用于粗糙化金屬表面的刀具的制作方法

本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的用于粗糙化預鉆孔的工件芯孔內壁的金屬表面的糙化刀具以及一種用于如權利要求13所述的用于粗糙化這種表面的方法。

背景技術：

在汽車結構中、例如在加工由鋁或鎂合金制成的輕金屬-內燃機的缸頭孔時使用這種糙化刀具。為了提高這種內燃機的Al/Mg-缸體運動表面的耐磨損性，可以在熱噴涂工藝中在缸體運動表面上涂覆耐磨層。

為了改善粘附強度可以在涂覆耐磨層之前在形成具有顯微小側凹部的粗糙結構的情況下粗糙化金屬表面。例如可以化學地或通過激光加工實現粗糙。替代地也可以實現機械粗糙，如同例如由DE 10 2009 006 694 A1或者由DE 10 2008 024 313 A1已知的那樣。在這種機械粗糙時，使用糙化刀具，它在外周上具有成型輪廓，通過刀具旋轉在金屬表面的有切屑或無切屑變形的情況下可以產生預定義的粗糙結構。在DE 10 2008 024 313 A1中在兩個工作步驟中制備粗糙結構，并且首先在第一步驟中，將切屑和/或沖壓地將側凹部加入到金屬表面中，并且在第二方法步驟中例如通過鐓鍛在無切屑的方法步驟中繼續改變預變形。

由現有技術已知的糙化刀具以及由此執行的粗糙方法在加工技術上是費事的以及在粗糙時伴隨高的刀具成本和高的加工持續時間。

技術實現要素：

本發明的目的是，提供一種用于粗糙/打毛預鉆孔的工件芯孔內壁的金屬表面的糙化刀具/打毛刀具，使得以較低的能耗和/或時間耗費在工件芯孔的內壁上產生高質量的粗糙結構。

這個目的通過權利要求1或權利要求13的特征得以實現。本發明的優選改進方案在從屬權利要求中公開。

本發明基于這個問題，通過由現有技術已知的糙化刀具在芯孔-內壁上產生粗糙結構是費時且耗能的。在這個背景下，按照權利要求1的特征部分，所述糙化刀具配有至少一型肋，它沿著刀具軸線延伸并且從刀具基體徑向向外突出。用于產生粗糙結構的成型輪廓構造在型肋外周側的肋背面上。此外，所述型肋在糙化刀具的刀頭上具有切槽刃/開槽刃。該切槽刃橫向于刀具軸線定向并且直接布置在刀頭上。

通過這種糙化刀具可以在兩個加工步驟中產生粗糙結構：在第一預加工步驟中首先利用型肋的切槽刃在芯孔-內壁中切出沿芯孔軸線延伸的型槽。在芯孔-內壁中構成的型槽例如通過鉆孔刀具進入到芯孔中的軸向行程運動/直線運動實現。對此替代地也可以螺旋形地構成型槽。在這種情況下，所述糙化刀具以“螺紋鉆孔模式”低轉速地移入到芯孔中。在這種情況下，型肋不是直線地沿著刀具軸線延伸，而是更多地以螺旋角螺旋形地圍繞刀具軸線延伸。在此，轉速適配于型肋的螺旋角。在完成第一預加工步驟以后，即在移入到芯孔中的狀態所述型肋與型槽處于槽接合，即，在整個加工長度(構型長度)上布置在型槽中。

然后，在接著的第二成型布置中所述糙化刀具的成型輪廓在刀具旋轉的情況下粗糙化/打毛芯孔內壁的金屬表面。對于最終加工步驟，無需高轉速，而是由于沒有或者說至少明顯減小的軸向進給只需低的轉速。在例如兩個關于刀具軸線在直徑上對置的點對稱地構成的型肋中只需糙化刀具旋轉至少一半圈。接著，所述糙化刀具可以從表面加工的芯孔中移出。通過這種方式非常能量高效地以及通過明顯減少的耗時完成粗糙過程。

要強調的是，不僅預加工步驟而且成型步驟中都可以不更換刀具、即通過唯一的糙化刀具完成。至少一型肋以及以后描述的、至少一擴孔段可以材料一致地和/或一體地成型在刀具基體中。對此替代地也可以在獨立的變形板上構成型肋和擴孔段，這些變形板可拆卸地固定在刀具基體上。

