EP1062441A1 - Verfahren zur herstellung einer metallischen zylinderlaufbuchse - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer metallischen zylinderlaufbuchse

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Publication number
EP1062441A1
EP1062441A1 EP99913188A EP99913188A EP1062441A1 EP 1062441 A1 EP1062441 A1 EP 1062441A1 EP 99913188 A EP99913188 A EP 99913188A EP 99913188 A EP99913188 A EP 99913188A EP 1062441 A1 EP1062441 A1 EP 1062441A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mandrel
spinning
cylinder liner
rolling
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99913188A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Stein
Adam Zaboklicki
Wilhelm Zimmermann
Jürgen Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynaform GmbH
Original Assignee
Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dynamit Nobel AG, Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik filed Critical Dynamit Nobel AG
Publication of EP1062441A1 publication Critical patent/EP1062441A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H7/00—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons
    • B21H7/18—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons grooved pins; Rolling grooves, e.g. oil grooves, in articles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic cylinder liner for use in the engine block of an internal combustion engine, the inner surface of the cylinder liner having a surface structure.
  • cylinder liners In engine construction, cylinder liners (“wet” or “dry”) are used to line cylinders, which are inserted into the engine blocks, which are usually made of cast materials.
  • the liners are made of wear-resistant materials and have a specially designed topography of the inner surface for better piston guidance and piston lubrication. These inner surfaces are conventionally prepared for use by complex mechanical processing.
  • the invention is based on the object of specifying a method for producing a metallic cylinder liner for use in the engine block of an internal combustion engine, with which the cylinder liners can be produced in one operation and thus more cost-effectively.
  • the quality of these cylinder liners should be at least comparable to the quality of the cylinder liners manufactured according to the prior art.
  • this object is achieved in that the cylinder liner with the surface structure is produced in one operation using the pressure rolling technology known per se.
  • the pressure rolling technique is described by way of example in DE 24 20 014 A1 or WO 96/200 50.
  • the pressure rolling is also referred to as ironing press in these publications.
  • WO 96/200 50 also describes in detail the counter-flow rolling process and the synchronous flow rolling process.
  • a tubular blank 1 is subjected to a rotating extrusion process. It plastic deformation or a punctiform doughing of the material occurs.
  • the blank 1 is located on a rotatably driven spinning roll mandrel 2, one or more spinning rollers 3a, 3b, 4a, 4b abutting against the blank 1 during a longitudinal movement.
  • a flow deformation of the metal takes place between the spinning roll mandrel or a forming tool and the spinning rollers 3a, 3b, 4a, 4b, the wall thickness of the blank 1 being reduced and its length being increased.
  • a pipe (with and without weld seam) is suitable as the raw part. It is also conceivable that a tube as a blank is made from several different materials that are joined together. This also includes preforms that are coated on the inside with a surface protective layer (wear protection, protection against heat influences), e.g. B. are provided with AIO 3 . These preforms are suitable to support the different loads on the liner. Other preforms are pot-shaped raw parts (e.g. forged or cold-formed parts) or a round blank. In the event that a tube is used as a blank, the counter-flow rolling process or the synchronous flow rolling process is used. The synchronous spinning rolling process is used for the other raw parts.
  • a surface protective layer wear protection, protection against heat influences
  • the workpiece (tube, cup-shaped part or blank) presses against the tool mandrel under the pressure of the outer forming rollers or pressure rolling rollers in such a way that it takes on the surface quality and its dimensions inside.
  • the prerequisite is that the tool mandrel or the spinning roll mandrel has at least the same or better surfaces or tolerances.
  • the workpiece Due to the springback of the material after the forming operation has been completed, the workpiece lifts a few micrometers from the spinning roll mandrel (depending on the material and Different dimensions) and can be easily removed from the mandrel.
  • Reference number 3a shows the spinning roller at the beginning of the forming operation
  • reference number 3b shows the spinning roller at the end of the forming operation or the pressing operation.
  • reference number 4a shows the spinning roller at the beginning and reference number 4b the spinning roller at the end of the spinning-rolling operation.
