滑动面、用于制造该滑动面的刀具和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滑动副的滑动面，尤其是径向轴承的滑动轴承面，尤其是内燃机中的曲轴一面抵靠发动机缸体而另一面抵靠曲柄的轴承座。
【背景技术】
[0002]在润滑的滑动副的滑动面中，在尽可能满足全部运行状态的情况下，在滑动副的接触面之间存在大量润滑剂并尽量均匀分布于其间，这不仅对于滑动摩擦的大小而且对于滑动副的寿命，尤其是对于滑动轴承的寿命而言至关重要。在此情形下，关键因素主要是两个滑动面之间开始相对运动。
[0003]随着在机动车中越来越多地采用起止系统，这种重要性在曲轴的轴承中尤其突显，其原因在于滑动轴承的启动过程数量提高百倍以上。
[0004]出于这种原因，以某种方式对滑动面的接触面，尤其是对滑动轴承的接触面进行加工，使得其具有用作润滑剂储集池的微观小凹部。由于滑动面材料的正常粗糙度而存在这种凹部，或者有针对性地引入这种凹部。正因如此，滑动轴承的承重比，即接触面实际上彼此邻接的面积比例始终远低于100%，有时甚至低于60%。
[0005]滑动面的相应结构化通过特定的加工步骤来实现，如研磨、抛光或镗磨，然而却无法预先给定凹部的具体布置，并且就这种凹部的大小而言，尤其是就其深度而言的偏差也相对较大。尤其是，结构化的效果在很大程度上还取决于操作者的经验。
[0006]为达成滑动轴承的接触面关于凹部的数量、大小、深度及分布方面所定义的结构化，借助激光来轰击这种表面从而获得所需的凹部的方法也是已知的。
[0007]然而，这一方法在凹部数量众多的情况下耗费时间，激光束产生呈环状围绕凹部的不理想翘曲，激光加工导致不必要的新增硬化区。
[0008]此外，公知电化学加工(ECM)的处理方法，该方法还应用到脉冲(PECM)。
[0009]据此，产生三维表面，例如在表面中引入所述凹部，借助这种方法从经济角度考虑通常仅去除最大30μηι。
[0010]通过将构成负极的电极逼近工件的待加工表面，该表面充当另一电极，使材料以离子形式从该表面剥离。
[0011]针对剥落物的导流和移除，在整个过程中，导电液挤压穿过刀具与工件之间的间隙。
[0012]此外，在作为工件的曲轴中，尤其是在用于气缸数居高的轿车(PKW)发动机的曲轴中，这在加工期间表现并不稳定，由此意味着难以定位工件并且在结构化过程中也难以对工件进行加工。
[0013]除轴承的轴向宽度之外，对成品曲轴的尺寸精密性的评价主要是通过评价下列参数的来完成:
[0014]-直径偏差=与轴承颈的预先给定的额定直径的最大偏差，
[0015]-圆度=与借助外包络圆与内包络圆的距离而给定的轴承颈的圆环形额定轮廓的直观偏差，
[0016]-回转同心度=因旋转轴承座的偏心和/或轴承座与理想圆形的形状偏差所致的自旋工件中的径向尺寸偏差，
[0017]-单粗糙深度平均值形式的粗糙度Rz=轴承座表面的微观粗糙度，表示在五个取样长度内最高的轮廓峰高的平均值与最低的轮廓谷深的平均值之和形式的值，
[0018]-粗糙的算术平均值形式的粗糙度Ra=在取样长度内的粗糙轮廓坐标值的绝对值的算术平均值，
[0019]-简约峰高形式的粗糙度Rpk=在S形艾伯特曲线(Abbott-Kurve)中以一定基础长度被截的与顶面面积相等的三角形的高度;该值能够用于评价表面轮廓峰区域，
[0020]-承重比=表面微观结构的承重面比例，其触及毗邻的对偶面，
[0021]此外，在销轴承座中:
[0022]-销偏差=实际销(销轴承颈的实际中心到中间轴承的实际中心的距离)与额定销的尺寸偏差，以及
[0023]-角偏差=以角度或者作为针对销沿周向的长度尺寸给定的销轴承颈相对于轴承中轴线以及关于与其他销轴承颈所成角度的实际角位置与其额定角位置的偏差。
[0024]在此情形下，在这些参数中保持所需公差不仅受可供使用的加工方法的限制，还受工件的不稳定性及铣削力的限制。
[0025]同样，加工方法的效率及经济效益在实践中发挥重要作用，首先针对批量生产而言，其在周期时间方面并由此在制造成本方面起到决定性作用，而在单独试验中或针对样板而言，则不会受到这些限制。
[0026]针对在例如曲轴的工件上、尤其是轴承座的精加工及表面结构化中的最后工序，这一点尤为重要。
[0027]就此而言，原则上已知利用ECM方法来达成一定的低粗糙度，例如在DE10 2008011 893及DE 10 2004 027 89中所述。
【发明内容】
[0028]a)技术目的
[0029]因此，本发明的目的在于提供一种结构化的滑动面以及一种用于制造该滑动面的方法和刀具，摩擦显著减小而其仍能高效生产，尤其是在液压式滑动轴承中的情形。
[0030]b)解决方案
[0031]本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1、7和10的特征。有利实施方式参阅从属权利要求。
[0032]在滑动面方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为，在凹部之间的全部间隙中的结构化区域内使粗糙度Rz相对于滑动面的非结构化区域内的粗糙度Rz降低。
