CN117916486A

CN117916486A - 具有精加工层的工件的加工方法以及具有精加工层的工件

Info

Publication number: CN117916486A
Application number: CN202280060105.9A
Authority: CN
Inventors: T·P·乌齐
Original assignee: Hpl Technology Co ltd
Current assignee: Hpl Technology Co ltd
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-04-19
Also published as: WO2023020660A2; KR20240046534A; DE102021208973A1; US20250129830A1; EP4388217A2; MX2024001988A; WO2023020660A3; CA3229008A1

Abstract

本发明涉及一种用于具有精加工层(2)的工件(1)的加工方法，具有以下步骤：a.提供具有处理表面(3)的工件(1)；和b.使该处理表面(3)具有精加工层(2)。该加工方法的特征尤其是还至少包括以下步骤：c.减小精加工层(2)内的应力。本发明还涉及一种具有精加工层的工件，在此该精加工层被再压密实和/或该精加工层内的应力是中性的或是压应力。利用此处所提出的加工方法和工件，可以用低成本的手段获得精加工层的高质量和长使用寿命。

Description

具有精加工层的工件的加工方法以及具有精加工层的工件

本发明涉及具有精加工层的工件的加工方法以及具有精加工层的工件。

在现有技术中知道了借助高速火焰喷涂和/或扩散法使工件具有精加工层，例如使刹车盘具有摩擦涂层。在施加精加工层时的热输入出现了局部应力且有时出现工件变形。例如知道了在刹车盘情况下出现所谓的屏蔽，此时径向靠外边缘相对于径向靠内边缘在(理想)表面的法线方向上更高。在几个工件的情况下这是可容忍的，在其它工件情况下这通过后面的切削方法被补偿。一旦需要切削碎渣，则必须规定相应的加工余量，随之而来的是许多材料和质量以及加工时间。

在加工时所引发的在精加工层与处理表面之间的应力还是用于精加工层与处理表面之间连接的荷载，故用于工件工作中的附加机械荷载的连接强度可能导致精加工层提前剥离。

鉴于此，本发明基于以下任务，至少部分克服从现有技术中知道的缺点。本发明的特征来自独立权利要求，在从属权利要求中表明关于其的有利设计。权利要求的特征可按照任何技术上有意义的方式被组合，其中对此也可以求教来自以下说明书的解释和来自包含本发明的补充设计的图的特征。

本发明涉及一种用于具有精加工层的工件的加工方法，其具有以下步骤：a.提供具有处理表面的工件；和b.使该处理表面具有精加工层。

该加工方法的特征是还至少包括以下步骤：c.减小该精加工层内的应力。

在没有明确另有所指地采用轴向、径向或周向和相应术语时，以下参照所述的旋转轴线。在以上和以下的说明中所用的序数仅用于明确区分而不表明所指称部件的顺序或等级次序，除非明确另有所指。大于1的序数并未规定必然强制存在另一个这种部件。

在此，提出一种用于具有精加工层的工件的加工方法，在此，精加工层被施加到处理表面。这种精加工层例如是具有碳化物的摩擦层和/或耐蚀层，例如用于机动车中的外部区域或海水应用。在此现在提出，不完成切削二次加工，而是减小工件的精加工层内的且优选还有处理表面内的应力。如果应力被减小，则精加工层与处理表面之间连接的永久强度得以改善，因为从外侧输入的力、例如在刹车盘情况下在刹车过程中的剪切力矩未相加到已有应力。在一个特别优选的实施方式中，应力被减小到如此程度，即，在精加工层内相比于处理表面引起压应力、即如下应力，其在夸张情况下将会导致连带工件表面的凸起变形。故从外荷载中扣除应力值且因此外荷载对精加工层与处理表面之间连接的作用减轻。

还在加工方法的一个有利实施方式中提议，在步骤c.中借助以下方法中的至少一个减小精加工层内的且最好也在处理表面内的应力：

-消除应力退火；

-滚轧；

-锤锻；

-压制。

加工方法的一个特别有利的实施方式用消除应力退火来执行，其中通过二次热处理消除伴随精加工层和处理表面的一部分所加入的应力。

或者提出一种精加工层的机械加工(伴随对下方处理表面的作用)，在此该精加工层和或许该处理表面的至少一部分被压实。压实造成精加工层内的或在精加工层与处理表面之间的或仅在处理表面内的拉应力的减小乃至形成压应力。机械加工的另一优点是冷变形时的组织未被改变或仅被轻微改变，并因此也能加工充满应力的精加工层或处理表面材料。在滚轧的情况下利用类似辊状的物体压实精加工层，在锤锻的情况下用面式冲击来压实，而在压制的情况下用精加工层和或许处理表面的(最好整面)承受压力来压实。

