滾壓工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾壓工具，具有在進給方向突起的滾子支架，在該滾子支架上在周向上能繞滾子軸線轉(zhuǎn)動地設(shè)置一個或多個用于加工工件表面的滾壓滾子。
【背景技術(shù)】
[0002]滾壓工具用于通過滾壓滾子形式的滾動體無切削地平整粗糙的表面。金屬表面在粗加工例如車、銑、磨等之后通常具有表面結(jié)構(gòu)或粗糙，這通過為精加工的輥壓過程能完全變平滑。在此載有滾壓滾子的滾子支架在周向上旋轉(zhuǎn)地沿徑向在要被平滑的工件面上移動，其中滾壓滾子接觸工件表面。給予滾壓滾子的擠壓力，工件表面層通過塑性變形變得平滑。為此，滾壓滾子在滾壓時被施加垂直于工作面的力(滾壓力)。因此，除了平滑作用，在工件上還實現(xiàn)增強作用。
[0003]要被平滑的工件通常由軟材料例如鋁構(gòu)成，滾壓滾子由較硬材料例如鋼構(gòu)成。
[0004]在傳統(tǒng)滾壓工具中平滑作用是很重要的，還能附加利用滾壓工具的增強效果和變形效果。已經(jīng)證明，在要被加工的表面中開設(shè)的、具有位于其間的板的槽能借助滾壓工具這樣變形，使得產(chǎn)生側(cè)凹。起作用的滾壓力在滾壓中從上方壓在所述板上并使這些板的頂部區(qū)段變得平滑，而槽底部基本上保持不變。這種效果可以尤其是有利的，因為借助傳統(tǒng)的切削方法制造具有側(cè)凹的槽復雜并且費時。接下來可將涂層質(zhì)量施加到具有側(cè)凹的槽中，其中該涂層質(zhì)量能進入槽的側(cè)凹區(qū)段中，從而該涂層質(zhì)量特別固定地錨固在這些槽中。這種方法記載在還沒有公開的專利申請DE 10 2013 011 726.7中。
[0005]但是已經(jīng)被證明，尤其是在槽的延伸方向上作用在涂層上的力還會引起該涂層相對工件表面分離或偏移。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過已知滾壓工具的改進方案來解決，它的特征基本上在于，至少一個滾壓滾子具有用于貼靠在工件上的貼靠面，該貼靠面具有粗糙區(qū)段，該粗糙區(qū)段具有關(guān)于滾子軸線徑向向外突起的凸起。
[0007]換句話說，根據(jù)本發(fā)明，滾壓工具不是用于平滑地變形，而是用于粗糙地變形。為此目的，在滾壓中接觸工件并使其在壓力下變形的貼靠面的至少一個區(qū)段粗糙地構(gòu)成，從而工件表面通過滾壓力不是變得平滑，而是變得粗糙。為粗糙目的設(shè)在滾壓滾子上的凸起從貼靠面起向外朝向要被加工的工件地突起。
[0008]本發(fā)明追溯到完全出乎意料的認識，即滾壓的變形效果能與平滑效果脫離，使得這兩種效果不是必須同時出現(xiàn)。徑向上從貼靠面突起的凸起比貼靠面的平滑區(qū)域更強地壓縮工件表面，使得被加工的工件表面產(chǎn)生粗糙度，所述凸起在滾壓中沿被加工的工件表面滾動。換句話說，通過滾壓力作用，在工件表面中產(chǎn)生貼靠面的突起的區(qū)段的負像。所述凸起在徑向突起得越遠，粗糙區(qū)段形成得越粗糙并且如果越不均勻，那么工件表面在滾壓中也越粗糙。為了產(chǎn)生足夠的壓縮和變形效果，被證明有利的是，粗糙區(qū)段不等于整個貼靠面，而是僅形成在滾壓滾子的貼靠面的一部分中。
