DE102009025621B4

DE102009025621B4 - Method for producing a metallic component with a hardened surface layer and component produced therefrom

Info

Publication number: DE102009025621B4
Application number: DE200910025621
Authority: DE
Inventors: Manuel 70327 Michel; Silvia Dr. 89075 Tomaschko; Johannes M.Sc. 71032 Wied
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: DE102009025621A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils (12) mit einer gehärteten Oberflächenschicht (22), wobei die Oberflächenschicht (22) durch eine klopfende oder hämmernde Bearbeitung mittels eines Schlagkopfes (14) gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hämmern oder Klopfen definierte Oberflächentopographien in die Oberflächenschicht (22) eingebracht werden, welche die Form von Wellen, Rillen oder sonstigen Vertiefungen aufweisen.A method for producing a metallic component (12) with a hardened surface layer (22), the surface layer (22) being hardened by tapping or hammering processing using a striking head (14), characterized in that defined surface topographies in the Surface layer (22) are introduced which have the shape of waves, grooves or other depressions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for producing a coated component according to the preamble of patent claim 1.

Verfahren zur Herstellung gehärteter Oberflächen bei Metallen beruhen insbesondere auf thermischen Prozessen.Processes for producing hardened surfaces of metals are based in particular on thermal processes.

Es ist auch bekannt metallische Bauteile durch Beschichten mit Hartstoffen oberflächlich zu härten. Verfahren zum Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischer Spritzverfahren sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Weiterhin ist es bekannt, dass derartige Spritzschichten vergleichsweise porös sind und daher nicht die theoretisch zu erwartende Härte aufweisen. Aus der US 5,277,936 A ist beispielsweise bekannt, die Spritzschicht mittels Kugelstrahlen zu kompaktieren.It is also known to cure metallic components by coating with hard materials on the surface. Methods for coating component surfaces by means of thermal spraying methods are known in the prior art as generally known. Furthermore, it is known that such spray coatings are relatively porous and therefore do not have the theoretically expected hardness. From the US 5,277,936 A For example, it is known to compact the sprayed layer by means of shot peening.

Das Kugelstrahlen ist dabei nicht geeignet, die gewünschte Härtung der Metalloberfläche oder der Beschichtung zu erreichen.Shot blasting is not suitable for achieving the desired hardening of the metal surface or the coating.

In der DE 198 09 581 A1 wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten von metallischem Material beschrieben. Das metallische Material wird zwischen einem Hammerteil und einem Ambossteil eingebracht und die Bearbeitung erfolgt, indem das Hammerteil durch Ultraschall erregt wird.In the DE 198 09 581 A1 An apparatus for processing metallic material will be described. The metallic material is introduced between a hammer part and an anvil member, and the working is done by ultrasonically exciting the hammer part.

Aus der DE 102 43 415 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer Werkstückoberfläche bekannt, indem die Werkstückoberfläche zumindest teilweise plastisch verformt wird. Die Oberfläche wird hierzu mit einem Kontaktschuh beaufschlagt, der auf einer in axialer Richtung schwingenden Sonotrode befestigt ist.From the DE 102 43 415 A1 is a method for generating residual compressive stresses in a workpiece surface known by the workpiece surface is at least partially plastically deformed. The surface is for this purpose acted upon by a contact shoe which is fastened on a sonotrode oscillating in the axial direction.

Die WO 2007 016 919 A1 offenbart eine elektromechanische Vorrichtung zur Bearbeitung, Glättung und Kaltverfestigung der Oberfläche von Bauteilen durch das Hämmern eines Schlagkopfes auf die Oberfläche der Bauteile. Der Schlagkopf wird durch das Fließen eines Wechsel- oder gepulsten Erregerstromes bewegt.The WO 2007 016 919 A1 discloses an electromechanical device for machining, smoothing, and work hardening the surface of components by hammering a percussion head onto the surface of the components. The impact head is moved by the flow of an alternating or pulsed excitation current.