如上所述，在預加工模式中在芯孔-內壁中以“螺紋鉆孔模式”產生至少一螺旋形的型槽。即，在產生螺旋形型槽時所述糙化刀具不僅以軸向進給速度而且在圍繞其刀具軸線緩慢旋轉的情況下(即取決于槽導程地)運動到圓柱形芯孔中，而且這樣，使得得到連續的槽道并且所述型肋與產生的型槽處于嚙合。

下面描述所述糙化刀具的刀具幾何形狀。所述型肋的切槽刃可以具有槽底-切削棱，該槽底-切削棱在第一刀尖上與主切削棱匯合。此外，所述型肋在刀頭部位中可以具有外周側的自由面，自由面在槽底-切削棱上與槽-切削面匯合。所述槽-切削面擠壓在預加工步驟中產生的槽屑到沿著刀具軸線延伸的槽形的切屑腔中并且從那里繼續在離開芯孔的方向上導引。

上述的槽-切削面不僅通過槽-切削棱而且通過第一和第二槽側面-切削棱限定。第一和第二槽側面-切削棱分別在第一刀尖上和第二刀尖上過渡到槽底-切削棱。因此在第一刀尖上總共匯合有成型-切削棱、第一槽側面-切削棱以及槽底-切削棱。

如上所述，在減小鉆孔刀具的機械負荷方面優選的是，型槽在預加工步驟中不是直線的、而是螺旋形地引入到芯孔-內壁中。相應地，型肋以螺旋角螺旋形地圍繞刀具軸線延伸。在這種情況下，型槽不僅以平動的行程運動、而且以適配于螺旋角的糙化刀具的旋轉運動螺旋形地切入到芯孔-內壁中(即以螺紋鉆孔模式)。

為了完好地去除槽屑優選的是，槽-切削棱關于與刀具軸線成直角的平面以給定的迎角傾斜。所述迎角優選這樣確定大小，在旋轉方向上觀察，最前面的第一刀尖以軸向錯位與刀頭間隔。上述的第二刀尖可以優選基本與必要時平面的刀頭平齊地結束。

與完好地運行有關的是，使在預加工步驟期間落下的槽屑可靠地從芯孔中排出。對于這種可靠地排出槽屑，切槽刃的槽-切削面徑向向內以導屑面延長。通過導屑面可以使在開槽時產生的槽屑容易地擠壓到沿著刀具軸線延伸的切屑腔中。在一結構示例中，使槽屑面徑向向內延長的導屑面可以通過在刀頭與切屑腔之間的過渡部上的拐角空隙/角凹處(Eckausnehmung)構成。

優選所述型肋在切槽刃區域在刀頭上具有肋深度，該深度大于成型輪廓的肋深度/外形高度。即，在切槽刃上的刀具直徑大于在成型輪廓上的刀具直徑。通過這種方式保證，在預加工步驟中在進給方向上在切槽刃后面的成型輪廓無負荷地移入到型槽中。

首先可以利用獨立的鉆孔刀具有誤差地預鉆孔工件芯孔。接著，在執行粗糙工藝之前，使芯孔擴孔到最終直徑。在特殊的結構變體中，不在單獨的工藝步驟中執行擴孔過程，而是與粗糙過程同時進行。為此，除了至少一型肋提供至少一擴孔刃，它沿著刀具軸線延伸并且從刀具基體徑向向外突出。所述擴孔刃可以具有擴孔段，該擴孔段具有面對槽形切屑腔的切削面和外周側的自由面，它們在沿著刀具軸線延伸的鉆孔-切削棱上匯合。在這種情況下，在成型步驟中不僅粗糙內壁，而且同時擴孔直到最終直徑。

優選所述擴孔段的段高度小于成型輪廓高度，但是還足以保證在工件預鉆孔中去除材料直到鉆孔-最終直徑。即，在擴孔段上的刀具直徑小于在成型輪廓上的刀具直徑。因此在上述的預加工步驟中(即在軸向上移入時)不僅利用型肋產生型槽，而且附加地也利用擴孔段在芯孔-內壁中產生擴孔槽。在此，擴孔槽的槽深小于型槽的槽深。

