähne beinhaltet, die von den Schneidzähnen des ersten Schneidelements versetzt sind; wobei das vierte Schneidelement nicht rechteckige Schneidzähne beinhaltet, die von den Schneidzähnen des zweiten Schneidelements versetzt sind; und wobei das fünfte und sechste Schneidelement jeweils eine im Wesentlichen flache Schneidoberfläche beinhalten.
Werkzeug nach Anspruch 13, wobei das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Schneidelement gleichmäßig um den Körper beabstandet sind, das erste und dritte Schneidelement benachbart zueinander sind und das zweite und vierte Schneidelement benachbart zueinander sind.
Werkzeug nach Anspruch 8, wobei das zweite Schneidelement gekrümmte Schneidzähne beinhaltet, die eine Spitze und zweit konkave Seiten, die sich davon erstrecken, aufweisen; wobei die rechteckigen Schneidzähne dazu konfiguriert sind, Nutseiten zu schaffen, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche sind; und die gekrümmten Schneidzähne dazu konfiguriert sind, abgerundete Ecken zu schaffen.