Ein weiteres Verfahren zum Oberflächenverfestigen von Bauteilen ist aus der WO 2006 058 518 A1 bekannt. Zur Verfestigung wird die Oberfläche mit einem im Ultraschallfrequenzbereich angeregten, sonotrodenartigen Werkzeug bearbeitet. Die Wirkrichtung des Werkzeugs wird dabei schräg zu der zu verfestigenden Oberfläche des Bauteils ausgerichtet.Another method for surface hardening of components is from WO 2006 058 518 A1 known. For solidification, the surface is processed with a sonotrode-like tool excited in the ultrasonic frequency range. The effective direction of the tool is aligned obliquely to the surface to be solidified of the component.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass sowohl die Härte einer thermisch aufgetragenen Spritzschicht als auch die Eigenschaften eines Bauteilgrundkörpers verbessert werden.It is an object of the present invention, a method according to the preamble of claim 1 further develop so that both the hardness of a thermally applied sprayed layer and the properties of a component body are improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst und mit einem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 13.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and having a component having the features of claim 13.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einer gehärteten Oberflächenschicht, vorgesehen, wobei die Oberflächenschicht durch eine klopfende oder hämmernde Bearbeitung mittels eines Schlagkopfes gehärtet wird. Der Schlagkopf kann dabei ein Vielfaches der Energie pro Flächeneinheit im Vergleich zum Kugelstrahlen einbringen. Ein besonders großer Vorteil des Schlagkopfes liegt darin, dass er auf sehr eng begrenztem Raum gezielt eingesetzt werden kann. Hierdurch lassen sich eng begrenzte und scharf voneinander abgehobene Bereiche mit unterschiedlicher Oberflächen-Nachbehandlung herstellen.According to the invention, a method is thus provided for producing a component with a hardened surface layer, wherein the surface layer is hardened by a knocking or hammering treatment by means of a striking head. The impact head can bring in a multiple of energy per unit area compared to shot peening. A particularly great advantage of the impact head is that it can be used selectively in a very narrow space. This makes it possible to produce narrowly defined and sharply raised areas with different surface aftertreatment.

Unter der Oberflächenschicht ist der Randbereich oder eine Randschicht des Bauteils zu verstehen. Diese kann aus demselben Grundmaterial wie das gesamte Bauteil bestehen oder auch aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise einer Beschichtung oder dünnen Oberflächenschicht. Werden beim Hämmern oder Klopfen Oberflächentopographien in Form von Vertiefungen oder abgesetzten Bereichen erzeugt, liegen diese innerhalb des gehärteten Bereichs oder in der Schicht.Under the surface layer is the edge region or an edge layer of the component to understand. This may consist of the same base material as the entire component or of another material, for example a coating or a thin surface layer. If surface topographies in the form of depressions or settled areas are produced during hammering or tapping, they lie within the hardened area or in the layer.

Das Hämmern oder Klopfen wird bevorzugt auf metallischen Bauteiloberflächen angewendet. Hier werden durch die hohen Energien der Nachbehandlung quasi Mikroschmiedeprozesse ausgelöst, die ein metallisches Aufhärten bewirken. Ebenso werden vorteilhafte Druckeigenspannungen in die Oberfläche eingebracht. Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens findet sich bei der Behandlung der Oberflächen von Umformwerkzeugen. Wird eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung auf dem Bauteil aufgebracht, so findet die vorteilhafte Materialverfestigung sowohl in der Beschichtung als auch, je nach Beschichtungsdicke auch im Substratwerkstoff der Beschichtung statt.Hammering or tapping is preferably applied to metallic component surfaces. Here, the high energies of the after-treatment virtually trigger micro-forging processes, which cause a metallic hardening. Likewise, advantageous residual compressive stresses are introduced into the surface. A preferred application of the method is in the treatment of the surfaces of forming tools. If an additional surface coating is applied to the component, the advantageous material hardening takes place both in the coating and, depending on the coating thickness, also in the substrate material of the coating.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden beschichtete Bauteile durch Hämmern oder Klopfen nachbehandelt. Die Oberflächenschicht des Bauteils wird hierbei durch eine Beschichtung, insbesondere durch eine thermische Spritzschicht gebildet. Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils wird zunächst eine Oberflächenschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf eine Oberfläche des Bauteils aufgebracht und das Bauteil mit der Oberflächenschicht anschließend durch eine klopfende Bearbeitung, insbesondere mittels eines Schlagkopfes nachbehandelt. Als Beschichtungen kommen Verschleißschutzschichten oder Gleitbeschichtungen in Betracht.In a further preferred embodiment, coated components are aftertreated by hammering or tapping. In this case, the surface layer of the component is formed by a coating, in particular by a thermal spray coating. In such a method for producing a coated component, first of all a surface layer is applied to a surface of the component by means of a thermal spraying method and the component with the surface layer is subsequently applied by a tapping process, aftertreated in particular by means of a striking head. As coatings wear protection layers or sliding coatings come into consideration.

Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die klopfende Bearbeitung des Bauteils mit der Oberflächenschicht in mindestens zwei Durchgängen erfolgt. Verglichen mit Oberflächenbehandlungen mit nur einem Durchgang wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann so eine zusätzliche Verbesserung der Bauteilqualität erzielt werden. Im ersten Durchgang wird dabei wie bereits bekannt die Oberflächenschicht verdichtet, ihre Porengröße und -anzahl reduziert, ihre Oberfläche geglättet, sowie ihre Haftung an einem Grundkörper des Bauteils verbessert. Aufgrund der bereits im ersten Durchgang erfolgten Verdichtung und Kompaktierung der Oberflächenschicht kann beim zweiten Durchgang der klopfenden Bearbeitung Energie tiefer in das Bauteil eingeleitet werden, so dass Druckeigenspannungen nicht nur in der Oberflächenschicht, sondern auch im Grundkörper des Bauteils erzeugt werden, wodurch eine Härtung des Bauteils erzielt wird.Particularly preferably, it is provided that the tapping processing of the component takes place with the surface layer in at least two passes. Compared with single-pass surface treatments as known in the art, additional component quality improvement can be achieved. In the first pass, as already known, the surface layer is compacted, its pore size and number are reduced, its surface is smoothed, and its adhesion to a main body of the component is improved. Due to the already made in the first round compaction and compaction of the surface layer can be introduced deeper into the component during the second pass of the knocking processing energy, so that residual compressive stresses are generated not only in the surface layer, but also in the main body of the component, causing a hardening of the component is achieved.

Der erste Klopfdurchgang dient zur Verfestigung der Oberfläche. Im zweiten Durchgang wird mit mehr Energie die Tiefenwirkung der Verdichtung und der Einbringung von Druckeigenspannungen erreicht. Würde bereits beim ersten Klopfdurchgang mit diesem hohen Energieeintrag gearbeitet werden, hätte dies eine Zerrüttung der Oberfläche zur Folge.The first knock passage serves to solidify the surface. In the second pass, the depth effect of compaction and the introduction of compressive residual stresses is achieved with more energy. If this high energy input were to be used already at the first knock cycle, this would result in a disruption of the surface.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, in beiden Durchgängen das Bauteil jeweils im Bereich der vollständigen Oberflächenschicht nachzubehandeln.It is particularly advantageous to post-treat the component in each case in the area of the complete surface layer in both passes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schläge des Schlagkopfes gegen das Bauteil im Bereich der Oberflächenschicht im zweiten Durchgang eine höhere Energie auf als die Schläge des Schlagkopfes gegen das Bauteil im Bereich der Oberflächenschicht im ersten Durchgang. Der erste Durchgang ist somit auf eine Kompaktierung und Festigung der Oberflächenschicht selbst ausgelegt. Nachdem so insbesondere auch die Haftung der Oberflächenschicht am Grundkörper des Bauteils verbessert worden ist, kann im zweiten Durchgang mit Schlägen höherer Energie gearbeitet werden, so dass das gewünschte Ausmaß an Druckeigenspannungen im Grundkörper des Bauteils aufgebaut wird. Insbesondere ist es möglich, mit so hohen Klopfenergien zu arbeiten, die ohne die Vorbehandlung der Oberflächenschicht im ersten Durchgang dazu führen würden, dass die Oberflächenschicht sich eventuell teilweise vom Grundkörper ablöst.In a further embodiment of the invention, the blows of the impact head against the component in the region of the surface layer in the second pass higher energy than the blows of the impact head against the component in the region of the surface layer in the first pass. The first passage is thus designed for compaction and consolidation of the surface layer itself. After, in particular, the adhesion of the surface layer has been improved on the main body of the component, can be used in the second passage with higher energy beats, so that the desired level of residual compressive stresses in the main body of the component is constructed. In particular, it is possible to work with such high knocking energies that, without the pretreatment of the surface layer in the first pass, would result in the surface layer possibly becoming partially detached from the base body.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, Parameter der Nachbehandlung, wie beispielsweise ein Aufprallimpuls des Schlagkopfes, ein Aufprallwinkel des Schlagkopfes, eine Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfläche und Schlagkopf, eine Klopffrequenz des Schlagkopfes und dergleichen, in Abhängigkeit von einer jeweiligen Position des Schlagkopfes im Bereich der Oberflächenschicht zu variieren. Damit können die Eigenschaften der Oberflächenschicht und des Grundkörpers des Bauteils auf lokal unterschiedliche, im Betrieb des Bauteils zu erwartende Belastungen angepasst werden.It is furthermore particularly advantageous to vary parameters of the aftertreatment, such as, for example, an impact impulse of the impact head, an impact angle of the impact head, a relative speed between surface and impact head, a knock frequency of the impact head and the like, in the region of the surface layer, depending on a respective position of the impact head , Thus, the properties of the surface layer and the body of the component can be adapted to locally different, expected during operation of the component loads.

