本發(fā)明涉及一種用于加工金屬部件的表面、尤其用于機(jī)動車輛的連桿或凸輪的表面的方法，該方法具有以下步驟：提供一個具有待加工的表面的金屬部件；對該待加工的表面進(jìn)行機(jī)械預(yù)加工；以及借助于激光束使該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面結(jié)構(gòu)化。本發(fā)明還涉及一種金屬部件、尤其用于機(jī)動車輛的連桿或凸輪。

背景技術(shù)：

由de10325910b4和ep1410177b1已知一種用于將結(jié)構(gòu)引入連桿表面中的對應(yīng)的方法。在此，相應(yīng)的經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面借助于激光束以如下方式被激光結(jié)構(gòu)化：作為激光結(jié)構(gòu)，在該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面處相對于其基準(zhǔn)面，形成隆起部和凹陷部。已經(jīng)證明，此類激光結(jié)構(gòu)化對部件的使用壽命是不利的。

ep2336586a1公開了一種用于使部件與軸上的緊固孔產(chǎn)生壓力配合的方法。使該部件的緊固孔的內(nèi)表面和/或該軸的罩面部分地熔化，以便形成拱頂狀的突出部。這些突出部在冷卻之后凝固。在形成突出部的同時還形成凹陷部。

在機(jī)動車輛驅(qū)動技術(shù)中普遍已知的是，高機(jī)械應(yīng)力的構(gòu)造元件越來越多地由鈦制成，因為例如與鋼相比，鈦具有大的強(qiáng)度以及同時小的重量。然而由于鈦的材料硬度，必須高耗費地加工此類鈦部件的表面，以便具有對應(yīng)的表面特性，其中這些表面要么被機(jī)械地整平，以便實現(xiàn)摩擦或磨損的最小化；要么必須被粗糙化，以便具有對應(yīng)的摩擦系數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種方法，借助該方法一方面能夠以很少的耗費使部件的表面、尤其鈦部件的表面結(jié)構(gòu)化，并且另一方面不存在減少該部件的使用壽命的危險。此外，應(yīng)提供一種此類的部件。

該目的在開篇所述的方法中以如下方式實現(xiàn)，經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面借助于激光束以如下方式被機(jī)構(gòu)化：作為激光結(jié)構(gòu)，相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面的基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部。

通過使該待加工的表面借助于激光束根據(jù)本發(fā)明以如下方式被結(jié)構(gòu)化，即作為激光結(jié)構(gòu)，相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面的基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部，能夠以很少的時間耗費在該表面、尤其還是鈦表面處無接觸式地產(chǎn)生受定的粗糙度，尤其不具有減少該部件的使用壽命的危險。

通過這些隆起部設(shè)定了受限的粗糙度以提高靜摩擦。根據(jù)本發(fā)明，避免了與提高靜摩擦的功能無關(guān)的凹陷部，這些凹陷部可能減少該部件的使用壽命。

優(yōu)選地，該待加工的表面是該金屬部件的凹陷部的內(nèi)表面，其中在垂直于該內(nèi)表面的周向方向的方向上引導(dǎo)該激光束。由此可以以很少的耗費使難以接近的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)化，其中通過在垂直于該周向方向的方向上引導(dǎo)激光束能夠顯著地提高該待加工的表面在該周向方向上的摩擦系數(shù)。

在一個優(yōu)選的實施方式中，在該待加工的表面上沿著至少一個加工軌跡來脈沖式地引導(dǎo)該激光束。由此，該表面的點式的熔化是可行的，其中可以實現(xiàn)使該金屬部件的表面特別有效地結(jié)構(gòu)化。

優(yōu)選地，該金屬部件是鈦部件、尤其鈦連桿，用優(yōu)選為脈沖式激光束的8±0.5瓦特的平均照射功率使其經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的鈦表面激光結(jié)構(gòu)化。