  • Reference number 5 shows an anti-rotation device for the blank 1. This anti-rotation device 5 consists of a toothing on the end face against which the blank 1 is pressed.
  • Cylinder liners conventionally have not only a ground surface inside, but also e.g. B a "cross-section", which supports the different tribological stresses on the component and reduces wear. According to the invention, this topography is already applied as a negative image on the pressure-rolling mandrel.
  • the surface of this tool dome is of a quality that is at least as high as the required inner surface quality of the workpiece must correspond.
  • the workpiece lifts a few micrometers due to the springback of the material, so that the rolled-in surface structure is retained without damage after the workpiece has been stripped from the tool mandrel.
  • the procedure described above describes the production of a conventional cylinder liner.
  • the variant described below using the pressure-rolling technique leads to a new type of inner micro-surface of the cylinder liner via the inner surfaces that are comparable with machining methods or other methods. This has special lubricating properties, as regular elevations and depressions in the ⁇ m range are made in the inner surface of the cylinder liner.
  • the inner surfaces produced in this way have special properties that effectively support and greatly improve the tribological tasks of the cylinder liner.
  • These internal structures are realized by special measures and designs on the pressure rollers as well as special settings of the process parameters during pressure rolling.
  • the method described above is suitable for producing "lubrication pockets" without requiring special pretreatment of the tool mandrel.
  • elevations to be applied to the press-rolling mandrel, which present themselves as depressions in the inner surface when the part is press-rolled.
  • These Recesses (or elevations as a negative image on the tool mandrel) can be designed very differently in order to meet the different requirements.As such elevations on the tool mandrel are advantageously only very small (a few ⁇ m to a maximum of 0.015 mm high), the workpiece can after the pressure rolling process, because of the springback of the material already described, can be easily stripped off the tool mandrel without destroying the previously introduced internal structure.
  • these elevations have the shape of a truncated pyramid with a rectangular base.
  • all other possible surveys are also useful.
  • an expanding mandrel (with mechanical, hydraulic, pneumatic or other expanding method) is used according to the invention, which is expanded during the press-rolling operation and is relieved after the forming. This allows Larger differences in diameter are overcome and deeper "lubrication pockets", which go beyond the amount of springback, are produced without the intended internal structure being damaged when the part is stripped off after the shaping operation.
  • the spinning roll mandrel is cup-shaped and has longitudinal slots, so that a locking mandrel that can be pushed into the spinning roll mandrel can spread the spinning roll mandrel.
  • FIG. 3 shows a basic illustration of a special surface structure of a cylinder liner
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a mandrel with elevations and the resulting surface structure of the cylinder liner with lubrication pockets and
  • Fig. 6 shows a special spinning roll mandrel in the unspread and spread state.
  • FIG. 2 shows a section of a tool mandrel 2 with indicated cross-cut 7 on its surface.
  • a section from a cylinder liner 6 produced with the aforementioned tool mandrel 2 is shown.
  • This also shows a cross section 7.
  • the cross section 7 on the tool mandrel 2 is the negative form of the cross section on the surface of the cylinder liner 6.
  • FIG. 3 again shows a cylinder liner 6 and an enlarged section of the inner surface.
  • the inner surface shows a special surface structure with drop-shaped elevations 8. This special surface structure has been achieved with a combination of the following features:
  • the height h of these elevations 8 is between 4 and 7 ⁇ m.
  • the three spinning rollers x, y, z are shown in the drawing plane for better illustration. In fact, the three spinning rollers x, y, z are circumferentially offset by 120 °. For a better representation, the axis offset Wx, Wy, Wz between the pressure rollers x, y, z is shown larger than it actually is.
  • the first spinning roller z first comes into contact with the workpiece. With a conical pressing surface 18, it rests on the workpiece. Axial feed reduces the wall thickness of the workpiece by the first pressure roller z, starting from an original wall thickness So, by the thickness z. The first pressure roller z runs on helical tracks over the surface of the workpiece. The feed and 8 the rotational speed at which the pressure roller z turns the workpiece are coordinated so that the pressure roller z covers the entire surface of the workpiece.
