專利名稱：工件的表面以及工件與涂覆元件之間的相對運動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種權(quán)利要求1的前序部分所述的涂層方法。本發(fā)明涉及一種涂層方法，在該涂層方法中，利用涂層元件涂覆工件的表面，其中 材料從涂層元件轉(zhuǎn)移到工件表面上。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)顯示涂覆摩擦焊接方法或者表面摩擦方法，其中焊接工具與一件或多 件工件摩擦接合并且通過摩擦熱而使其局部熔化，使得工件能夠隨后被焊接。在例如由 EP1738856A1，EP1514632B1或EP1514632A1所公開的這些方法中，被證明不利的是，必須有 大的驅(qū)動力和能量輸入，以加熱工件的待焊接區(qū)域。該方法不適于將較薄的材料涂覆到較 薄工件上，因為涂層元件本身必須具有相應(yīng)的機械性能和材料特性，并且需要較大的按壓 力。因此，為了承受按壓力，工件必須足夠穩(wěn)定。無論材料匹配，還是壓力施加和溫度控制， 對于表面的涂層都不合適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種開頭所提及類型的涂層方法，該方法能夠以簡單的 結(jié)構(gòu)和更簡單、更經(jīng)濟的可實施性來用各種材料配對涂覆工件表面。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征組合來實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求顯示了本 發(fā)明的其他有益的實施方式。根據(jù)本發(fā)明，規(guī)定涂層過程分至少兩個階段進行。在第一階段或者第一工序中，至 少工件表面的待涂層區(qū)域被加熱。該加熱相對于涂層元件和后續(xù)的涂層過程單獨進行。在 第二階段則進行真正的涂層過程，在該第二階段，工件表面的待涂層區(qū)域與涂層元件相接 觸，其間進行工件與涂層元件之間的相對運動。根據(jù)本發(fā)明，因此可能將待涂層工件的表面與涂層過程及涂層元件分開加熱。該 加熱可以用各種方式進行，例如通過摩擦加熱、利用紅外線加熱、利用束加熱(激光束、電 子束)，或者例如通過炙熱火焰、電弧或者等離子流。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以通過熱輻射或 者通過熱氣實現(xiàn)加熱。根據(jù)本發(fā)明，電阻加熱或者利用加熱元件加熱也可以是特別有利的。另外根據(jù)本發(fā)明，可以通過摩擦實現(xiàn)工件的加熱，該摩擦既可以因旋轉(zhuǎn)相對運動 而產(chǎn)生，也可以因線性相對運動而產(chǎn)生。在本發(fā)明的框架下，利用超聲波加熱也可以是特別 有利的。另外，根據(jù)本發(fā)明，有益的是，涂層材料也以相同的方式加熱。這也可以通過在按 壓過程中用預(yù)加熱的工件的熱量進行涂層材料的加熱。根據(jù)本發(fā)明的涂層方法因此給出了以合適的方式加熱工件的可能性，其中尤其可 以考慮工件幾何外形、工件體積、工件材料和其他參數(shù)。因此根據(jù)本發(fā)明可能以優(yōu)化的方式 進行工件的加熱，而與涂層元件和其幾何外形或材料組合無關(guān)。在本發(fā)明的一個特別有利的實施方式中，規(guī)定為了加熱待涂層工件而采用摩擦元件。無論在加熱時，還是在涂層時，優(yōu)選施加合適的按壓力。根據(jù)本發(fā)明，因此規(guī)定工件表面在與涂層元件接觸之前被適當(dāng)加熱。同樣地，在與 工件表面接觸之前加熱涂層元件本身的表面也是有利的。尤其有利的是，加熱到工件和/或涂層元件的各種材料的塑化溫度。通過分開加 熱，可以為不同的材料規(guī)定不同的預(yù)熱溫度。利用根據(jù)本發(fā)明的涂層方法，在工件表面上實現(xiàn)了摩擦焊接處理或者摩擦涂覆處 理，從而使工件能夠以可靠的方式和所期望的厚度被涂覆。通過工件表面與涂層元件接觸 的持續(xù)時間及力施加，根據(jù)本發(fā)明可能具體控制或調(diào)節(jié)涂層部位的厚度。相對于公知的方 法，這也是一個顯著的優(yōu)勢，因為加熱(塑化)所需能量本身不通過工件與涂層元件之間的 共同作用來輸入。優(yōu)選分別利用摩擦元件來加熱工件和涂層元件的表面，可以考慮摩擦元件的幾何 形狀而以合適的方式構(gòu)造摩擦元件，并且考慮摩擦元件的材料特性而以優(yōu)化的方式匹配摩 擦元件，使得摩擦元件本身不與工件或涂層元件的表面反應(yīng)，或者在其他情況下，也能夠通 過該摩擦元件實現(xiàn)某種材料加入(Materialeintrag)，例如為了改善由涂層元件所施加的 涂層的附著性和/或形成中間層。