替代性地，該金屬部件是鋼部件、尤其鋼連桿，用優(yōu)選為脈沖式激光束的9±0.5瓦特的平均照射功率使其經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的鋼表面激光結(jié)構(gòu)化。

通過該優(yōu)選脈沖式的激光束的此類依賴于材料的平均照射功率能夠確保：作為激光結(jié)構(gòu)，在該經(jīng)機(jī)械預(yù)處理的表面處相對于其基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部。

該激光束在多個加工軌跡中沿著該待加工的表面移動。特別優(yōu)選的是，在該待加工的表面上的這些隆起部在該激光束的同一個加工軌跡中重疊地形成并且具有≥60％、尤其為60％-80％的重疊部。由此，可以實現(xiàn)該表面的高的結(jié)構(gòu)密度，由此使得能夠?qū)崿F(xiàn)顯著地提高該表面的摩擦系數(shù)。

在一個優(yōu)選實施方式中，在該激光束的相應(yīng)的加工軌跡中重疊的這些隆起部具有大體上圓形的形狀。由此，可以通過圓形的激光束以技術(shù)上較低的耗費來生產(chǎn)這些隆起部。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，這些隆起部具有<100μm、尤其為50±20μm的寬度。這些隆起部的寬度依賴于該激光束的加工軌跡的軌跡寬度或該激光束的光斑直徑。由此，可以實現(xiàn)在該金屬部件的待加工表面處的這些隆起部的高結(jié)構(gòu)密度。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，這些隆起部具有<20μm、尤其≤5μm的高度。由此，可以以技術(shù)上較低的耗費顯著提高該待加工的表面的摩擦系數(shù)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，在該機(jī)械部件的待加工表面上的機(jī)械預(yù)加工產(chǎn)生一個表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)在該內(nèi)表面的周向方向上取向。由此，可以以低的耗費借助于精鏜或精磨或還有珩磨對該待加工的表面進(jìn)行預(yù)加工。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，在多個間隔開的角度區(qū)段中使該內(nèi)表面激光結(jié)構(gòu)化。由此，可以使較大的面積的多個單獨的區(qū)段結(jié)構(gòu)化，以便點式地提高該表面的摩擦系數(shù)，由此可以減少用于結(jié)構(gòu)化的耗費和加工該表面的時間耗費。此外，在該部件的這些激光結(jié)構(gòu)化的面積之間的平滑的、未結(jié)構(gòu)化的區(qū)域提供從支承面到其他部件輪廓的良好的散熱。

在一個優(yōu)選實施方式中，通過多個激光加工軌跡、優(yōu)選在多條平行的直線上在該待加工的表面上產(chǎn)生這些激光結(jié)構(gòu)、即隆起部，其中由多個重疊的隆起部構(gòu)成的這些加工軌跡、優(yōu)選平行的直線彼此間隔開。在該激光束的直接相鄰的加工軌跡或由多個隆起部構(gòu)成的直接相鄰的線之間的間距設(shè)置為這些加工軌跡的軌跡寬度的至少50％。這些加工軌跡的軌跡寬度為<100μm。相應(yīng)的軌跡寬度尤其為50±20μm?？梢砸约夹g(shù)上較低的耗費提高在預(yù)定方向上的摩擦系數(shù)。

總體上，通過這種方法以技術(shù)上較低的耗費使該待加工的表面結(jié)構(gòu)化并且相對應(yīng)地提高了表面的摩擦系數(shù)，使得該待加工的表面可以與另一個部件的表面形成摩擦配合的連接并且可以因此減少用于將部件與表面相連接的技術(shù)耗費和時間耗費。

通過使該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面以如下方式被激光結(jié)構(gòu)化，即相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面的基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部，能夠以少的時間耗費在該表面處無接觸式地產(chǎn)生限定的粗糙度，尤其不具有減少該部件的使用壽命的危險。

