CN101928908B - 金属表面粗化方法、具凹入的表面的工件及内燃机汽缸体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属表面粗化方法、具凹入的表面的工件及内燃机汽缸体。在该表面上形成均匀的凹槽，并且在相邻的凹槽之间布置脊。可通过诸如车削工艺、钻孔工艺、铣削工艺或滚压工艺之类的工艺来形成凹槽。使脊塑性变形以在凹槽中形成底切部，脊的塑性变形的程度沿凹槽的纵向方向规则地变化。在脊中产生局部变形，并且这使得在凹槽中产生规则的底切部。这可容易地产生尺寸一致的底切部。此外，由于凹槽不因底切部而完全阻塞，所以用喷涂材料更有效地填充凹槽。

Description

金属表面粗化方法、具凹入的表面的工件及内燃机汽缸体

本申请要求2009年6月25日提交的第102009027200.3号德国专利申请的国外优先权，该申请的整体通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种金属表面粗化方法、具凹入的表面的工件及内燃机汽缸体。

背景技术

WO 2007087989A1公开了一种粗化金属表面以提高热喷涂在金属表面上的层的粘合性的方法，其中，将均匀的凹槽(例如，矩形或梯形凹槽)引入到金属表面并使获得的脊(ridge)塑性变形，从而沿着脊形成底切部(undercut)。这种方法的缺点是脊沿其整个长度塑性变形。由于这可能难以使底切部的形状一致，所以实施这种方法需要相对大的努力。此外，由于相邻的底切部形成的窄的开口仅使一些喷涂材料可以通过窄的开口透入凹槽中，所以沿凹槽的整个长度形成的底切部使凹槽仅有限程度地被喷涂材料完全填充。

发明内容

由于脊的塑性变形的程度沿凹槽的纵向方向规则地变化，所以可以以目标方式在规则的部分将底切部引入脊中。为此目的，通过适合的工具使每个脊局部变形，变形的方式是产生这些底切部。如沿着凹槽的纵向方向所见，这导致底切部的形状的持续但规则的变化。在这种情况下，由于在特定的位置塑性变形的程度只是很低或者根本没有出现塑性变形，所以某些底切部可能根本没有产生。

这种凹槽形状的规则的变化意味着，由于整体上仅需要脊的小程度的塑性变形，所以可以以相对小的努力将之后规则产生的底切部引入脊中。此外，可以以提高的准确性将底切部引入。结果，沿着凹槽以相等的尺寸规则地产生了这些底切部。这对于之后施加的涂层的均匀的粘合强度来说是主要的优点。优点还在于要被施加的喷涂材料可以很好地填充凹槽，这是因为这些凹槽规则地没有任何底切部或只有相对小的底切部。在这些区域中，喷涂材料非常好地透入每个槽中，并且可以容易地填充具有底切部的直接相邻的凹槽区域。

在一个优选实施例中，塑性变形是脊的顶表面上的压花。为此目的，使已知的压花工具沿着凹槽移动。依赖于压花工具的图案，这根据压花工具的沟槽形状产生一致的塑性变形。

在进一步的实施例中，塑性变形是脊的顶表面上的局部缺口。这可以由具有相应突起、尖端或针的辊来引入。

在这两种情况下，通过使用顶表面上的使凹槽被塑性压入的力压迫凹槽来产生底切部，结果，凹槽肋朝着一侧塑性变形，即，相对凹槽的纵向方向横向地变形。

在另一实施例中，塑性变形是脊中相对于凹槽方向的横向的局部榫槽。这可以通过在凹槽中移动辊来实现，这样的辊在径向周边上具有使凹槽相对于凹槽的纵向方向横向变形的规则的突起、尖端或肩部件。然后，凹槽相对于其纵向方向横向地塑性弯曲。由于脊在凹槽根部保持未变形，所以使脊经历更严重的变形，并且使脊随它们高度的增加而在横向方向实质倾斜，这使得底切部在凹槽中产生。