[0009]在此證明有利的是，至少一個滾壓滾子和/或滾子支架至少區(qū)段地圓錐形地構(gòu)成，使得圓錐形地延伸的滾壓滾子和/或滾子支架的區(qū)段彼此相向并且優(yōu)選彼此接觸。在此，滾子支架可以在進給方向上圓錐形地縮小，滾壓滾子在進給方向上圓錐形地擴大。在這種情況下，在加工工件時滾壓工具在工件表面沿進給方向移動時，滾壓滾子既在徑向上也在與進給方向相反的方向上壓在滾子支架的圓錐形外表面上，使得在滾壓時出現(xiàn)的力能以有利的方式導入滾子支架中。
[0010]為了貼靠面的面向工件的區(qū)域盡管貼靠面的錐度還基本上平行于工件表面延伸，滾子軸線相對進給方向可傾斜例如該椎體的張角的約一半。換句話說，滾壓滾子以傾斜的姿勢靠在滾子支架的圓錐形的外表面上。
[0011]可以保證工件表面尤其有效地變粗糙，其方式是向外突起的凸起由硬材料例如硬金屬、金剛石或類似材料構(gòu)成。所述凸起可以與滾壓滾子一體地或單件地構(gòu)成。但優(yōu)選地，它們后來至少區(qū)段地被施加在滾壓滾子的貼靠面的本來光滑的區(qū)域上。粗糙區(qū)段可在周向上完全環(huán)繞滾壓滾子。這具有的優(yōu)點是，在滾壓滾子在工件表面滾動時，不是僅區(qū)段地產(chǎn)生粗糙。
[0012]工件表面的令人滿意的粗糙度可這樣實現(xiàn)，向外突起的凸起從基本上平滑地構(gòu)造的貼靠面上突起大于10 μ m、優(yōu)選大于100 μ m，并且小于2mm、優(yōu)選小于1mm。如果所述凸起從貼靠面上突起得不夠遠，產(chǎn)生不了足夠的粗糙效果。如果反過來突起得太遠，工具和/或工件會由于太大的力而損壞。
[0013]向外突起的凸起能按照顆粒和/或溝紋的形式優(yōu)選以不規(guī)則的樣式從貼靠面上突起。具有顆粒狀的優(yōu)選不規(guī)則的凸起的粗糙區(qū)段能這樣制造，即可硬化的凸起材料尤其是以液態(tài)的形式噴射或噴鍍到貼靠面上，然后被硬化。例如可將液態(tài)的硬金屬環(huán)繞地噴射到貼靠面的一個區(qū)段上，從而以不規(guī)則的排列產(chǎn)生點狀或條紋狀凸起。硬金屬在冷卻后硬化。變換地或附加地，可以在貼靠面上固定例如金剛石顆?；蚱渌w粒狀材料。
[0014]滾壓工具可以具有兩個、三個或更多的滾壓滾子，它們以周向上相同間距設(shè)置在滾子支架上。但是已經(jīng)證明，如果多個粗糙區(qū)段或多次地在工件的同一區(qū)域上滾動，工件表面的粗糙度能消除。這是因為，在這種情況下通過滾動的凸起在工件表面產(chǎn)生的凹陷取得太大的面積，這整體上對粗糙度又產(chǎn)生不利的影響。因此，根據(jù)本發(fā)明可提出，不是所有的滾壓滾子都帶有凸起，優(yōu)選僅一個滾壓滾子帶有凸起。粗糙區(qū)段在進給方向的尺寸或者滾壓工具的進給速度能這樣適配，使得工件表面的各個區(qū)域常常僅有限地、優(yōu)選僅一次被一個粗糙區(qū)段壓過。
[0015]這些滾壓滾子規(guī)則地容納在環(huán)繞滾子支架的保持架中，使得它們緊挨地貼靠滾子支架的外表面并且繞它們自身的軸線(滾子軸線)可轉(zhuǎn)動地被支承。
[0016]為了避免滾子支架被從貼靠面突起的凸起在轉(zhuǎn)動滾壓滾子時損壞，被證明有利的是，在滾子支架的面向滾壓滾子的外表面中設(shè)置凹陷，其用于容納在滾壓滾子的確定轉(zhuǎn)動位置中面向滾子支架的凸起。該凹陷的深度優(yōu)選大于所述凸起的高度，尤其優(yōu)選地大于Imm0
[0017]如果滾壓滾子為了調(diào)節(jié)滾壓工具的外圓周而能夠沿滾子支架的圓錐形外表面移動并固定在預給定的位置中，則能夠?qū)崿F(xiàn)滾壓工具適配于具有不同直徑的要被加工的空心圓柱體。如果滾子支架在進給方向上圓錐形地縮小，那么滾壓工具的外徑例如能通過承載滾壓滾子的保持架沿進給方向的移動而擴大。