不言而喻，以上提及的這些特征以及還有待在以下說明的那些特征不僅能在對應(yīng)給出的組合中使用，而且還在其他組合中或者單獨使用而不脫離本發(fā)明的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的金屬部件、在此尤其是機(jī)動車輛的連桿或凸輪，具有借助于激光束被激光結(jié)構(gòu)化的一個經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面，其中該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面以如下方式被激光結(jié)構(gòu)化：作為激光結(jié)構(gòu)，相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面的基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部。

附圖說明

在附圖中展示了本發(fā)明的多個實施例并且在以下的說明中對其進(jìn)行更詳細(xì)的說明。在附圖中：

圖1示出了一個具有待加工表面的連桿的示意圖；

圖2示出了該連桿的示意性截面圖，用于說明激光結(jié)構(gòu)化；

圖3示出了激光結(jié)構(gòu)化之后的表面的示意性截面圖；

圖4a示出了激光結(jié)構(gòu)化之后的表面的rem圖像；

圖4b示出了圖4a的表面的示意圖；以及

圖5示出了該結(jié)構(gòu)化的表面的示意性截面圖，用于說明與第二部件的摩擦配合的連接；其中，圖5a中通過箭頭28示意性地指示軸瓦26與該內(nèi)表面14接觸，圖5b中示出該內(nèi)表面14通過激光脊部20與軸瓦26形成摩擦配合的連接。

具體實施方式

圖1中示意性地展示了機(jī)動車輛的一個連桿并且總體上用10來指代。該連桿10優(yōu)選由鈦或鈦合金制成。但是，該連桿還可以由鋼制成。該連桿10具有一個形成大的連桿孔的槽口12。在該槽口12處形成一個內(nèi)表面14，該內(nèi)表面形成用于連桿10的軸瓦的支承面。該內(nèi)表面14形成該連桿孔的內(nèi)周面。

與連桿10本身相同，該內(nèi)表面14優(yōu)選由鈦或由鋼制成，其中在(此處未示出的)軸瓦與該內(nèi)表面14之間通常形成摩擦配合的連接。該軸瓦通常與曲軸的曲柄銷形成一個滑動軸承。

為了在該內(nèi)表面14與該軸瓦之間形成摩擦配合的連接，通常借助于精鏜對該內(nèi)表面14進(jìn)行機(jī)械預(yù)加工，以便將該槽口12研磨到預(yù)定的直徑。

由于精鏜的步驟在周向方向上形成了在該內(nèi)表面14處的直線結(jié)構(gòu)并且該表面具有小的摩擦系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該內(nèi)表面14必須在精鏜的步驟之后被粗糙化或結(jié)構(gòu)化，以便獲得受限且足夠的粗糙度。

在本發(fā)明的意義上，在機(jī)械預(yù)加工的步驟(在此優(yōu)選是精鏜)之后，優(yōu)選形成為待加工的鈦表面的該內(nèi)表面14借助于激光束被受限地結(jié)構(gòu)化或受限地粗糙化，以便獲得用于與軸瓦摩擦配合地連接的對應(yīng)的粗糙度值。在此，該激光束結(jié)構(gòu)化以如下方式進(jìn)行：作為激光結(jié)構(gòu)，在該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面14處，相對于其基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部。

在圖2中示出了該連桿10的示意性截面圖，用于說明激光結(jié)構(gòu)化。在激光結(jié)構(gòu)化的過程中，借助于激光束16來照射該內(nèi)表面14，使得通過優(yōu)選由鈦制成的表面的熔化而產(chǎn)生對應(yīng)的激光結(jié)構(gòu)并且可以因此獲得結(jié)構(gòu)化和對應(yīng)的表面粗糙度。在此，該激光束16是脈沖式激光束并且優(yōu)選是ndyag激光束。該激光束16優(yōu)選通過具有兩個反射鏡的掃描振鏡(galvoscanner)沿著該待加工的表面14轉(zhuǎn)向或移動。