  • the entry angle otz is the angle between the pressing surface 18 and the outer surface of the workpiece.
  • the pressing surface 19 of the second pressure roller y has the same geometry.
  • the pressing surface 20 of the third pressure roller x runs at an entry angle ⁇ x.
  • a transition area 21 adjoins the pressing surface 20 and merges into an outlet surface 22 of the pressure roller x.
  • the transition region 21 has a radius Rx.
  • the first and second spinning rollers z, y also each have a transition region with the radii Rz and Ry.
  • the run-out surfaces run at a run-out angle ßx, ßy, ßz with respect to the outer wall of the workpiece.
  • the pressure rollers x, y, z have a different radial distance from the forming tool or the workpiece.
  • the first spinning roller z has the greatest distance since it processes the workpiece first.
  • the original wall thickness So of the workpiece is reduced by the amount z.
  • the input end of the pressing surface 19 of the second pressure roller y now engages.
  • the wall thickness is reduced by the amount y by the pressing surface 19 of the second pressure roller y.
  • the last press roller x reduces the wall thickness by the amount x until the desired target wall thickness S1 of the workpiece is reached.
  • the wall thickness of the workpiece is thus reduced from the original wall thickness So to the target wall thickness S1.
  • the wall thickness reduction d is composed of the individual reductions x, y, z.
  • the elevations 8 have the shape of a truncated pyramid with a rectangular base area. It should be emphasized that the shape of the surveys is only exemplary. Many other forms are possible.
  • the elevations 8 expediently have a maximum height of 0.015 mm. This allows the cylinder liner 6 to be easily pushed off the mandrel 2 after machining. Form the lubrication pockets 11 is of course reversed from that of the elevations 8, so that the lubrication pockets 11 have a maximum depth of 0.015 mm.
  • a special spinning roll mandrel 2 is shown, which is expandable.
  • This spinning mandrel 2, also called expanding mandrel can, for. B. mechanically, hydraulically or pneumatically spread and is spread during the pressure rolling process and relieved after the forming. As a result, the finished cylinder liner can also be pushed by the mandrel 2 if the height of the elevations is greater than z. B. is 0.015 mm.
  • the mandrel 2 is shown in the non-spread state.
  • the spinning roll mandrel 2 is cup-shaped and has longitudinal slots 9.
  • the lower part of FIG. 6 shows this mandrel 2 spread.
  • a locking mandrel 10 is inserted, which is slightly thicker than the cup-shaped cavity in the mandrel 2.
  • the individual parts separated by the longitudinal slots 9 are spread apart.
  • the outer surface of this spinning roll mandrel 2 is provided with the surface structure according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Zylinderlaufbuchse (6) zum Einsatz in den Motorblock eines Verbrennungsmotors, wobei die Innenoberfläche der Zylinderlaufbuchse (6) eine Oberflächenstruktur aufweist. Zur Herstellung der Zylinderlaufbuchsen in einem Arbeitsgang und der damit einhergehenden Verbilligung wird vorgeschlagen, dass die Zylinderlaufbuchse (6) mit der Oberflächenstruktur in einem Arbeitsgang mit der an sich bekannten Drückwalztechnik hergestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer metallischen Zylinderlaufbuchse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Zylinderlaufbuchse zum Einsatz in den Motorblock eines Verbrennungsmotors, wobei die In- nenoberfläche der Zylinderlaufbuchse eine Oberflächenstruktur aufweist.
Im Motorenbau werden zur Auskleidung von Zylindern Zylinderlaufbuchsen („naß" oder „trocken") verwendet, die in die meist aus Gußmaterialien bestehenden Motorblöcke eingesetzt werden. Die Laufbuchsen bestehen aus verschleißfesten Materiali- en und weisen zur besseren Kolbenführung und Kolbenschmierung eine besonders ausgebildete Topographie der Innenoberfläche auf. Diese Innenoberflächen werden herkömmlich durch aufwendige mechanische Bearbeitung für den Einsatz vorbereitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer metalli- sehen Zylinderlaufbuchse zum Einsatz in den Motorblock eines Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem die Zylinderlaufbuchsen in einem Arbeitsgang und damit kostengünstiger hergestellt werden können. Außerdem soll die Qualität dieser Zylinderlaufbuchsen zumindest vergleichbar mit der Qualität der nach dem Stand der Technik hergestellten Zylinderlaufbuchsen sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zylinderlaufbuchse mit der Oberflächenstruktur in einem Arbeitsgang mit der an sich bekannten Drückwalztechnik hergestellt wird.