在本發(fā)明的優(yōu)選改進方案中，也可能至少在被加熱的工件表面和涂層元件接觸時 添加添加材料，例如粉末混合物等。根據(jù)本發(fā)明，同樣有利的是，在工件表面中嵌入添加材 料。附件材料的嵌入也可以通過將添加材料添加到涂層材料中來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，此類 添加材料例如可以是堅硬的材料，該堅硬的材料被加入施加上的、仍然又熱又軟的層內(nèi)，例 如通過灑(Aufstreuen)、沉積(AufschUtten)JMgj (Aufblasen)等，并且接著通過壓入或 者軋入而被固定。根據(jù)本發(fā)明，可能產(chǎn)生不同材料配對的表面涂層，并且以優(yōu)化的方式使表面涂層 的厚度適應(yīng)各種需要。


下面將結(jié)合附圖參考實施例來說明本發(fā)明。其中圖1-3以示意性的方式顯示了管的軸的外涂層；圖4，5示出了用于對軸或者管外涂層的變形實施例；圖6，7示出了用于對管內(nèi)涂層的實施例；圖8，9示出了用于對孔或者管內(nèi)涂層的實施例；圖10，11示出了用于對片狀工件涂層的實施例；圖12，13示出了用于對片狀工件的另外一個實施例；圖14，15示出了用于對薄板或者板涂層的實施例；圖16，17示出了用獨立的熱源加熱的實施例；圖18示出了在感應(yīng)加熱時用于對薄片涂層的另一個實施例；圖19-21示出了用于在涂覆添加材料的情況下涂層的實施例；圖22示出了用于對板涂層的第一設(shè)備的立體圖；圖23和M示出用于對板涂層的另一設(shè)備的立體圖；圖25和沈示出用于對筒形零件涂層的設(shè)備的立體圖。
具體實施例方式在實施例中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。圖1-3分別顯示了軸或管形式的工件1以及同樣是筒狀的涂層元件2，表面材料也 將要從涂層元件2轉(zhuǎn)移到工件1的表面上。圖1中顯示了加熱階段，在此階段，工件1和涂層元件2均處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。工件1 利用鉗狀(backenartig)的摩擦元件3摩擦加熱，摩擦元件3壓到工件1的表面上。同樣 的情況也適用于涂層元件2，該涂層元件2利用類似的摩擦元件4加熱。圖2中顯示了摩擦元件3和4返回的狀態(tài)。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三階段， 在此階段，利用按壓力P將涂層元件2壓在工件1上，以便以此方式進行表面涂層。通過圖1所示的工件1的加熱，工件1的表面被加熱并且被清潔/活化。一旦工 件1和涂層元件2兩者的表面已經(jīng)達到各自的溫度，得到可反應(yīng)的軟表面，通過相向旋轉(zhuǎn)和 施加的按壓力P而產(chǎn)生摩擦焊接。在此期間，涂層元件2的表面被更強地加熱，從而變得比 工件1的表面更軟。由此，涂層元件2的材料能夠在工件1的表面上形成增長的涂層。這 通過按壓力P來控制。在足夠的涂層被涂覆以后，工件1和涂層元件2彼此分離。根據(jù)本發(fā)明的涂層方法首先具有以下優(yōu)點 無細(xì)孔或無縮孔的涂層； 能夠?qū)崿F(xiàn)類似于摩擦焊接的、很多的材料組合； 縮短涂層時間； 涂層厚度幾乎能夠任意調(diào)節(jié)； 涂層材料在基材上的高的附著能力； 能夠產(chǎn)生光滑的表面； 較低的成本； 通過對工件和涂覆材料有目的的加熱控制，具有不同導(dǎo)熱性和熱容量的材料也 能夠被涂層和涂覆； 在摩擦焊接工藝之外，還可以進行類似于釬焊的、通過按壓力進一步加強的連 接處理； 很多可能的材料組合。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以優(yōu)選用于將軸承材料、磨損層、腐蝕層和/或?qū)щ娀驅(qū)?材料涂覆在軸和主軸頸上。圖4和5顯示了軸或管涂層的視圖。其中工件1繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且利用摩擦元 件3在外周部分區(qū)域加熱。利用旋轉(zhuǎn)的筒狀摩擦元件4加熱涂層元件2(圖4)。在加熱充 分以后，使涂層元件2與工件1接觸，在此期間摩擦元件3和4不起作用(圖5)。圖6和7顯示了根據(jù)本發(fā)明的利用筒狀涂層元件2對管狀工件1進行管內(nèi)涂層的 變形例。如箭頭所示，它們反向旋轉(zhuǎn)。在加熱階段(圖6)，工件1和涂層元件2利用摩擦元 件3或摩擦元件4加熱。在加熱完成以后，涂層元件2被按壓至工件1的內(nèi)表面上，以便進 行涂層過程。該方法的變形例如可以用于對發(fā)動機內(nèi)的筒狀導(dǎo)軌的涂層，或者用于管的防腐蝕 保護或者抗磨損保護。以此方式也可以用軸承材料對軸承襯套涂層。