該激光束具有限定的光斑寬度。該內(nèi)周面14通過激光束16(該激光束在多個加工軌跡中沿著該周向面14以限定的推移速度移動)優(yōu)選在不同的角度區(qū)段處被照射，其中在該內(nèi)表面14處產(chǎn)生多個單獨間隔開的結(jié)構(gòu)化區(qū)域18或面積。加工軌跡的軌跡寬度對應(yīng)于該激光的光斑寬度。

優(yōu)選地，在該內(nèi)表面14處產(chǎn)生兩個結(jié)構(gòu)化區(qū)域18，這些結(jié)構(gòu)化區(qū)域分別跨過一個150°的角度區(qū)段并且分別被一個2°的未結(jié)構(gòu)化的區(qū)域19彼此分開。正如在圖1中示意性地展示的，總體上得出四個結(jié)構(gòu)區(qū)域18或結(jié)構(gòu)區(qū)18，這些結(jié)構(gòu)區(qū)域或結(jié)構(gòu)區(qū)分別覆蓋一個74°的角度區(qū)段。這些結(jié)構(gòu)區(qū)域在槽口12中、優(yōu)選在槽口12的軸向方向上在中間取向，以便形成特別對稱的摩擦系數(shù)。

為了在激光束結(jié)構(gòu)化過程中，作為激光結(jié)構(gòu)，在該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面14處相對于其基準(zhǔn)面僅形成隆起部而不形成凹陷部，在鋼部件中以9±0.5瓦特的平均照射功率來操作該優(yōu)選脈沖式的激光束。在鋼部件的激光結(jié)構(gòu)化過程中，該脈沖式激光束的推移速度為500至700mm/s，該脈沖式激光束的脈沖頻率40±3khz，脈沖時長為大約5μs。該激光束的加工軌跡的軌跡寬度為50±20μm。

在鈦部件中，以8±0.5瓦特的平均照射功率來操作該優(yōu)選為脈沖式的激光束。在鈦部件的激光結(jié)構(gòu)化過程中，該脈沖式激光束的推移速度為250至350mm/s，該脈沖式激光束的脈沖頻率60±3khz，脈沖時長為大約5μs。該激光束的加工軌跡的軌跡寬度為50±20μm。

在此類依賴于材料的平均照射功率、推移速度、脈沖頻率和脈沖時長下，在具有機(jī)械預(yù)加工的形貌的表面處，在激光束輸入能量的地方出現(xiàn)局部熔化。

在該熔化物的冷卻過程中，沒有獲得機(jī)械預(yù)加工的形貌，而是由于熱膨脹，相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面14的表面基準(zhǔn)面，產(chǎn)生隆起的結(jié)構(gòu)以及因此隆起部或凸出部但不產(chǎn)生凹陷部。

原則上，這些隆起的結(jié)構(gòu)在從熔體向蒸氣相過渡的過程中產(chǎn)生?；谑顾f的暫時的過渡結(jié)構(gòu)冷凝的冷卻梯度，產(chǎn)生了向上定向的細(xì)的脊部。在此，該熔池是不平穩(wěn)的并且產(chǎn)生氣體夾帶，這在凝固后的熔體中生成較小的密度，由此補償了體積平衡并且因此不產(chǎn)生凹陷部。由于有偏差的參數(shù)設(shè)定也可能產(chǎn)生凹陷部，但是在摩擦方面這些凹陷部與提高摩擦的目的不相關(guān)。

在圖3中展示了該內(nèi)表面14的示意性截面圖。該內(nèi)表面14具有規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)，該規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)通過精鏜的機(jī)械預(yù)處理步驟產(chǎn)生并且在槽口12的周向方向上取向。正如在圖3中示意性地展示的，該表面結(jié)構(gòu)一般來說具有高度r。

該槽口12的該內(nèi)表面14或表面14還具有多個隆起部或熔體脊部20，這些隆起部或熔體脊部通過在優(yōu)選由鈦制成的表面處的激光結(jié)構(gòu)化而產(chǎn)生。