Die Drückwalztechnik ist beispielhaft beschrieben in der DE 24 20 014 A1 oder der WO 96/200 50. Das Drückwalzen wird in diesen Veröffentlichungen auch als Abstreckdrücken bezeichnet. In der WO 96/200 50 ist auch eingehend das Gegenlauf- Drückwalzverfahren und das Gleichlauf-Drückwalzverfahren beschrieben.
Im folgenden wird die Drückwalztechnik an Hand der Figur 1 kurz beschrieben. Hier wird ein rohrförmiges Rohteil 1 einem rotierenden Fließpreßvorgang unterworfen. Es tritt dabei eine plastische Verformung bzw. ein punktförmiges Teigigwerden des Werkstoffs ein.
Das Rohteil 1 befindet sich auf einem drehbar angetriebenen Drückwalzdorn 2, wobei von außen eine oder mehrere Drückrollen 3a, 3b, 4a, 4b während einer Längsbewegung gegen das Rohteil 1 anliegen. Zwischen dem Drückwalzdorn bzw. einem Um- formwerkzeug und den Drückrollen 3a, 3b, 4a, 4b findet eine Fließverformung des Metalls statt, wobei die Wandstärke des Rohteils 1 verringert und seine Länge vergrößert wird.
Als Rohteil eignet sich ein Rohr (mit und ohne Schweißnaht). Dabei ist es auch denkbar, daß ein Rohr als Rohteil aus mehreren unterschiedlichen Materialien hergestellt wird, die zusammengefügt werden. Darunter sind auch Vorformen zu verstehen, die innen mit einer Oberflächenschutzschicht (Verschleißschutz, Schutz gegen Hitzebe- einflussungen), z. B. mit AIO3, versehen sind. Diese Vorformen sind geeignet, die unterschiedlichen Beanspruchungen der Laufbuchse zu unterstützen. Weitere Vorformen sind topfförmige Rohteile (z. B. Schmiede- oder Kaltumformteil) oder auch eine Ronde. Dabei wird im Falle, daß ein Rohr als Rohteil eingesetzt wird, das Gegenlauf- Drückwalzverfahren oder auch das Gleichlauf-Drückwalzverfahren eingesetzt. Bei den anderen Rohteilen wird das Gleichlauf-Drückwalzverfahren angewandt.
Während des Drückwalzprozesses legt sich das Werkstück (Rohr, topfförmiges Teil oder Ronde) unter dem Druck der äußeren Umformrollen bzw. Drückwalzrollen so an den Werkzeugdorn an, daß es innen dessen Oberflächenqualität und dessen Abmaße annimmt. So können Innenoberflächen mit einer Rauheit von Ra < 0,3 μm und Innentoleranzen bis zu einer ISO-Qualität von 9 - 10 je nach Abmessung erreicht werden. Voraussetzung ist allerdings, daß der Werkzeugdorn bzw. der Drückwalzdorn zumindest gleiche oder bessere Oberflächen bzw. Toleranzen aufweist.
Durch die Rückfederung des Werkstoffs nach Abschluß der Umformoperation hebt sich das Werkstück einige Mikrometer vom Drückwalzdorn ab (je nach Werkstoff und Abmessung verschieden) und kann ohne weiteres vom Drückwalzdorn entnommen werden.
Im oberen Teil der Fig. 1 ist das Gleichlauf-Drückwalzverfahren gezeigt. Mit dem Be- zugszeichen 3a ist die Drückrolle zu Beginn der Umformung gezeigt, während das Bezugszeichen 3b die Drückrolle zum Ende der Umformung bzw. der Drückoperation zeigt.