在下面的最終加工步驟中，在刀具旋轉的情況下擴孔芯孔直到最終直徑。在預加工步驟中構造到芯孔-內壁中的擴孔槽具有對應于在緊接著的最終加工步驟中要去除的材料厚度的槽深度。而在預加工步驟時構造到型槽的槽底位于比在擴孔時要去除的材料厚度更大的直徑上。在這種情況下，在加工狀態中僅僅在芯孔-內壁上保留型槽和粗糙結構，而擴孔槽消失。此外，在最終加工步驟中在刀具旋轉時在工件孔內部通過旋轉的切槽刃產生環形環繞的環形槽。不僅環形槽而且型槽可以根據工件使用目的例如起到空氣輸送通道的作用。

擴孔段和型肋除了成型輪廓以及不同的段高度以外可以結構相同地構成。出于這個背景，關于擴孔段的幾何形狀可以參閱上面關于型肋的描述。

除了例如在明確的關系或者不相容替代的情況下，上述的和/或在從屬權利要求中給出的本發明的有利擴展結構和/或改進方案可以獨立地或者也可以相互任意組合地使用。

附圖說明

下面利用附圖詳細解釋本發明和其有利的擴展結構和改進方案以及其優點。

附圖示出：

圖1按照第一實施例的糙化刀具在刀頭部位的放大立體圖；

圖2沿著刀具軸線在糙化刀具的刀頭上的俯視圖；

圖3表示預加工步驟的視圖，在預加工步驟時刀具在形成型槽的情況下移入到預鉆孔中；

圖4在完成最終加工步驟以后芯孔-內壁的局部展開圖；

圖5在芯孔內壁的金屬表面中加工出來的粗糙結構的極為放大的局部剖面示意圖；

圖6按照第二實施例的糙化刀具對應于圖2的視圖。

具體實施方式

在圖1中示出糙化刀具，用于粗糙化/打毛在圖中示出的工件5芯孔3的內壁1。糙化刀具具有未示出的用于夾緊在未示出的刀具卡盤中的夾緊柄以及連接在夾緊柄上的刀具體9(圖2)。在倒平的刀頭11與夾緊柄之間延伸例如兩個關于刀具軸線L在直徑上對置的型肋13，它們相互間點對稱地構成。兩個型肋13以螺旋角α螺旋形地圍繞刀具軸線L延伸。每個型肋13具有面對分別槽形切屑腔19的切削面17和外周側的自由面21。型肋13的切削面17和外周側的自由面21在刀頭11部位匯合在沿著刀具軸線L延伸的成型-切削棱23上。利用成型-切削棱23在糙化刀具完全移入時且在刀具旋轉R時在預鉆孔的工件-芯孔3的內壁1中產生在圖4中所示的周側的環形槽24。

每個型肋13在刀頭11上通過切槽刃25結束，該切槽刃橫交于刀具軸線L取向。借助于切槽刃25，糙化刀具可以在后面描述的預加工步驟I中以螺紋鉆孔模式、即以平移的行程運動h(圖3)以及適配于刀具-螺旋角的旋轉移入到芯孔3中。由此得到在圖3中示出的、在直徑上對置的型槽27，它們螺旋形地沿著芯孔軸線延伸。

按照圖2，切槽刃25具有槽底-切削棱29。槽底-切削棱在第一刀尖31處與成型-切削棱23匯合。此外，型肋13的外周側的自由面21和端面的槽-切削面33也在槽底-切削棱29上匯合。按照圖1，槽-切削面33通過槽底-切削棱29以及通過第一槽側面-切削棱35和第二槽側面-切削棱37限定邊界。第一槽側面-切削棱35在上述的刀尖31上過渡到槽底-切削棱29。第二槽側面-切削棱37在第二刀尖39上過渡到槽底-切削棱29。

拋開附圖，第一槽側面-切削棱35和第二槽側面-切削棱37可以與槽底-切削棱29這樣成角度，使得每個型槽27具有燕尾槽形狀，以燕尾槽形狀各個型槽27的槽-側壁形成側凹部。

如同由圖1還給出的那樣，在縱向走向中離開刀頭11在型肋13自由面21上連接有成型輪廓20，利用它在芯孔內壁1上產生在圖6中描述的粗糙結構22。成型-切削棱23在朝向夾緊柄方向的后續走向中過渡到成型輪廓20的結合邊緣24(圖1)。成型輪廓20的結合邊緣24以外形高度h_P從刀具基體9徑向向外突出。在此，成型輪廓h_P比切槽刃25上的段高度h_N設計得更小。而在切槽刃25區域中以及在成型輪廓20區域中的段寬是一致的。替代地，在成型輪廓20區域中的段寬可以小于在切槽刃25區域中的段寬。