So können funktionsoptimierte Oberflächentopografien geschaffen werden. Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, eine definierte Oberflächentopographie in die Oberfläche einzubringen. Hierbei sind Wellen, Rillen oder sonstige Vertiefungen möglich.Thus, functionally optimized surface topographies can be created. According to the invention, it is possible to introduce a defined surface topography into the surface. Here, waves, grooves or other depressions are possible.

Hierdurch lässt sich in einfacher Weise sowohl eine Oberflächenhärtung als auch eine Oberflächenstrukturierung in einem Prozessschritt durchführen.As a result, both a surface hardening and a surface structuring can be carried out in a simple manner in one process step.

Je nach Anwendungsgebiet sind auch weitere lokale Anpassungen möglich. Handelt es sich bei der zu bearbeitenden Bauteiloberfläche beispielsweise um eine Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine. So ist es hier beispielsweise möglich, durch eine derart definierte lokale Nachbehandlung Schmiertaschen als Ölrückhaltevolumen einzubringen. Auch definierte Unrundheiten – beispielsweise als Ausgleich für zu erwartende thermische Verformungen im Betrieb der Zylinderlaufbahn – können so eingebracht werden.Depending on the field of application, further local adjustments are possible. If the component surface to be processed is, for example, a cylinder bore of an internal combustion engine. Thus, it is possible, for example, to introduce lubricating pockets as an oil retention volume through such a defined local after-treatment. Even defined non-circularities - for example, as compensation for expected thermal deformations during operation of the cylinder bore - can thus be introduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schlagkopf robotisch geführt. Dadurch ist eine besonders präzise Einstellung lokaler Variationen der Oberflächenparameter möglich.In a further preferred embodiment of the invention, the impact head is guided robotic. This allows a particularly precise adjustment of local variations of the surface parameters.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings. Hereby show:

1 eine robotisch geführte Vorrichtung zur klopfenden Bearbeitung einer Bauteiloberfläche, 1 a robotically guided device for tapping a component surface,

2 ein Schliffbild durch ein Bauteil mit einer thermischen Spritzschicht, welches bereichsweise klopfend bearbeitet wurde, 2 a microsection through a component with a thermal spray coating which has been tapped in some areas,

3 ein Mikrogramm einer Bauteiloberfläche vor klopfender Bearbeitung, und 3 a microgram of a component surface before tapping processing, and

4 ein Mikrogramm einer Bauteiloberfläche nach klopfender Bearbeitung. 4 a microgram of a component surface after tapping.