Im unteren Teil der Fig. 1 ist das Gegenlauf-Drückwalzverfahren gezeigt. Auch hier ist mit dem Bezugszeichen 4a die Drückrolle zu Beginn und mit dem Bezugszeichen 4b die Drückrolle zum Ende der Drückwalzoperation gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Verdrehsicherung für das Rohteil 1 gezeigt. Diese Verdrehsicherung 5 besteht aus einer stirnseitig angeordneten Verzahnung, an die das Rohteil 1 gedrückt wird.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform wird auf dem Drückwalzdorn der Drückwalzmaschine als Negativform ein geeigneter Schliff, z. B. ein Kreuzschliff, aufgebracht.
Zylinderlaufbuchsen weisen herkömmlicherweise innen nicht nur eine geschliffene Oberfläche auf, sondern auch z. B einen „Kreuzschliff", der die unterschiedlichen tri- bologischen Beanspruchungen des Bauteils unterstützt und den Verschleiß reduziert. Erfindungsgemäß wird diese Topographie als Negativabbildung bereits auf dem Drückwalzdorn aufgebracht. Dabei weist die Oberfläche dieses Werkzeugdoms eine Güte auf, die mindestens der geforderten Innenoberflächenqualität des Werkstücks entsprechen muß.
Nach einer Drückwalzoperation hebt sich das Werkstück durch die Rückfederung des Werkstoffs einige Mikrometer ab, so daß die eingewalzte Oberflächenstruktur nach dem Abstreifen des Werkstücks vom Werkzeugdorn ohne Beschädigung erhalten bleibt. Die im Vorhergehenden dargestellte Verfahrensweise beschreibt die Herstellung einer üblichen Zylinderlaufbuchse. Die nachfolgend beschriebene Variante mittels der Drückwalztechnik führt über die mit zerspanenden Methoden oder anderen Methoden vergleichbar möglichen Innenoberflächen zu einer neuartigen inneren Mikrooberflä- ehe der Zylinderlaufbuchse. Diese weist besondere Schmiereigenschaften auf, indem in die Innenoberfläche der Zylinderlaufbuchse regelmäßige Erhebungen und Vertiefungen im μm-Bereich eingebracht werden.
Die so hergestellten Innenoberflächen haben besondere Eigenschaften, die die tribo- logischen Aufgaben der Zylinderlaufbuchse wirksam unterstützen und stark verbessern. Diese Innenstrukturen werden durch besondere Maßnahmen und Ausführungen an den Drückrollen sowie besondere Einstellungen der Prozeßparameter beim Drückwalzen realisiert.
Vorteilhafterweise werden zur Erreichung dieser Ziele drei Drückrollen x, y, z verwendet und folgende Prozeßparameter eingestellt:
• Umlaufgeschwindigkeit der Rollen 80 - 150 mm/min.
• Vorschub der Rollen 50 - 400 mm/min. • Spalte x, y, z 1/3 So
• Achsenversatz Wx, Wy, Wz 1 - 5 mm
Vorteilhafterweise werden diese Prozeßparameter mit den folgenden Parametern für die Drückrollen x, y, z kombiniert.
• Einlaufwinkel αx = 15 - 40° αy = 15 - 30° αz = 15 - 30°
• Auslaufwinkel ß ßx = 3 - 10° ßy = 3 - 10° ßz = 3 - 10° • Rollenradius R Rx = 0,5 - 3 mm
Ry = 0,5 - 3 mm Rz = 0,5 - 3 mm
Diese Parameter sind natürlich auch für sich alleine genommen zweckmäßig.
In Fig. 4 sind die einzelnen Parameter wie Spalten x, y, z, Achsenversatz Wx, Wy, Wz, Einlaufwinkel α, Auslaufwinkel ß und Rollenradius Rx, Ry, Rz definiert.
