滚压工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚压工具，具有在进给方向突起的滚子支架，在该滚子支架上在周向上能绕滚子轴线转动地设置一个或多个用于加工工件表面的滚压滚子。
【背景技术】
[0002]滚压工具用于通过滚压滚子形式的滚动体无切削地平整粗糙的表面。金属表面在粗加工例如车、铣、磨等之后通常具有表面结构或粗糙，这通过为精加工的辊压过程能完全变平滑。在此载有滚压滚子的滚子支架在周向上旋转地沿径向在要被平滑的工件面上移动，其中滚压滚子接触工件表面。给予滚压滚子的挤压力，工件表面层通过塑性变形变得平滑。为此，滚压滚子在滚压时被施加垂直于工作面的力(滚压力)。因此，除了平滑作用，在工件上还实现增强作用。
[0003]要被平滑的工件通常由软材料例如铝构成，滚压滚子由较硬材料例如钢构成。
[0004]在传统滚压工具中平滑作用是很重要的，还能附加利用滚压工具的增强效果和变形效果。已经证明，在要被加工的表面中开设的、具有位于其间的板的槽能借助滚压工具这样变形，使得产生侧凹。起作用的滚压力在滚压中从上方压在所述板上并使这些板的顶部区段变得平滑，而槽底部基本上保持不变。这种效果可以尤其是有利的，因为借助传统的切削方法制造具有侧凹的槽复杂并且费时。接下来可将涂层质量施加到具有侧凹的槽中，其中该涂层质量能进入槽的侧凹区段中，从而该涂层质量特别固定地锚固在这些槽中。这种方法记载在还没有公开的专利申请DE 10 2013 011 726.7中。
[0005]但是已经被证明，尤其是在槽的延伸方向上作用在涂层上的力还会引起该涂层相对工件表面分离或偏移。
【发明内容】
[0006]根据本发明，该目的通过已知滚压工具的改进方案来解决，它的特征基本上在于，至少一个滚压滚子具有用于贴靠在工件上的贴靠面，该贴靠面具有粗糙区段，该粗糙区段具有关于滚子轴线径向向外突起的凸起。
[0007]换句话说，根据本发明，滚压工具不是用于平滑地变形，而是用于粗糙地变形。为此目的，在滚压中接触工件并使其在压力下变形的贴靠面的至少一个区段粗糙地构成，从而工件表面通过滚压力不是变得平滑，而是变得粗糙。为粗糙目的设在滚压滚子上的凸起从贴靠面起向外朝向要被加工的工件地突起。
[0008]本发明追溯到完全出乎意料的认识，即滚压的变形效果能与平滑效果脱离，使得这两种效果不是必须同时出现。径向上从贴靠面突起的凸起比贴靠面的平滑区域更强地压缩工件表面，使得被加工的工件表面产生粗糙度，所述凸起在滚压中沿被加工的工件表面滚动。换句话说，通过滚压力作用，在工件表面中产生贴靠面的突起的区段的负像。所述凸起在径向突起得越远，粗糙区段形成得越粗糙并且如果越不均匀，那么工件表面在滚压中也越粗糙。为了产生足够的压缩和变形效果，被证明有利的是，粗糙区段不等于整个贴靠面，而是仅形成在滚压滚子的贴靠面的一部分中。
[0009]在此证明有利的是，至少一个滚压滚子和/或滚子支架至少区段地圆锥形地构成，使得圆锥形地延伸的滚压滚子和/或滚子支架的区段彼此相向并且优选彼此接触。在此，滚子支架可以在进给方向上圆锥形地缩小，滚压滚子在进给方向上圆锥形地扩大。在这种情况下，在加工工件时滚压工具在工件表面沿进给方向移动时，滚压滚子既在径向上也在与进给方向相反的方向上压在滚子支架的圆锥形外表面上，使得在滚压时出现的力能以有利的方式导入滚子支架中。
[0010]为了贴靠面的面向工件的区域尽管贴靠面的锥度还基本上平行于工件表面延伸，滚子轴线相对进给方向可倾斜例如该椎体的张角的约一半。换句话说，滚压滚子以倾斜的姿势靠在滚子支架的圆锥形的外表面上。
[0011]可以保证工件表面尤其有效地变粗糙，其方式是向外突起的凸起由硬材料例如硬金属、金刚石或类似材料构成。所述凸起可以与滚压滚子一体地或单件地构成。但优选地，它们后来至少区段地被施加在滚压滚子的贴靠面的本来光滑的区域上。粗糙区段可在周向上完全环绕滚压滚子。这具有的优点是，在滚压滚子在工件表面滚动时，不是仅区段地产生粗糙。
[0012]工件表面的令人满意的粗糙度可这样实现，向外突起的凸起从基本上平滑地构造的贴靠面上突起大于10 μ m、优选大于100 μ m，并且小于2mm、优选小于1mm。如果所述凸起从贴靠面上突起得不够远，产生不了足够的粗糙效果。如果反过来突起得太远，工具和/或工件会由于太大的力而损坏。