圖8和9顯示了利用鉗狀涂層元件2對工件1的孔或管的內(nèi)壁涂層的另一變化例。 在此首先利用摩擦元件3實現(xiàn)對工件1的表面加熱(見圖8)，同時涂層元件2沒有處于接 合狀態(tài)。在加熱階段之后，如圖9所示，涂層元件2被按壓至工件1的內(nèi)表面上，同時摩擦 元件3在外部被接合。在此期間，涂層元件2的加熱例如通過中心區(qū)域或者通過外部熱源 來實現(xiàn)。圖10和11顯示了用于片狀工件1的涂層的實例。如從圖10所示的俯視圖可以看 出，該工件1旋轉(zhuǎn)并且利用摩擦元件3在其表面加熱。筒狀或者銷狀的涂層元件2利用摩 擦塊形式(reiWdotzartig)的摩擦元件4加熱。在加熱階段之后，與工件1反向旋轉(zhuǎn)的涂 層元件2與工件1開始接觸并被按壓于其上，同時摩擦元件3和4不再處于接觸狀態(tài)(見 圖 11)。該實施變化例例如可用于對剎車片涂層。圖12和13顯示了用于對片涂層的方法的修改實施方式。在此，將要被涂層的片 狀工件1也利用摩擦元件3加熱(圖12)。涂層元件2在此構(gòu)造成塊狀并且通過用正在旋 轉(zhuǎn)的片作為摩擦元件4加熱。在表面加熱完成以后，涂層元件2與工件1的表面接觸，在此 期間摩擦元件3和4不再接合(圖13)。圖14和15顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于對薄板和板涂層的變形例。其中板狀工件1 利用正在旋轉(zhuǎn)的筒狀摩擦元件3加熱，例如沿著表面條帶(Oberflachenstreifen)，就像圖14 的俯視圖所顯示的那樣。同時利用塊狀的摩擦元件4實現(xiàn)筒狀涂層元件2的加熱。在完成涂層元件2的加熱以后，使該涂層元件2與工件1的表面接觸并且沿著該 工件1運動，同時摩擦元件3仍然與工件1的表面相接合，并且相對于涂層元件2運動，加 熱工件的表面條帶，如圖15中所示的那樣。其中指向右的箭頭顯示了進給反向。涂層元件 在此例如可以在進給期間進一步利用摩擦元件4補充加熱。由此也可能涂覆大面積的層。 一個應(yīng)用實例為薄板和支撐體(Trager)的涂層、通過產(chǎn)生條狀圖案(Muster)而在薄板上施 加加強肋，或者例如補償軌道上的磨損。圖16，17顯示了一些實施變形例，在這些變形例中，例如利用一個或者多個附加 的熱源元件6實現(xiàn)涂層元件2的加熱。這些附加的熱源元件6能夠發(fā)出激光束或者電子束。根據(jù)圖16，首先利用塊狀的摩擦元件3實現(xiàn)對工件1的表面的加熱，同時熱源元件 6仍然關(guān)閉，并且軸狀的涂層元件2處于靜止?fàn)顟B(tài)。在工件1的表面的加熱之后，摩擦元件3被撤回。使涂層元件2旋轉(zhuǎn)并且利用熱 源元件6的熱射線7加熱。其間，涂層元件2被壓向工件1。以同樣的方式，可以由熱源元 件6發(fā)出等離子束或者電弧。利用火焰的直接加熱也是可以的。在所描述的變形例中，可以將極其堅硬且耐熱的材料，例如陶瓷材料附加到 軟化溫度的表面上，并且在后面的摩擦焊接過程中涂到工件1上。由此，例如陶瓷層 能夠被涂覆到金屬基體上，同樣可以的是，例如設(shè)置具有硬質(zhì)金屬層的氣缸工作面 (Zylinderlaufbahn)，或者用陶瓷的耐磨損層裝備主軸頸。圖18顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于對片涂層的方法的變形例，其中使片狀工件1旋轉(zhuǎn) 并且利用感應(yīng)線圈形式的熱源元件6加熱。與之并行地，同樣使片狀的涂層元件2旋轉(zhuǎn)并 且同樣利用感應(yīng)線圈加熱。通過徑向壓合兩個被加熱的片，實現(xiàn)原料的涂覆。因此能夠在 外周邊緣涂覆涂覆層。
圖19-21顯示了根據(jù)本發(fā)明的變形例，在這些變形例中，除了涂層之外從存儲容 器(Vormtsbehalter) 8中涂覆附加原料5，例如為粉末狀。因此，粉末狀硬質(zhì)材料或者其他添 加材料例如能夠被灑入或者用空氣或保護氣吹入(見圖19)，同時工件1與涂層元件2相接 觸。由此，產(chǎn)生例如復(fù)合原料形成的層、例如用于剎車片或者摩擦片。圖20顯示了用于通過添加作為添加材料5的粉末而對管內(nèi)壁涂層的變形例，例如 用于軸襯、發(fā)動機內(nèi)的氣缸工作面、管內(nèi)部涂層或者液壓缸或泵缸體的涂層。在此也可以供 給由純凈水、金屬混合物、塑料或者陶瓷形成的粉末形式的添加原料5。