塑性变形可以是脊边缘的局部缺口。这可以通过以规则的间隔适当地压入脊边缘或使脊边缘皱缩来实现，这使得底切部在凹槽肋上产生。

用来引入塑性变形的工具可具有至少一个冲压机。这样的冲压机可优选地以周期性的方式移动。当沿凹槽引导工具时，移动的冲压机产生脊的相应的塑性变形。在这种情况下，冲压机可具有适当形状的冲头，并且冲压机可以沿任何适当的方向作用于凹槽，从而在脊上产生最佳形状的底切部。举例来说，冲压机可直接地垂直地作用于脊的顶表面，这使得脊被从上方压迫并且脊材料因此而沿横向方向流动。然而，冲压机还可以以浅角(shallow angle)沿相对于凹槽的横向方向作用，这使得脊相对于其纵向方向横向变形。

可在凹槽中、凹槽上来引导用来引入塑性变形的工具，或可通过凹槽来引导用来引入塑性变形的工具。因此，工具能够总是相对于脊而精确地对准，并且能够仅使相邻的脊中的一个被加工。由于工具在凹槽中、凹槽上被引导，或者被凹槽引导，所以脊总是相对于凹槽变形，因此可以以高精确度和可重复性来执行变形。

如果第二工艺步骤中的塑性变形在与第一工艺步骤相同的操作中被引入，则是特别优选的。举例来说，用于塑性变形的工具布置在车削工具、钻孔工具或铣削工具的下游。在这种情况下，优选地将用于第一和第二工艺步骤的工具安装在同一工具载体上，例如铣刀轴或车削轴上。因此，第一和第二工艺步骤实际上在同一时间发生或者按照短暂的间隔前后发生。除了减少时间(无需进一步的操作)，对第二工艺步骤来说测量或设备的支出也降低了。两种工具彼此直接结合，并且仅有一次需要相对彼此对齐。

可以适当地将所述用于产生塑性变形和底切部的多种方法组合。举例来说，上部的塑性缺口可与横向方向的缺口和/或凹槽肋的变形交替。工具可引入各种塑性变形和/或所述塑性变形的混合或叠合。还可适当地将用于执行第二工艺步骤的多个工具组合，从而可以产生最有益的底切部。

公开的方法特别适于加工和准备内燃机的汽缸体的涂层。由于能够容易地以非常一致的方式可靠地将所需底切部引入到脊中，所以该方法在相对小的缸内孔中易于使用。

附图说明

附图中示出了本发明进一步优选的实施例，其中：

图1示出用来执行表面粗化工艺的工件和两个工具的剖视图；

图2示出在图1中示出的布置的俯视图；

图3示出放大了的图1中A部分；

图4A至图4D示出具有不同的变形的脊的剖视图；

图5A至图5D示出在图4中示出的变形的脊的透视图；

图6A和图6B示出用于缺口的辊的侧视图和剖视图；

图7A和图7B示出用于脊边缘变形的辊的侧视图和剖视图。

图8A示出用于横向变形的辊的侧视图，图8B和图8C示出用于横向变形的辊的截面；

图9A和图9B示出用于脊边缘变形的冲压工具的侧视图和剖视图；

图10A示出用于横向变形的冲压工具的剖视图，图10B和图10C示出用于横向变形的冲压工具的俯视图；

图11A示出用于横向变形的双辊的剖视图，图11B和图11C示出用于横向变形的双辊的俯视图。

具体实施方式

图1至图3示出用于执行表面粗化的布置。工件可以是例如气缸体1并具有金属表面2，通过某一工艺来准备金属表面2使其能施加涂层。夹持旋转工具6的工具固定器5紧固到旋转轴4。由于旋转轴4旋转并向下缓慢运动到缸内孔3中，所以旋转工具6在金属表面2中产生凹槽7，凹槽7沿圆周方向行进并具有中间脊8。

可旋转的压花辊9布置在工具固定器5上并通过布置在周边上的规则的突起10对脊8产生作用，并且当旋转轴4旋转时，压花辊9使规则间隔的脊8按压花或沟槽11的形式塑性变形。继而，这些沟槽11在脊8的凹槽肋12上产生底切部13。

按照旋转轴运动的轴向来看，压花辊9相对于旋转工具6轴向地设置在后侧，这样的结果是压花辊9总是仅与刚刚产生的脊8相互作用。

图4A至图4D示出具有不同的变形的脊的剖视图，图5A至图5D示出相关的透视图。

图4A和图5A示出脊8a的塑性变形，规则的中心缺口14被引入到脊8a的顶表面15中。缺口14导致塑性变形，这使得在凹槽肋12上形成规则的底切部13。在上下文中，规则是指从凹槽的纵向来看，缺口或底切部总大致以相同的间隔产生。