Die im Vorhergehenden beschriebene Methode ist geeignet, „Schmiertaschen" herzustellen, ohne daß es einer besonderen Vorbehandlung des Werkzeugdorns bedarf. Denkbar ist jedoch auch, daß auf dem Drückwalzdorn Erhebungen aufgebracht werden, die sich beim Drückwalzen des Teils als Vertiefungen in der Innenoberfläche darstellen. Diese Vertiefungen (bzw. Erhebungen als Negativabbildung auf dem Werkzeugdorn) können sehr unterschiedlich ausgebildet sein, um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Da solche Erhebungen auf dem Werkzeugdorn vorteilhafterweise nur sehr gering sind (einige μm bis max. 0,015 mm hoch), kann das Werkstück nach dem Drückwalzprozeß wegen der bereits beschriebenen Rückfederung des Werkstoffs problemlos vom Werkzeugdorn abgestreift werden, oh- ne die vorher eingebrachte Innenstruktur zu zerstören.
Zum Beispiel weisen diese Erhebungen die Form eines Pyramidenstumpfes mit einer rechteckigen Grundfläche auf. Es sind jedoch auch alle anderen möglichen Erhebungen zweckmäßig.
Falls die im vorhergehenden beschriebenen Erhebungen auf dem Drückwalzdorn größer als die evtl. Rückfederung des Werkstücks sind, kann das Werkstück nach dem Drückwalzvorgang nicht mehr ohne Beschädigung oder Zerstörung der inneren Oberflächenstruktur des Werkstücks vom Werkzeugdorn abgestreift werden. In die- sem Falle wird erfindungsgemäß ein Spreizdorn (mit mechanischer, hydraulischer, pneumatischer oder sonstiger Spreizmethode) eingesetzt, der während der Drückwalzoperation gespreizt und nach der Umformung entlastet wird. Dadurch können größere Durchmesserunterschiede überwunden werden und tiefere „Schmiertaschen", die über das Maß der Rückfederung hinausgehen, hergestellt werden, ohne daß beim Abstreifen des Teils nach der Umformoperation die gewollte Innenstruktur beschädigt wird.
Hierzu ist der Drückwalzdorn in beispielhafter Ausführungsform becherförmig ausgebildet und weist Längsschlitze auf, so daß ein in den Drückwalzdorn einschiebbarer Feststelldorn den Drückwalzdorn aufspreizen kann.
Weitere Merkmale der Erfindung zeigen die Figuren, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 das Grundprinzip der Drückwalztechnik im Gleichlauf- und Gegenlauf- Drückwalzverfahren,
Fig. 2 einen Werkzeugdorn mit angedeutetem Kreuzschliff und einen Ausschnitt aus einer Zylinderlaufbuchse mit einem Kreuzschliff auf der Innenoberfläche,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer speziellen Oberflächenstruktur einer Zylinder- laufbuchse,
Fig. 4 eine Erläuterung der einzelnen Parameter wie Spalten, Achsenversatz, Einlaufwinkel, Auslaufwinkel und Rollenradius,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Drückwalzdorns mit Erhebungen und die dadurch geschaffene Oberflächenstruktur der Zylinderlaufbuchse mit Schmiertaschen und
Fig. 6 einen speziellen Drückwalzdorn im ungespreizten und gespreizten Zustand.
Fig. 1 ist schon in der Beschreibungseinleitung beschrieben und zeigt beispielhaft im oberen Teil das Gleichlauf-Drückwalzverfahren und im unteren Teil das Gegenlauf- Drückwalzverfahren mit einem Werkzeugdom 2, einem Rohteil 1 , Drückrollen 3a, 3b, 4a, 4b und einer Verdrehsicherung 5.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Werkzeugdorn 2 mit angedeutetem Kreuz- schliff 7 auf seiner Oberfläche. Außerdem ist ein Ausschnitt aus einer mit dem genannten Werkzeugdorn 2 hergestellten Zylinderlaufbuchse 6 gezeigt. Diese zeigt ebenfalls einen Kreuzschliff 7. Der Kreuzschliff 7 auf dem Werkzeugdorn 2 ist dabei die Negativform des Kreuzschliffs auf der Oberfläche der Zylinderlaufbuchse 6.