Zur Härtung einer Oberfläche eines Bauteils 12, bei dem es sich hier um ein Tiefziehwerkzeug handelt, wird ein Schlagkopf 14 mittels eines Industrieroboters 16 über die Oberfläche des Tiefziehwerkzeugs 10 des Bauteils 12 geführt. Der Schlagkopf weist einen kugelförmigen Stößel 18 auf, der von Elektromagneten im Schlagkopf 14 in einer sinusförmigen Bewegung geführt wird. Durch den Roboter 16 wird der Schlagkopf dabei langsam über die gesamte Oberfläche geführt. Parameter die hierbei variiert werden können sind unter anderem die Geometrie der Spitze 18 des Schlagkopfes 14. Diese kann einerseits kugelförmig mit unterschiedlichen Kugelgrößen gestaltet sein, andererseits aber auch andere Geometrien wie beispielsweise Kegelform annehmen. Aufprallimpuls, sowie Aufprallwinkel der Spitze 18 des Schlagkopfes 14 bewirken weiterhin unterschiedliche Effekte auf die zu bearbeitende Oberfläche des Tiefziehwerkzeugs 10. Auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Schlagkopf 14 und Bauteil 12, also die Geschwindigkeit mit der der Schlagkopf 14 vom Roboter 16 relativ zum Bauteil 12 geführt wird, hat einen Einfluss auf die erzielte Oberflächenqualität. Weiterhin kann der gewünschte Effekt durch Variation der Klopffrequenz, des Materials der Spitze 18 sowie der Oberflächengüte der Spitze 18 des Schlagkopfes 14 eingestellt werden. Je nach Anwendungsgebiet kann dabei eine möglichst glatte Oberfläche oder auch eine Oberfläche mit einer gewissen Restwelligkeit, beispielsweise mit Wellenlängen im Bereich von 10 bis 100 μm erwünscht sein. Durch die exakte robotische Kontrolle des Schlagkopfes 14 können weiterhin lokal definierte Topografien in die Oberfläche 10 des Bauteils 12 eingebracht werden. Beispielsweise können so Gradienten der Oberflächengüte erzeugt werden.For hardening a surface of a component 12 , which is a deep-drawing tool here, becomes a striking head 14 by means of an industrial robot 16 over the surface of the Deep-drawing tool 10 of the component 12 guided. The impact head has a spherical plunger 18 up, the electromagnet in the blow head 14 is guided in a sinusoidal movement. By the robot 16 the impact head is slowly guided over the entire surface. Parameters that can be varied include the geometry of the tip 18 the blow head 14 , This can on the one hand be designed spherically with different ball sizes, but on the other hand assume other geometries such as conical shape. Impact impulse, as well as impact angle of the tip 18 the blow head 14 continue to cause different effects on the surface of the thermoforming tool to be machined 10 , Also the relative speed between impact head 14 and component 12 So the speed with the striker 14 from the robot 16 relative to the component 12 has an influence on the achieved surface quality. Furthermore, the desired effect can be achieved by varying the knocking frequency of the material of the tip 18 as well as the surface quality of the tip 18 the blow head 14 be set. Depending on the field of application, a surface which is as smooth as possible or even a surface with a certain residual ripple, for example with wavelengths in the range from 10 to 100 μm, may be desired. Due to the exact robotic control of the impact head 14 can continue to have locally defined topographies in the surface 10 of the component 12 be introduced. For example, it is thus possible to generate gradients of the surface quality.

Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Bearbeitung von den in 1 gezeigten Tiefziehwerkzeugen als Bauteil 12. Besondere Vorteile entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren bei der Bearbeitung von thermisch beschichteten Oberflächen, beispielsweise von Zylinderlaufbahnen in Brennkraftmaschinen.The method is not only suitable for processing the in 1 shown thermoforming tools as a component 12 , The process according to the invention exhibits particular advantages in the processing of thermally coated surfaces, for example cylinder liners in internal combustion engines.

Weitere bevorzugt mittels Klopfens oder Hämmerns nachbehandelte Bauteile sind Pleuel oder Nockenwellen.Other components preferably treated by knocking or hammering are connecting rods or camshafts.