按照圖1，槽底-切削棱29關于與刀具軸線L成直角的平面以迎角β斜置。迎角β約為45°并且這樣選擇，在旋轉方向R上觀察，最前面的第一刀尖31以縱向錯位a₁與刀頭11間隔。而后面的第二刀尖39在圖1中與刀頭11表面平齊地(即沒有縱向錯位地)對準。

切槽刃25的槽-切削面33徑向向內以導屑面41延長。利用導屑面41使在開槽時產生的槽屑擠壓到沿著刀具軸線L延伸的切屑腔19中。如同由附圖給出的那樣，導屑面41通過拐角空隙43在刀頭與切屑腔19之間的過渡部形成。通過添加例如冷卻/潤滑劑支持排屑、潤滑和/或冷卻，冷卻/潤滑劑以高壓從冷卻劑出口(未示出)輸送到刀頭以及切屑腔19中，用于從芯孔3排出切屑。

利用圖3表示用于粗糙化芯孔內壁1的方法。在第一預加工步驟I中首先以螺紋鉆孔模式、即以低轉速以及以與其適配的軸向行程運動h使糙化刀具引入到預鉆孔的工件芯孔3中。由此形成相互對置的螺旋形型槽27。在此，兩個槽27的槽深t根據型肋-幾何形狀這樣設計，使其槽底徑向位于成型輪廓20外部。

通過這種方式在預加工步驟I中使成型輪廓20沒有機械負荷地移入到型槽27中。在完成兩個型槽27結構以后，鉆孔刀具保留在其移入的狀態，在該狀態下兩個型肋13與兩個型槽27處于槽接合。

然后在下面的最終加工步驟II中，糙化刀具以至少半圈旋轉(即至少以180°的旋轉角)加載，其中根據成型輪廓20的設計實現芯孔-內壁1金屬表面的有切屑的或無屑的變形。接著為了從芯孔1中取出再以相反的螺紋鉆孔模式驅動擴孔刀具，即以現在相反的旋轉方向，用于可以再從芯孔1中移出。

如同由圖2給出的那樣，刀具在切槽刃25區域中的包絡曲線直徑d_N大于在成型輪廓20區域中的包絡曲線直徑d_P。相應地，在粗糙過程以后在芯孔3的內壁1上得到在圖4中示出的粗糙結構22，由此兩個型槽27在傾斜位置以槽深沿著芯孔軸線延伸。而粗糙結構22與芯孔軸線成直角地延伸。在拐角下部構成環繞的環形槽24，它由于切槽刃25的旋轉在最終加工步驟II中得到。粗糙結構22按照圖5例如具有直線延伸的成型凹陷部28，它們在橫截面中具有燕尾槽形狀。為了形成這種燕尾槽形狀成型輪廓20的結合邊緣24可以具有在圖5中虛線表示的幾何形狀。

在圖6中描述按照第二實施例的糙化刀具，同樣具有兩個關于刀具軸線L在直徑上對置的型肋13。對此附加地設有在圓周側錯開的擴孔刃34，它們從刀具基體11徑向突出。兩個擴孔刃34與型肋13一起以相同的角間距圓周分布地布置在刀具基體9的外周上。每個擴孔刃34具有面對槽形切屑腔36的切削面38以及布置在肋背面上的外部自由面39。切削面38以及自由面39在沿著刀具軸線L延伸的擴孔切削棱41上匯合。此外，型肋13和擴孔段35分別以相同的導程在刀具上構成。

利用擴孔-切削棱可以通過擴孔刀具的旋轉(即在最終加工步驟II中)將芯孔3一直擴孔到最終直徑d_E(圖3和6)。

如同在圖3中所示的那樣，在預加工步驟I時，在芯孔-內壁1中不僅產生型槽27，而且產生擴孔槽43(在圖3中虛線示出一個擴孔槽)。然后，在接著的最終加工步驟II中附加地完成擴孔過程，在擴孔過程中擴孔刃34在刀具旋轉情況下將芯孔一直擴孔到最終直徑d_E。