Fig. 3 zeigt wieder eine Zylinderlaufbuchse 6 und einen vergrößerten Ausschnitt der Innenoberfläche. Die Innenoberfläche zeigt eine spezielle Oberflächenstruktur mit tropfenförmigen Erhebungen 8. Diese spezielle Oberflächenstruktur ist mit einer Kombination folgender Merkmale erzielt worden:
Umlaufgeschwindigkeit der Drückrollen 80 - 150 mm/min; Vorschub der Drückrollen 50 - 400 mm/min; Spalten x, y, z 1/3 So; Achsenversatz Wx, Wy, Wz 1 - 5 mm; Einlaufwinkel αx = 15 - 40°, αy = 15 - 30°, αz = 15 - 30°; Auslaufwinkel ßx = 3 - 10°, ßy = 3 - 10°, ßz = 3 - 10° und Rollenradius der Drückrollen Rx = 0,5 - 3 mm, Ry = 0,5 - 3 mm und Rz = 0,5 - 3 mm.
Die Höhe h dieser Erhebungen 8 liegt zwischen 4 bis 7 μm.
In Fig. 4 sind die drei Drückrollen x, y, z zur besseren Darstellung in der Zeichenebene dargestellt. Tatsächlich sind die drei Drückrollen x, y, z jedoch umfangsmäßig je- weils um 120° versetzt. Zur besseren Darstellung ist der Achsenversatz Wx, Wy, Wz zwischen den Drückrollen x, y, z größer dargestellt als er in Wirklichkeit ist.
Die erste Drückrolle z gerät zuerst in Kontakt mit dem Werkstück. Mit einer konischen Preßfläche 18 liegt sie an dem Werkstück an. Durch axialen Vorschub wird die Wandstärke des Werkstücks durch die erste Drückrolle z, ausgehend von einer originalen Wandstärke So um die Dicke z reduziert. Dabei läuft die erste Drückrolle z auf schraubenförmigen Bahnen über die Oberfläche des Werkstücks. Der Vorschub und 8 die Drehgeschwindigkeit, mit der die Drückrolle z das Werkstück umwendet, sind so zueinander abgestimmt, daß die Drückrolle z die gesamte Oberfläche des Werkstücks erfaßt. Der Einlaufwinkel otz ist der Winkel zwischen der Preßfläche 18 und der Außenfläche des Werkstücks. Die Preßfläche 19 der zweiten Drückrolle y weist die glei- ehe Geometrie auf. Die Preßfläche 20 der dritten Drückrolle x verläuft unter einem Einlaufwinkel αx.
An die Preßfläche 20 schließt sich ein Übergangsbereich 21 an, der in eine Auslauffläche 22 der Drückrolle x übergeht. Der Übergangsbereich 21 hat einen Radius Rx. Auch die erste und zweite Drückrolle z, y weisen jeweils einen Übergangsbereich mit den Radien Rz bzw. Ry auf. Die Auslaufflächen verlaufen unter einem Auslaufwinkel ßx, ßy, ßz bezüglich der Außenwand des Werkstücks.
Die Drückrollen x, y, z haben einen unterschiedlichen radialen Abstand zu dem Form- Werkzeug bzw. zu dem Werkstück. Die erste Drückrolle z hat den größten Abstand, da sie das Werkstück zuerst bearbeitet. An dem auslaufseitigen Ende der Preßfläche 18 der ersten Drückrolle z ist die ursprüngliche Wandstärke So des Werkstücks um den Betrag z reduziert. In diesem radialen Abstand So-z greift nun das eingangsseitige Ende der Preßfläche 19 der zweiten Drückrolle y an. Durch die Preßfläche 19 der zweiten Drückrolle y wird die Wandstärke um den Betrag y reduziert. Die letzte Drückrolle x reduziert die Wandstärke um den Betrag x bis die gewünschte Zielwandstärke S1 des Werkstücks erreicht ist. Die Wandstärke des Werkstücks wird also von der Ursprungswanddicke So auf die Zielwandstärke S1 reduziert. Die Wandstärkenreduktion d setzt sich aus den Einzelreduktionen x, y, z zusammen.