2 zeigt ein Schriftbild durch eine derart beschichtete Oberfläche. Auf einem Grundkörper 20 des Bauteils 12 ist zunächst durch ein thermisches Spritzverfahren wie beispielsweise Plasmaspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen eine Oberflächenschicht 22 aufgebracht worden. Der in 2 markierte Bereich IIA zeigt dabei die Oberflächenschicht 22 nach ihrem Aushärten, aber vor einer klopfenden Behandlung. Wie zu erkennen ist, ist die Oberfläche 24 des Grundkörpers 20 beim Aufbringen der Spritzschicht teilweise angeschmolzen worden, so dass sich Grundkörper 20 und Oberflächenschicht 22 ineinander verzahnen. In ihrem unbehandelten Zustand weist die Oberflächenschicht 22 große Poren 26 sowie das Bauteil eine relativ raue Bauteiloberfläche 28 auf. Durch die verfahrensgemäße klopfende Behandlung werden die Poren 26 in ihrer Größe und Anzahl reduziert, wie im Bereich IIB der 2 zu erkennen. Zudem wird die Rauigkeit der Bauteiloberfläche 28 herabgesetzt. Durch das Durchführen von zwei klopfenden Behandlungen nacheinander ist es möglich, dass beim zweiten Durchgang der klopfenden Behandlung aufgrund der bereits vorkompaktierten Oberflächenschicht 22 mehr Energie in den Grundkörper 20 des Bauteils eingebracht wird. In diesem bauen sich daher Druckeigenspannungen auf, die in bekannter Weise eine Härtung und Verfestigung des Grundkörpers 20 sorgen. 2 shows a typeface through such a coated surface. On a basic body 20 of the component 12 is first a surface layer by a thermal spraying process such as plasma spraying or electric arc wire spraying 22 been applied. The in 2 marked area IIA shows the surface layer 22 after hardening, but before a tapping treatment. As you can see, the surface is 24 of the basic body 20 Partially melted during application of the spray coat, so that body 20 and surface layer 22 interlock. In its untreated state, the surface layer shows 22 big pores 26 as well as the component a relatively rough component surface 28 on. The tapping treatment causes the pores 26 reduced in size and number, as in area IIB the 2 to recognize. In addition, the roughness of the component surface 28 reduced. By performing two tapping treatments one after the other it is possible that on the second pass of the tapping treatment due to the already precompacted surface layer 22 more energy in the body 20 of the component is introduced. In this build up therefore pressure compressive stresses on the hardening and solidification of the body in a known manner 20 to care.

Die Glättung der Bauteiloberfläche 28 ist nochmals in den 3 und 4 in dreidimensionalen Mikrografien dargestellt. 3 zeigt dabei eine unbehandelte Bauteiloberfläche 28 und 4 die Bauteiloberfläche 28 nach der klopfenden Behandlung. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Oberflächengeometrie insgesamt homogener geworden ist und lediglich eine geringe Restwelligkeit zurückbleibt.The smoothing of the component surface 28 is again in the 3 and 4 shown in three-dimensional micrographs. 3 shows an untreated component surface 28 and 4 the component surface 28 after the tapping treatment. It can be clearly seen that the surface geometry as a whole has become more homogeneous and only a small residual ripple remains.

Die 5 und 6 zeigen die Ergebnisse von Rauhigkeitsuntersuchungen, in der Form von Mikrotopographien. In 5 ist eine Reihe von aufeinander folgenden Vertiefungen aus Klopfkugelabdrücken 29 dargestellt. Werden diese Klopfkugelabdrücke in regelmäßigen Reihen nebeneinander angeordnet ergeben sich Wellenprofile. Bevorzugte Bauteile mit einer aufgehärteten Randschicht weisen dabei eine mikroskopische Welligkeit auf, welche durch eine Vielzahl von rundlichen Vertiefungen mit mittleren Durchmessern im Bereich von 10 bis 100 μm und Tiefen von 5 bis 25 μm gebildet werden. Dabei liegt die Rautiefe R(z) auf den Wellen, bzw. in den Vertiefungen unterhalb 2 μm. Diese geringe erreichbare Rautiefe bzw. hohe Glätte des Oberflächenprofils ist ein typisches Charakteristikum des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die außerordentlich glatte Oberfläche, bzw. geringe Rautiefe R(z) wird nochmals in 7 durch ein gemessenes Tiefenprofil senkrecht zur Oberfläche dargestellt. Die Berge zwischen den regelmäßigen Vertiefungen weisen im Vergleich zu den Strukturgrößen der Vertiefungen nur vergleichsweise geringe Mikrorauigkeit auf. Die vorliegende Oberflächentopographie zeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich andersartige Oberflächentopographien erzeugen lassen als mit bekannten spanabhebenden Strukturierungsverfahren.The 5 and 6 show the results of roughness studies, in the form of microtopographies. In 5 is a series of successive depressions from knocking ball marks 29 shown. If these Knockkugelabdrücke arranged in regular rows next to each other results in wave profiles. Preferred components with a hardened edge layer in this case have a microscopic waviness, which are formed by a plurality of roundish depressions with average diameters in the range of 10 to 100 microns and depths of 5 to 25 microns. The roughness R (z) is on the waves, or in the wells below 2 microns. This low achievable surface roughness or high smoothness of the surface profile is a typical characteristic of the method according to the invention. The extremely smooth surface, or small roughness R (z) is again in 7 represented by a measured depth profile perpendicular to the surface. The mountains between the regular depressions have only comparatively little micro-roughness compared to the structure sizes of the depressions. The present surface topography shows that fundamentally different surface topographies can be produced with the method according to the invention than with known chip-removing structuring methods.