[0033]其特征在于，提高在所述凹部之间的所述间隙中的承重性能并且减小摩擦，确切而言在更大程度上优于仅在结构化区域内引入凹部。
[0034]在所述结构化区域内的所述凹部之间的表面为此应具有最大0.2μπι的粗糙度1^和/或最大0.16μπι的粗糙度Rpk。
[0035]在所述结构化区域内的所述凹部之间的区域内的粗糙度Rz应比非结构化区域内的粗糙度至少小10%，较佳地至少小20%，更佳地至少小30%。
[0036]经证实有利之处在于，通过绝对值来表示，在所述结构化区域的所述凹部之间的区域内的给定粗糙度Rz小于此处凹部的深度，确切而言尤其是小于5μπι，较佳地小于4μπι，更佳地小于2μηι。
[0037]在所述结构化区域的所述凹部之间的区域内的承重比应优选为至少50%，较佳为至少75 %。
[0038]粗糙度Rz应在所述凹部之间随着与所述凹部的距离的增大而增大或减小，取决于两个相邻凹部之间的距离:
[0039]倘若两个相邻凹部之间的距离大于所述刀具的凸部中的一个的散射场伸出该凸部的边缘的侧向延伸的两倍以上或者该距离大于以俯视角度所视的所述凹部的最大延伸，则所述粗糙度Rz在所述凹部之间随着与所述凹部的距离的增大而增大。在所述凹部周边区域中，低粗糙度便足以导致所需的减少摩擦。
[0040]倘若上述两个条件均不存在，则所述粗糙度Rz应在所述凹部之间随着与所述凹部的距离的增大而减小。由于距离较小，在这种情况下，在所述凹部的全部间隙中均需低粗糙度以使滑动摩擦降低至最小程度。
[0041]有利地，在所述凹部之间的所述结构化区域内，应使因粗糙度Rz的减小而去除的微观表面轮廓的顶尖相应产生凸状曲面，优选产生半球状倒圆，以致不再存在去除顶尖的平台。从而，同样保持低滑动摩擦。
[0042]在结构化过程中用于电化学加工的刀具方法，本发明用以达成上述目的的解决方案为，在所述刀具的作用面上的凸部的高度比用其制成的凹部的深度至少大两倍，较佳地至少大三倍，更佳地至少大五倍。
[0043]所述刀具的表面应在所述凸部之间的区域内具有粗糙度Ra，该粗糙度匕最大为待制成表面在相应位置的粗糙度1的200%，较佳地最大仅为其50%，更佳地最大仅为其20%。这反映出这一事实，即在所述凸部之间的区域内，刀具与工件之间的距离基本上大于所述凸部的区域内本身，并且随着刀具与工件之间的距离渐增，所述刀具的结构在所述工件上的复刻精度降低。
[0044]通过所述刀具上恰好相应介于所述凸部之间的的拱顶可以补偿所述刀具的所述凸部在该区域内可能不再有效的散射场，并且在所述凸部之间的全部间隙上可实现大致均匀地减小粗糙度Rz。
[0045]在制造方法方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为，在结构化区域内，在凹部之间的表面区域中同样进行使粗糙度减小的材料去除，确切而言借助与引入凹部相同的方法并且尤其是以相同的操作步骤。
[0046]在此情形下，优选借助电化学加工，尤其是脉冲式电化学加工来实施结构化及凹部的引入。
[0047]所述方法的目标在于，在所述凹部之间的全部间隙中的结构化区域内进行表面的材料去除，尤其是粗糙度Rz比非结构化区域内的粗糙度至少小10%，较佳地至少小20%，更佳地至少小30 %。
[0048]为此，相应选择制造参数，即:
[0049]-所述刀具凸部的高度相对于所述待制造凹部的深度，和/或
[0050]-所述凹部之间的距离，和/或[0051 ]-加工期间刀具与工件之间的距离。
[0052]在旋转对称的滑动轴承面上，通过在研磨之后即刻引入凹部并且在所述凹部之间去除材料来进行结构化，从而在结构化的区域内可完全省除精加工步骤。
[0053]由于总归仅在旋转对称的滑动轴承面出现沉重负载之处才进行结构化，因此在非结构化区域内总之几乎没有负载，从而在此也不必进行精加工。据此，省除整体上作为操作步骤的精加工。
[0054]通过引入凹部以及凹部之间的材料去除的结构化由此尤其是使用滑动轴承面之前的最后一个去除材料的加工步骤。
【附图说明】
[0055]下面对本发明的实施方式进行示范性详细说明。
[0056]图la为滑动面的结构化区域的俯视图；
[0057]图lb为曲轴的轴承座的放大图；
[0058]图2为滑动面中凹部的剖视图；以及
[0059]图3为用于滑动面的刀具的放大视图。
【具体实施方式】
[0060]在液压式滑动轴承中，在滑动副的两个滑动面之间存在润滑剂，通常是油，其因滑动面彼此的相对运动而分布于滑动面上并且在轴承间隙中形成润滑膜，如图la中滑动面1的俯视图所示，当在滑动面1上引入若干散布的微观小凹部27(在此以俯视角度呈圆形)时，该液压式滑动轴承中的摩擦可以减小。根据所用的润滑液，滑动面的材料和表面特性以及诸多其他参数，可以通过优化凹部27的形状、大小、深度、距离及其他参数来强化这一效果。
[0061]图lb示出作为这种结构化滑动面1的典型应用情况的曲轴2的轴承座，其中常规的凹部27仅被置于结构化区域11内，即在圆周区域11a内且通常也仅在轴承座1的总宽度12的一定宽度区域lib内。
[0062]为使这种位于μ区域内的凹部27能够以经定义的形状、大小、深度及相互距离