Fig. 5 ist eine Prinzipdarstellung eines Drückwalzdorns 2 mit Erhebungen 8 und der dadurch geschaffenen Oberflächenstruktur der Zylinderlaufbuchse 6 mit Schmiertaschen 11. Die Erhebungen 8 weisen die Form eines Pyramidenstumpfes mit einer rechteckigen Grundfläche auf. Es sei betont, daß die Form der Erhebungen nur bei- spielhaft ist. Es sind viele andere Formen denkbar. Zweckmäßigerweise weisen die Erhebungen 8 eine Höhe von maximal 0,015 mm auf. Dadurch läßt sich die Zylinderlaufbuchse 6 nach der Bearbeitung leicht vom Drückwalzdorn 2 schieben. Die Form der Schmiertaschen 11 ist natürlich umgekehrt wie die der Erhebungen 8, so daß die Schmiertaschen 11 eine Tiefe von maximal 0,015 mm haben.
In Fig. 6 ist ein spezieller Drückwalzdorn 2 gezeigt, der spreizbar ist. Dieser Drückwalzdorn 2, auch Spreizdorn genannt, kann z. B. mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch gespreizt werden und wird während des Drückwalzvorgangs gespreizt und nach der Umformung entlastet. Hierdurch kann die fertige Zylinderlaufbuchse auch vom Drückdorn 2 geschoben werden, wenn die Höhe der Erhebungen größer als z. B. 0,015 mm ist.
Im oberen Teil der Fig. 6 ist der Drückwalzdorn 2 im nicht gespreizten Zustand gezeigt. Der Drückwalzdorn 2 ist becherförmig ausgebildet und weist Längsschlitze 9 auf. Der untere Teil der Fig. 6 zeigt diesen Drückwalzdorn 2 gespreizt. Hierzu wird ein Feststelldorn 10 eingeschoben, der geringfügig dicker als der becherförmige Hohl- räum im Drückwalzdorn 2 ist. Hierdurch werden die einzelnen durch die Längsschlitze 9 getrennten Teile gespreizt. Die Außenfläche dieses Drückwalzdorns 2 ist, wie vorher beschrieben, mit der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur versehen.
Mit ist der Spreizwinkel bezeichnet.

Claims

10Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Zylinderlaufbuchse (6) zum Einsatz in den Motorblock eines Verbrennungsmotors, wobei die Innenoberfläche der Zylinderlaufbuchse (6) eine Oberflächenstruktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (6) mit der Oberflächenstruktur in einem Arbeitsgang mit der an sich bekannten Drückwalztechnik hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drück- walzdorn (2) der Drückwalzmaschine als Negativform ein geeigneter Schliff, z. B. ein Kreuzschliff (7) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß drei Drückrollen (x, y, z) verwendet und folgende Prozeßparameter beim Drückwalzen eingestellt werden:
- Umlaufgeschwindigkeit der Rollen 80 - 150 mm/min.
- Vorschub der Rollen 50 - 400 mm/min.
- Spalte x, y, z 1/3 So
- Achsenversatz Wx, Wy, Wz 1 - 5 mm
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Parameter der Drückrollen (x, y, z) eingestellt werden:
- Einlaufwinkel α ox = 15 - 40° αy = 15 - 30° αz = 15 - 30°
- Auslaufwinkel ß ßx = 3 - 10° ßy = 3 - 10° ßz = 3 - 10°
- Rollenradius R Rx = 0,5 - 3 mm Ry = 0,5 - 3 mm
Rz = 0,5 - 3 mm 11
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drückwalzdorn (2) der Drückwalzmaschine Erhebungen (8) aufgebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (8) auf dem Drückwalzdorn (2) bzw. Vertiefungen in der Zylinderlaufbuchse (6) eine
Höhe von maximal 0,015 mm aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückwalzdorn (2) als Spreizdorn ausgebildet wird, der z. B. mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch spreizbar ist und während des Drückwalzvorgangs gespreizt und nach der Umformung entlastet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückwalzdorn (2) becherförmig ausgebildet ist und Längsschlitze (9) aufweist, so daß ein in den Drückwalzdorn (2) einschiebbarer Feststelldorn (10) den Drückwalzdorn (2) aufspreizen kann.
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