圖21顯示了類似的實施方式，在該實施方式中，在利用制動塊形式的摩擦元件3 對工件1加熱的同時添加添加材料5。圖22顯示了板狀工件1，該工件1可在二維空間行進，如雙箭頭所示。另外，顯示 了筒狀或者棒狀涂層元件2，涂層元件2固定在被保持著軸承內(nèi)的軸上。該設(shè)備還包括離合 器10以及驅(qū)動電機11。因此可能使工件1在涂層元件2的前側(cè)表面上運動，使得平面的涂層成為可能。圖23和M顯示了用于板狀工件1的涂層的改良設(shè)備，其中涂層元件2構(gòu)造成環(huán) 狀，并且支撐著可旋轉(zhuǎn)的軸12上，該軸12可利用電機11驅(qū)動。通過調(diào)整在圖23和M中 箭頭的方向，在相應(yīng)的加熱(在圖中，加溫或加熱設(shè)備在圖23和M以及圖22中被省略) 之后，使涂層元件2和工件1之間有相對運動。從圖23可以看出，處于加熱狀態(tài)或者開始狀態(tài)的設(shè)備為接近工件1和涂層元件2 提供了足夠的自由空間，從而能夠以合適的方式實現(xiàn)加溫或者加熱。圖M則顯示了實際的 加工過程。圖25和沈以同樣的方式首先顯示了初始狀態(tài)或者加熱狀態(tài)(圖25)以及加工狀 態(tài)(圖沈)。在圖25和沈所示的設(shè)備中采用了筒狀的工件1以及片狀或者筒狀的涂層元 件2，工件支撐著軸12上，涂層元件2同樣支撐著另外一個軸12上。如從通過箭頭圖示看 出的那樣，在涂層過程期間，規(guī)定了沿著軸12的軸線的軸向運動和與之垂直布置的進給運 動。
權(quán)利要求
1.一種涂層方法，用于利用涂層元件( 對工件(1)的至少一個表面涂層，材料從所述 涂層元件( 轉(zhuǎn)移到所述工件(1)的表面上，其特征在于，在第一工序中，至少工件(1)的 表面的將要被涂層的區(qū)域被加熱，并且在另一工序中，工件(1)的表面的所述將要被涂層 的區(qū)域與所述涂層元件( 相接觸，其中所述工件(1)的表面與所述涂層元件( 之間相 對運動。
2.如權(quán)利要求1所述的涂層方法，其特征在于，在所述工件(1)接觸所述涂層元件(2) 時，施加按壓力(P)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的涂層方法，其特征在于，在與所述工件(1)的將要涂層的表 面相接觸之前，至少所述涂層元件O)的表面被加熱。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，所述將要涂層的工件 (1)的表面和/或所述涂層元件O)的表面的加熱分別至少進行到各自的塑化溫度。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，利用所述涂層方法，在 所述工件(1)的將要涂層的表面與所述涂層元件O)的表面之間實現(xiàn)摩擦焊接處理。
6.如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，利用所述涂層方法，在 所述工件(1)的將要涂層的表面與所述涂層元件O)的表面之間實現(xiàn)摩擦涂覆處理。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，利用摩擦元件(3)實現(xiàn) 所述工件(1)的將要涂層的表面的加熱。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，利用摩擦元件(4)實現(xiàn) 所述涂層元件O)的表面的加熱。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，至少在所述工件(1)的 將要涂層的表面與所述涂層元件( 相接觸時，添加至少一種添加材料(5)。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項所述的涂層方法，其特征在于，利用至少一個外部熱 源(6)實現(xiàn)工件表面的加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用涂層元件(2)對工件(1)的至少一個表面進行涂層的涂層方法，材料從涂層元件(2)轉(zhuǎn)移到工件的(1)的表面上，其中在第一工序中，工件(1)的表面的待涂層部分與涂層元件(2)相接觸，其中在工件(1)的表面與涂層元件(2)之間進行相對運動。
文檔編號B23K20/12GK102131613SQ200980133817
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者保羅·辛德勒 申請人:肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)-高等?？茖W(xué)校