图4B和图5B示出由压花辊产生的脊8b的塑性变形，如也已在图3中示出的。产生的下陷、压花或沟槽11导致脊材料沿相对于凹槽的横向方向塑性变形，这使得底切部13形成。

图4C和图5C示出脊边缘16的塑性变形。由于脊边缘16被规则地压入，所以形成规则的底切部13。

图4D和图5D示出脊8d本身的塑性变形，其中，所述脊规则地且交替地沿着一个方向和另一方向向一侧按照相对于凹槽的纵向的横向方向弯曲。结果，按照凹槽的纵向来看，在凹槽肋12上交替地形成底切部13。

在下面的附图中示出用于产生在此描述的脊的各种工具。还可以将这些工具根据彼此结合，从而通过一个工具产生不同的变形。然而，还可将多个这样的工具彼此并排布置或连续布置，以获得不同的塑性变形。

图6A和图6B示出可用来将缺口14引入到脊8的顶表面15中的辊9a。在图6A中，沿辊9a的中心面切割辊9a。图6B示出图6A中示出的A-A截面。锥形尖端17在辊9a的外周上以规则的间隔一体地形成。当辊9a在脊8a的顶表面15上沿凹槽的方向滚动时，形成缺口14作为脊8a中的塑性变形，并且形成已在图4A和图5A中描述的底切部13。通过在辊9a的侧部上布置的两个径向突出的引导盘18a而在脊8a上引导辊9a。因此，辊9a本身相对脊8a的中部而位于中心，并且保证缺口14总是精确地形成在顶表面15的中部。因此在缺口14的区域，引导盘18a不阻挡塑性变形的脊8，在锥形尖端17的区域沿径向和轴向切掉引导盘18a。

图7A和图7B示出用于使脊边缘16塑性变形的辊9c。在图7A中，沿辊9c的中心面切开辊9c。图7B示出图7A中示出的B-B截面。也是通过在辊9c的侧部上布置的两个径向突出的引导盘18c而在脊8c上引导辊9c。在辊9c的外周上以规则的间隔一体地形成三角形肩部件19。引导盘18c和辊9c得当地一体形成，从而为肩部件提供更高的强度。当辊9c在脊8c的顶表面15上沿凹槽的方向滚动时，使脊边缘16以规则的间隔塑性变形。这些变形是脊8c和脊边缘16的缺口或褶皱部分，这使得已经在图4C和图5C中描述的底切部13形成。

图8A示出可用来使脊8d沿横向方向塑性变形的辊9d的侧视图。图8B示出A-A剖视图，图8C示出图8A中示出的B-B剖视图。辊9d具有与辊9d一体的中心引导盘18d，并且辊9d在凹槽7′中被引导。引导盘18d以规则的间隔具有锥形突起20，锥形突起20在外周上开始(即，在那里尚未出现突起)，然后向着辊9d的旋转轴(即径向朝内)增大。当被引导盘18d引导的辊9d在凹槽7中滚动时，锥形突起20导致脊8d的规则的塑性变形(变形的方式为脊8d在突起20的区域中向一侧弯曲)，这使得底切部13产生。

为了使脊8d向右和向左弯曲，当辊9d在与凹槽7′相邻的凹槽7″中被引导时，有必要使脊8d通过辊9d的另一侧上的突起20而沿着相应的不同方向变形。可以在图8B中看出，辊9d在第一凹槽7′中被引导，并且使脊8d′向左弯曲，使脊8d″向右弯曲。在图8C中，辊9d经过与凹槽7′相邻的凹槽7″，并且相应地使脊8d″向左变形，使脊8d″向右变形。为了使这样的弯曲交替地向右和向左地发生在脊中，在凹槽7′和凹槽7″之间排列辊9d的旋转。由于在两个突起20之间的区域引导盘18d总是具有与向右弯曲的脊8d″对应的凹陷21，所以这才得以执行。因此，右手侧的肩部件20′在脊8d″向右的两次弯曲运动之间只能使脊8d″向左弯曲。

图9A示出用来使脊边缘16(未示出)塑性变形的冲压工具22的剖视图。在冲压工具22中以弹簧的方式安装冲压机23，并且当冲压工具22沿脊8运动时，冲压机23周期性地延伸。冲压机的运动可由任意合适的致动器产生，要不就由例如布置在旋转轴上的凸轮盘机械地产生。冲头24具有与冲压机要施加在脊边缘16上的塑性变形相反的形状(form)。图9B示出冲头24的前视图。