In 5 wird auch deutlich, dass die Klopfkugelabdrücke 29 als diskrete, d. h. nicht zusammenhängende Strukturen eingebracht werden können. Neben den eingebrachten Klopfkugelabdrücken 29 ist in 5 auch die durch Klopfen unbearbeitete Oberfläche mit Fräsriefen 30 zu sehen. Diese Struktur unterscheidet sich deutlich von der durch Hämmern oder Klopfen bearbeiteten.In 5 also becomes clear that the knocking ball marks 29 can be introduced as discrete, ie non-contiguous structures. In addition to the introduced knock ball marks 29 is in 5 also the surface untreated by tapping with milling grooves 30 to see. This structure differs significantly from that hammered or tapped.

Auch 6 zeigt eine Reihe von aufeinander folgenden Vertiefungen aus Klopfkugelabdrücken 29, die sich zu einem wellenförmigen Profil ergänzen. Im Unterschied zu 5 liegen hier kein geraden sondern geschlängelte Wellenkämme vor.Also 6 shows a series of successive depressions from knocking ball marks 29 , which complement each other to a wave-shaped profile. In contrast to 5 here are no straight but meandering wave crests.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Oberflächesurface
1212: Bauteilcomponent
1414: Schlagkopfimpact head
1616: Industrieroboterindustrial robots
1818: Spitzetop
2020: Grundkörperbody
2222: Oberflächenschichtsurface layer
2424: Oberflächesurface
2626: Porenpore
2828: Bauteiloberflächecomponent surface
2929: KlopfkugelabdrückeKnock ball prints
3030: Fräsriefenmilling marks
IIAIIA: markierter Bereichmarked area
IIBIIB: markierter Bereichmarked area

Claims

Method for producing a metallic component ( 12 ) with a hardened surface layer ( 22 ), the surface layer ( 22 ) by a knocking or hammering processing by means of a striking head ( 14 ), characterized in that surface topographies defined during hammering or tapping into the surface layer ( 22 ) are introduced, which have the form of waves, grooves or other depressions.

Method according to claim 1, characterized in that the surface layer ( 22 ) by a coating, in particular by a thermal spraying method on a surface ( 24 ) of the component ( 12 ) will be produced.

A method according to claim 2, characterized in that the knocking or hammering machining of the component ( 12 ) leads to a hardening or the introduction of residual stresses.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the knocking or hammering machining of the component ( 12 ) for hardening the surface layer ( 22 ) takes place in at least two passes.

Method according to claim 1, characterized in that in each passage the component ( 12 ) in the area of the complete surface layer ( 22 ) is treated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the blows of the impact head ( 14 ) against the component in the region of the surface layer ( 22 ) have a higher energy in the second pass than the blows of the impact head ( 14 ) against the component ( 12 ) in the area of the surface layer ( 22 ) in the first round.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal shape of the blows of the impact head ( 14 ) can be varied on the component.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that parameters of the aftertreatment, such as impact impulse of the impact head ( 14 ), Impact angle of the impact head ( 14 ), Relative velocity between surface ( 10 ) and blow head ( 14 ), Knocking frequency and the like, depending on a respective position in the region of the surface layer ( 22 ) can be varied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the impact head ( 14 ) is guided robotically or by a machine tool.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that superficial oil retention pockets, recesses or channels are formed by the surface topography.

A process for the production of camshafts, cylinder surfaces, turned cast cylinder liners, shaft journals, plungers, cams, journals or piston shirts or connecting rods for internal combustion engines according to one of the preceding claims.

Process for the production of forming tools according to one of Claims 1 to 10.

A component produced according to a method according to one of the preceding claims 1 to 12, having a surface hardened against the component interior, wherein the surface of the component has a microscopic waviness, which by a plurality of regularly juxtaposed roundish depressions having average diameters in the range of 10th to 100 microns and depths of 5 to 25 microns are formed, the roughness R (z) is on the waves and in the wells below 2 microns.

Component according to claim 13, characterized in that the microscopic ripple is produced by a method according to one of claims 1 to 10.