还在加工方法的一个有利实施方式中提议，还相比于借助步骤b.的涂覆结果获得以下性能中的至少一个：

-减小的粗糙度；和

-增大的表面密度，

其中最好在步骤c.中获得所述至少一个性能。

在此提出，精加工层的粗糙度被减小和/或精加工层(和最好处理表面)的表面密度被增大。伴随减小的粗糙度，例如借助切削加工的再处理步骤例如是多余的或减小，为此可采用较短的机器时间和较少量的材料。伴随更高的表面密集，一方面获得更高的精加工层(或处理表面)强度，另一方面也可获得精加工层与处理表面之间连接的改善。因此可以获得更高的长期强度和/或可以减少材料用量。

在一个有利实施方式中，精加工层的粗糙度仅减小如此程度，即，容纳有硬质材料如碳化物的基材的相对柔软材料被平整，所嵌埋入的硬质材料在粗糙度减小的情况下未被平整或被平整得不增么强烈，使得例如对于刹车盘，现在例如被压实的基材内碳化物被牢固嵌入并可选地参与制动作用。

在一个优选实施方式中，前述性能借助在上述步骤c.中的应力减小来获得，优选借助机械压压实方法例如像滚轧、锤锻或压制。要指明的是步骤c.也可以包括多个方法例如像消除应力退火和事后机械冷变形。

在一个有利实施方式中，精加工层包括附着层和功能层、最好是摩擦层，其中该附着层布置在该处理表面与该功能层之间。

根据此实施方式，最好首先将附着层施加到处理表面，在其上、即在背对工件的一侧施加功能层。附着层优选设计成确保摩擦层的稳定保持。摩擦层例如设计成提供相对于配对件如刹车块的一定摩擦系数。

根据一个有利实施方式，在步骤c.中，附着层内的应力最好关于精加工层被减小，仅附着层内的应力被减小。

优选在已施加附着层之后且在施加摩擦层之前执行步骤c.。

根据另一方面，提出一种具有精加工层的工件，其中该工件具有带有处理表面的承载体，其中在处理表面上施加精加工层。

工件的特点尤其是该精加工层被再压密实。

在此，现在提出一种具有精加工层的工件、例如如前所解释的刹车盘，其中工件包括承载体、最好是铸造体，其上的处理表面形成承载体表面的至少一个局部区域。在处理表面上施加精加工层，例如通过高速火焰喷涂[HVOF]或激光沉积熔焊、尤其最好是极高速激光沉积熔焊[EHLA]。在此现在提议再压密实精加工层，即在处理表面上施加精加工层之后借助热方法或机械(冷变形)方法将其再压密实。该性能已经可以在如此加工过的工件的表面处从外侧看到，但或者至少在一个步骤中或借助其它(无损)检查方法来看到。关于制造这种工件的工艺，指明以上对加工方法的说明。

工件的特点尤其是精加工层内的应力是中性的或是压应力。

在此，在一个变型中或也在相同的实施方式中提出一种具有相同的基本前提条件的工件，其中具有处理表面的承载体因此具有精加工层。就此指明以上描述。现在在此提出，精加工层内的应力是中性的或是压应力。此外优选的是在处理表面中至少在精加工层附近的应力是中性的或是压应力。这借助热方法(例如消除应力退火)或机械方法(冷变形)可低成本地实现。在一个优选实施方式中，精加工层(或处理表面)内的应力不仅是中性的或是压应力，也被再压密实。在一个有利实施方式中，精加工层内的且优选还有处理表面内的应力均匀分布，并且最大偏差最多为15％[百分之十五]、优选不到15％。关于制造和优点，指明先前描述。

还在工件的一个有利实施方式中规定，工件借助按照上述的一个实施方式的加工方法被加工。

还在工件的在一个有利实施方式中规定，该工件是具有旋转轴线的旋转工件，最好是机动车用刹车盘。

在此提出，工件是旋转工件，其中旋转工件在施加精加工层时绕中心旋转轴线被旋转。通常，唯一的进给轴线于是足以用于精加工层施涂用涂覆单元。在处理表面具有圆柱形状的情况下，进给轴线平行于旋转轴线(对应于圆柱轴线)取向。在处理表面的圆柱顶形状或盘状的情况下，进给轴线平行于旋转轴线(对应于圆柱轴线或者盘轴线)的半径取向。还优选设有供给轴线或校准轴线，其中它特别优选在涂覆过程中或在测量时适应于涂覆速度或测量速度地可移动。或者，供给轴线只能缓慢运动并且仅在精加工层施涂或测量或相关过程的中间步骤开始之前被调设。