[0018]為了盡管滾壓滾子能沿滾子支架的外表面移動還避免滾子支架被所述突起的凸起損壞，被證明有利的是，粗糙區(qū)段在進給方向的尺寸設(shè)計得小于所述凹陷在進給方向上的尺寸。因此，在滾壓工具的外徑適配于確定的工件幾何形狀之后，在滾壓滾子繞自身軸線轉(zhuǎn)動時所述凸起還能容納在所述凹陷中。
[0019]該滾壓工具優(yōu)選用于加工管狀區(qū)段的內(nèi)表面，例如圓柱形內(nèi)表面，滾壓工具在此情況下構(gòu)造為內(nèi)滾壓工具。變換地還可考慮構(gòu)造為外滾壓工具。
[0020]本發(fā)明還涉及用于加工工件的基本上圓柱形的、具有環(huán)繞的槽的區(qū)段的面的方法，其中，在這些槽之間形成的凸起部用根據(jù)本發(fā)明的滾壓工具這樣的塑性變形，使得這些凸起部形成側(cè)凹，其中，這些凸起部的頂面通過滾壓滾子的所述凸起變得粗糙。
[0021]汽車中的內(nèi)燃機由于重量原因通常構(gòu)造有由輕金屬尤其是鋁制作的氣缸曲柄殼體。然而這里的問題是由氣缸曲柄殼體形成的氣缸的內(nèi)壁由于輕金屬的摩擦學特性、尤其是比較差的耐磨性，不太適合用作活塞的工作面。
[0022]為了避免該問題，可以提出輕金屬氣缸曲柄殼體的工作面設(shè)置涂層，以實現(xiàn)用于工作面的期望的摩擦學特性。該涂層在此通常通過涂層材料的熔化和噴射到氣缸壁上來實現(xiàn)。
[0023]在對氣缸壁涂層時尤其重要的是，實現(xiàn)涂層在基本材料上良好的附著。為此，已經(jīng)公知了在氣缸曲柄殼體的工作面中設(shè)置槽或溝紋，以提高這些層之間的接觸面積。在此也多次嘗試在設(shè)有槽的工作面中構(gòu)造側(cè)凹，涂層的熔化的材料能進入該側(cè)凹，以便硬化之后在這些層之間實現(xiàn)形狀鎖合的連接。由此得到涂層在氣缸壁中的齒嚙合，這等于形狀鎖合的連接。此外能通過板的塑性變形實現(xiàn)這些板中材料的壓縮，這又能給該涂層和氣缸壁之間的附著性的改善帶來好處。板的變形關(guān)于板的(在徑向上向著氣缸的縱軸線延伸的)垂直軸線能對稱地和/或不對稱地進行。板的該變形能借助滾壓工具進行。尤其是為了產(chǎn)生對稱變形的板，可以提出使用滾壓工具，其在圓周上和/或在其長度上具有多個能伸出和收回的滾子，它們在滾壓過程中相應地伸出和收回。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，涂層和基本材料之間的附著還能進一步改善，其方式是，板或凸起部的分別位于槽之間的頂面通過滾壓工具不僅為了形成側(cè)凹而被“壓平”，而且這些頂面同時通過從滾壓滾子的貼靠面上突起的凸起變得粗糙。以這種方式完全避免涂層在其硬化后的偏移，保證了涂層在工件表面上尤其好的附著。
[0025]圓柱形工件的表面可以是內(nèi)燃機氣缸的工作面。
[0026]如所述的那樣，所述面能接著優(yōu)選通過熱噴射方法被涂上涂層材料。涂層能尤其是借助熱噴射(例如電弧線材噴射(Lichtbogendrahtspritzen))來施加，為此用已知方式旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動噴射頭并使噴射頭沿氣缸縱軸線移動。熔化的涂層材料在此能進入所述槽中，充滿這些槽，并在硬化之后與氣缸壁形成形狀鎖合的連接。
[0027]關(guān)于在工件表面中施加槽的細節(jié)以及關(guān)于接在滾壓之后的涂層方法的細節(jié)，在專利申請DE 10 2013 011 726.7中有詳細描述，