[0013]向外突起的凸起能按照颗粒和/或沟纹的形式优选以不规则的样式从贴靠面上突起。具有颗粒状的优选不规则的凸起的粗糙区段能这样制造，即可硬化的凸起材料尤其是以液态的形式喷射或喷镀到贴靠面上，然后被硬化。例如可将液态的硬金属环绕地喷射到贴靠面的一个区段上，从而以不规则的排列产生点状或条纹状凸起。硬金属在冷却后硬化。变换地或附加地，可以在贴靠面上固定例如金刚石颗粒或其它颗粒状材料。
[0014]滚压工具可以具有两个、三个或更多的滚压滚子，它们以周向上相同间距设置在滚子支架上。但是已经证明，如果多个粗糙区段或多次地在工件的同一区域上滚动，工件表面的粗糙度能消除。这是因为，在这种情况下通过滚动的凸起在工件表面产生的凹陷取得太大的面积，这整体上对粗糙度又产生不利的影响。因此，根据本发明可提出，不是所有的滚压滚子都带有凸起，优选仅一个滚压滚子带有凸起。粗糙区段在进给方向的尺寸或者滚压工具的进给速度能这样适配，使得工件表面的各个区域常常仅有限地、优选仅一次被一个粗糙区段压过。
[0015]这些滚压滚子规则地容纳在环绕滚子支架的保持架中，使得它们紧挨地贴靠滚子支架的外表面并且绕它们自身的轴线(滚子轴线)可转动地被支承。
[0016]为了避免滚子支架被从贴靠面突起的凸起在转动滚压滚子时损坏，被证明有利的是，在滚子支架的面向滚压滚子的外表面中设置凹陷，其用于容纳在滚压滚子的确定转动位置中面向滚子支架的凸起。该凹陷的深度优选大于所述凸起的高度，尤其优选地大于Imm0
[0017]如果滚压滚子为了调节滚压工具的外圆周而能够沿滚子支架的圆锥形外表面移动并固定在预给定的位置中，则能够实现滚压工具适配于具有不同直径的要被加工的空心圆柱体。如果滚子支架在进给方向上圆锥形地缩小，那么滚压工具的外径例如能通过承载滚压滚子的保持架沿进给方向的移动而扩大。
[0018]为了尽管滚压滚子能沿滚子支架的外表面移动还避免滚子支架被所述突起的凸起损坏，被证明有利的是，粗糙区段在进给方向的尺寸设计得小于所述凹陷在进给方向上的尺寸。因此，在滚压工具的外径适配于确定的工件几何形状之后，在滚压滚子绕自身轴线转动时所述凸起还能容纳在所述凹陷中。
[0019]该滚压工具优选用于加工管状区段的内表面，例如圆柱形内表面，滚压工具在此情况下构造为内滚压工具。变换地还可考虑构造为外滚压工具。
[0020]本发明还涉及用于加工工件的基本上圆柱形的、具有环绕的槽的区段的面的方法，其中，在这些槽之间形成的凸起部用根据本发明的滚压工具这样的塑性变形，使得这些凸起部形成侧凹，其中，这些凸起部的顶面通过滚压滚子的所述凸起变得粗糙。
[0021]汽车中的内燃机由于重量原因通常构造有由轻金属尤其是铝制作的气缸曲柄壳体。然而这里的问题是由气缸曲柄壳体形成的气缸的内壁由于轻金属的摩擦学特性、尤其是比较差的耐磨性，不太适合用作活塞的工作面。
[0022]为了避免该问题，可以提出轻金属气缸曲柄壳体的工作面设置涂层，以实现用于工作面的期望的摩擦学特性。该涂层在此通常通过涂层材料的熔化和喷射到气缸壁上来实现。
[0023]在对气缸壁涂层时尤其重要的是，实现涂层在基本材料上良好的附着。为此，已经公知了在气缸曲柄壳体的工作面中设置槽或沟纹，以提高这些层之间的接触面积。在此也多次尝试在设有槽的工作面中构造侧凹，涂层的熔化的材料能进入该侧凹，以便硬化之后在这些层之间实现形状锁合的连接。由此得到涂层在气缸壁中的齿啮合，这等于形状锁合的连接。此外能通过板的塑性变形实现这些板中材料的压缩，这又能给该涂层和气缸壁之间的附着性的改善带来好处。板的变形关于板的(在径向上向着气缸的纵轴线延伸的)垂直轴线能对称地和/或不对称地进行。板的该变形能借助滚压工具进行。尤其是为了产生对称变形的板，可以提出使用滚压工具，其在圆周上和/或在其长度上具有多个能伸出和收回的滚子，它们在滚压过程中相应地伸出和收回。
[0024]根据本发明，涂层和基本材料之间的附着还能进一步改善，其方式是，板或凸起部的分别位于槽之间的顶面通过滚压工具不仅为了形成侧凹而被“压平”，而且这些顶面同时通过从滚压滚子的贴靠面上突起的凸起变得粗糙。以这种方式完全避免涂层在其硬化后的偏移，保证了涂层在工件表面上尤其好的附着。
[0025]圆柱形工件的表面可以是内燃机气缸的工作面。
[0026]如所述的那样，所述面能接着优选通过热喷射方法被涂上涂层材料。涂层能尤其是借助热喷射(例如电弧线材喷射(Lichtbogendrahtspritzen))来施加，为此用已知方式旋转地驱动喷射头并使喷射头沿气缸纵轴线移动。熔化的涂层材料在此能进入所述槽中，充满这些槽，并在硬化之后与气缸壁形成形状锁合的连接。
[0027]关于在工件表面中施加槽的细节以及关于接在滚压之后的涂层方法的细节，在专利申请DE 10 2013 011 726.7中有详细描述，