在一个有利实施方式中，旋转工件是机动车用刹车盘(含运营车辆)。处理表面是摩擦面，其在工作中在机动车减速时接触到刹车块。基盘例如是铸造的，例如由钢或片状灰口铸铁铸造。精加工层包括碳化物，其用于精加工表面的期望的粗糙度和摩擦强度。例如精加工层是MMC[金属基材复合物]，其优选包括不锈钢作为基材材料。添加料例如是铌[Nb]、硅[Si]、铬[Cr]和/或钛[Ti]。精加工层在一个实施方式中按具有不同组成的两个以上的层组成，其中例如(优选仅)设有结合层和摩擦层。对于一般的技术背景，指明DE102018120897A1。

在一个有利实施方式中，刹车盘具有在工件外径处的高度差在最多10微米至200微米之间的屏蔽。因此这种屏蔽位于刹车盘最终状态所允许的区域内并且不需要因为有屏蔽而从精加工层去除材料。或者，待去除材料的高度在与用于平衡波浪性和/或高度最小值与高度最大值之间最大差的相同的数值范围内，其中最好借助上述测量方法来确保不存在效果相加。存在这种相加的工件作为废品被拣出或者(个别情况下)施加较大的层厚或果断地事后填充高度最小值。后者情况可以伴随上述测量方法实现，因为使测量单元(和涂覆单元)参照该工件并因此知道高度最小值的精确位置。

在一个有利实施方式中，精加工层将包括附着层和功能层、最好是摩擦层，其中该附着层布置在该处理表面与该功能层之间。

在一个实施方式中，该附着层最好关于精加工层被再压密实，仅该附着层被再压密实，和/或该附着层的应力、最好仅该附着层的应力是中性的或是压应力。

以下将建于相关的技术背景参照表示优选设计的附图来详细解释上述发明。单纯示意性的图绝没有限制本发明，在此要注意的是所述图并非是尺寸精确的并且并不适用于限定尺寸比，图示出：

图1示出用于具有精加工层的工件的加工方法的流程图；

图2示出在根据图1的加工方法的步骤c.期间内的工件；

图3示出在加工方法的步骤c.之后的根据图2的工件；和

图4以俯视示意图示出具有刹车盘的机动车。

在图1中示出用于具有精加工层2的工件1的加工方法的流程图。在步骤a.中提供具有处理表面3的工件1。例如工件1是具有旋转轴线5的旋转工件例如刹车盘6(参见图4)。

在下一步骤b.中使处理表面3具有精加工层2，例如借助适用于此的自动化涂覆装置。这种精加工层2包括例如附着层和/或带有碳化物的摩擦层和/或耐蚀层。

在最后一个步骤c.中，工件1的精加工层2内的应力和单纯可选地还有处理表面3内的应力被减小。如果应力被减小，则在精加工层2与处理表面3之间的连接的长久强度得到改善，因为从外侧输入的力例如在刹车盘6情况下在制动过程中的剪切力矩未相加到已有的应力。拉应力优选被减小或被转换为压应力。附着层处的应力优选被减小。

在图2中示出在根据图1的加工方法的步骤c.期间内的工件1。工件1包括承载体4、单纯可选的是铸造体，在其上根据图示在上方布置该承载体4的处理表面3。在处理表面3上施加具有(比)表面密度的精加工层2，例如通过极高速激光沉积熔焊[EHLA]。由于在施加精加工层2时的热输入出现工件1的局部应力和变形，故此处所示的工件1具有由精加工层2(因而也是处理表面3)内的拉应力引起的弯曲。

在所表明的步骤c.中，精加工层2现在单纯可选地借助机械冷变形如呈圆柱形辊形式的滚轧装置8被再压密实。单纯可选地，滚轧装置8为此按照预定轨迹以预定的压紧压力滚压到精加工层2上，其中滚轧装置8在此被压入精加工层2中(故根据图示滚轧装置8与精加工层2重叠地被示出)并且将其再压密实。单纯可选地，在处理表面3外的材料也在此被再压密实。压实造成精加工层2内的或在精加工层2与处理表面3之间的拉应力的减小。