图10A示出用来使脊8塑性横向变形的冲压工具22′的剖视图。在冲压工具22′中以弹簧的方式安装两个冲压机23a和23b，并且当冲压工具22′沿脊8运动时，冲压机23a和23b周期性地交替延伸。将冲压机23a和23b布置为沿相对于凹槽7的横向方向倾斜，从而使冲头24a和24b可至少部分地移动到凹槽7中以冲击脊8。在这种情况下，冲压机的运动也可由任意合适的致动器产生或者机械地产生。图10B中的冲压工具22′的俯视图示出使脊8向上变形的延伸的冲压机23a。图10C示出脊8通过冲压机23b的向下变形(与此同时，冲压工具22′沿脊8移动)。

图11A至图11C示出横向变形的进一步的实施例。双辊工具25具有两个斜辊26a和26b。两个斜辊布置在将要变形的脊8的两侧上。它们相对彼此倾斜，并且通过它们波浪形的周边轮廓27彼此接合，将要变形的脊8布置在两个斜辊26a和26b之间。当双辊工具25沿着脊8移动并且斜辊26a和26b旋转时，脊8交替地向上和向下弯曲，如从图11B和图11C中的平面图可见的。

Claims (11)

1.一种粗化金属表面的方法，所述方法包括以下步骤：

在金属表面上形成均匀的凹槽，脊布置在相邻的凹槽之间；

使脊塑性变形以在凹槽中形成底切部，其中，通过下述塑性变形中的至少一种，脊沿凹槽的纵向方向以规则的间隔塑性变形，使得脊的塑性变形的程度沿凹槽的纵向方向规则地变化：

所述塑性变形在脊的顶表面上形成沟槽或压花，

所述塑性变形在脊的顶表面上形成局部缺口，

所述塑性变形相对于凹槽的纵向方向横向地形成脊的局部横向变形，

所述塑性变形在脊的边缘上形成局部缺口。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述凹槽沿纵向方向规则地不具有任何底切部。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述塑性变形通过沿凹槽旋转的辊引入。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述辊的周边包括突起、肩部件、尖端和针中的至少一个。

5.如权利要求1所述的方法，其中，用来引入塑性变形的工具包括至少一个冲压机。

6.如权利要求1所述的方法，其中，通过与凹槽的接触和/或通过脊而引导用来引入塑性变形的工具。

7.如权利要求1所述的方法，其中，由单个工艺步骤来形成凹槽和脊。

8.如权利要求1所述的方法，其中，通过车削工艺、钻孔工艺、铣削工艺和滚压工艺中的至少一种来形成凹槽。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述凹槽是矩形和/或梯形的。

10.一种具有凹入的表面的工件，所述工件的形成包括以下步骤：

在金属表面上形成均匀的凹槽，脊布置在相邻的凹槽之间；

使脊塑性变形以在凹槽中形成底切部，其中，通过下述塑性变形中的至少一种，脊沿凹槽的纵向方向以规则的间隔塑性变形，使得脊的塑性变形的程度沿凹槽的纵向方向规则地变化：

所述塑性变形在脊的顶表面上形成沟槽或压花，

所述塑性变形在脊的顶表面上形成局部缺口，

所述塑性变形相对于凹槽的纵向方向横向地形成脊的局部横向变形，

所述塑性变形在脊的边缘上形成局部缺口。

11.一种内燃机汽缸体，所述内燃机汽缸体的缸内孔的内表面具有凹槽，所述内燃机汽缸体的形成包括以下步骤：

在金属表面上形成均匀的凹槽，脊布置在相邻的凹槽之间；

使脊塑性变形以在凹槽中形成底切部，其中，通过下述塑性变形中的至少一种，脊沿凹槽的纵向方向以规则的间隔塑性变形，使得脊的塑性变形的程度沿凹槽的纵向方向规则地变化：

所述塑性变形在脊的顶表面上形成沟槽或压花，

所述塑性变形在脊的顶表面上形成局部缺口，

所述塑性变形相对于凹槽的纵向方向横向地形成脊的局部横向变形，

所述塑性变形在脊的边缘上形成局部缺口。