在冷成形的情况下，还减小精加工层2的粗糙度，并且淡出能可选地增大该精加工层2的和单纯可选地该处理表面3的表面密度。利用减小的粗糙度，例如利用切削加工的再处理步骤例如是多余的，或者成本降低，为此出现较短的机器时间并且可采用更少量的材料。利用更高的表面密度，一方面获得精加工层2(或处理表面3)的更高强度，另一方面也可以获得精加工层2与处理表面3之间的连接的改善。因此可以获得更好的长期强度和/或可减小材料用量。

在图3中示出在加工方法的步骤c.之后的根据图2的工件1。在此能清楚看到精加工层2内的应力是中性的。此外单纯可选地，在处理表面3内至少靠近精加工层2的应力是中性的。这借助机械方法(见图2)低成本地实现并且因此因精加工层2的施加而造成的工件1变形减小，或甚至又消除，或许甚至引生压应力。

在图4中以俯视示意图示出具有刹车盘6的机动车7。机动车7具有四个轮，其中每两个轮9对置布置在同一轮轴线(等同于刹车盘6的旋转轴线5)上。在此例子中，每个轮9具有带有旋转轴线5的刹车盘6，其中轮9和刹车盘6抗扭矩地连接。

例如在刹车盘6的对置两侧的每一侧，借助图1所示的加工方法施加一个精加工层2。每个刹车盘6配属于一对刹车块10，其中刹车块10固定连接至车身。为了机动车7的减速，(每个或独立控制地)将各自刹车块10压紧到各自刹车盘6上。制动能量的大部分作为废热被输入各自刹车盘6中，这就是为何精加工层2承载高温和高剪切载荷和高压。精加工层2必须承受住该荷载情况。

利用此处提出的加工方法和工件，可以用低成本的手段获得精加工层的高质量和长使用寿命。

附图标记列表

1 工件

2 精加工层

3 处理表面

4 承载体

5 旋转轴线

6 刹车盘

7 机动车

8 滚轧装置

9 轮

10 刹车块

Claims

1.一种用于具有精加工层(2)的工件(1)的加工方法，该加工方法具有以下步骤：

a.提供具有处理表面(3)的工件(1)；和

b.使所述处理表面(3)具有精加工层(2)，

其特征是，该加工方法还至少包括以下步骤：

c.减小所述精加工层(2)内的应力。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其中，在步骤c.中，在所述精加工层(2)内并且最好也在所述处理表面(3)内的应力借助以下方法中的至少一种方法被减小：

-消除应力退火；

-滚轧；

-锤锻；

-压制。

3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其中，还相比于借助步骤b.的涂覆结果，获得以下性能中的至少一个性能：

-减小的粗糙度；和

-增大的表面密度，

其中，最好在步骤c.中获得所述至少一个性能。

4.根据前述权利要求中任一项所述的加工方法，其中，所述精加工层(2)包括附着层和功能层、优选是摩擦层，其中，所述附着层被布置在所述处理表面(3)与所述功能层之间。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其中，在步骤c.中，最好关于仅在所述附着层中的所述精加工层(2)减小所述附着层内的应力。

6.一种具有精加工层(2)的工件(1)，其中，所述工件(1)具有带有处理表面(3)的承载体(4)，其中，在所述处理表面(3)上施加精加工层(2)，其特征是，所述精加工层(2)被再压密实。

7.一种具有精加工层(2)的工件(1)，其中，所述工件(1)具有带有处理表面(3)的承载体(4)，其中，在所述处理表面(3)上施加精加工层(2)，其特征是，所述精加工层(2)内的应力是中性的或是压应力。

8.根据权利要求6或7所述的工件(1)，其中，所述工件(1)借助根据权利要求1至5中任一项所述的加工方法被加工。

9.根据权利要求6至9中任一项所述的工件(1)，其中，所述工件(1)是具有旋转轴线(5)的旋转工件，优选是机动车(7)的刹车盘(6)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的工件(1)，其中，所述精加工层(2)包括附着层和功能层、优选是摩擦层，其中，所述附着层被布置在所述处理表面(4)与所述功能层之间。

11.根据权利要求10所述的工件(1)，其中，所述附着层最好关于所述精加工层(2)仅所述附着层被再压密实，和/或所述附着层的应力最好关于所述精加工层(2)、仅所述附着层的应力是中性的或是压应力。