這些隆起部或熔體脊部20具有高度h，該高度為至多10μm、尤其至多5μm。這些隆起部或熔體脊部20可以顯著地提高優(yōu)選由鈦制成的表面的粗糙度，使得可以實現(xiàn)與另一個部件(例如軸瓦)的摩擦配合的連接。

在圖4a中展示了內(nèi)表面14的掃描電子顯微鏡(rem)圖像并且在圖4b中展示了該內(nèi)表面14的示意圖。

通過精鏜產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)是由在槽口12的周向方向上取向的多個平行帶構(gòu)成的。在圖4中通過箭頭22示意性地展示了該周向方向。

通過激光束16在該內(nèi)表面14上沿著該激光束16的這些加工軌跡產(chǎn)生的這些激光結(jié)構(gòu)(即隆起部或熔體脊部20)形成為重疊的圓形結(jié)構(gòu)，這些激光結(jié)構(gòu)優(yōu)選地在分別由重疊的圓形結(jié)構(gòu)構(gòu)成的平行直線中在該內(nèi)表面14上形成。正如在圖4中通過箭頭24示出的，這些加工軌跡或平行的直線垂直于周向方向22以及由此在運行中的連桿的負(fù)載方向取向。

通過在該內(nèi)表面14上的這些激光結(jié)構(gòu)的取向，可以在周向方向22上獲得提高的摩擦系數(shù)，由此可以在該內(nèi)表面14與該軸瓦之間形成抗扭轉(zhuǎn)的連接。

這些圓形的激光結(jié)構(gòu)(即隆起部或熔體脊部20)或分別由重疊的圓形結(jié)構(gòu)構(gòu)成的這些平行線具有50±20μm、優(yōu)選65μm的結(jié)構(gòu)寬度b。

這些激光結(jié)構(gòu)(即隆起部或熔體脊部20)還具有為加工軌跡的軌跡寬度的(以及由此該結(jié)構(gòu)寬度b的)至少50％的間距a，優(yōu)選55μm的間距a。在每個加工軌跡中的這些單獨的圓形結(jié)構(gòu)的重合率為優(yōu)選60％或60％-80％。

通過在多個圓形的激光結(jié)構(gòu)(這些圓形的激光結(jié)構(gòu)在直線的列中重疊地安排在該內(nèi)表面14上)中這樣形成的這些隆起部或熔體脊部20，可以顯著地提高該槽口12的表面的摩擦系數(shù)，使得可以與第二部件(例如軸瓦)形成摩擦配合的連接。

在圖5a、5b中以示意性截面圖連同軸瓦26一起展示了該內(nèi)表面14。正如在圖5a中通過箭頭28示意性地指示的，該軸瓦26與該內(nèi)表面14接觸，其中正如在圖5b中示出的，該內(nèi)表面14通過激光脊部20與該軸瓦26形成摩擦配合的連接。由此，可以以技術(shù)上較低的耗費，尤其通過借助于激光束16的結(jié)構(gòu)化，形成在該軸瓦26與該內(nèi)表面14之間的抗扭轉(zhuǎn)的連接。

不言而喻，用于使該表面結(jié)構(gòu)化的這種方法也可用于其他的表面，例如凸輪，這些凸輪應(yīng)與軸管形成摩擦配合的連接并且一起形成機(jī)動車輛的凸輪軸。

根據(jù)本發(fā)明的金屬部件10尤其實施為機(jī)動車輛的連桿或凸輪。該金屬部件具有借助于激光束16被激光結(jié)構(gòu)化的一個經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面14。該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面14以如下方式被激光結(jié)構(gòu)化：作為激光結(jié)構(gòu)，相對于該經(jīng)機(jī)械預(yù)加工的表面的基準(zhǔn)面，雖然形成隆起部但不形成凹陷部。

這些隆起部在由多個隆起部構(gòu)成的多個軌跡中在該待加工的表面14上形成，這些隆起部沿著激光束的加工軌跡形成。這些隆起部在一個軌跡內(nèi)具有優(yōu)選為60％-80％的重疊，其中由多個隆起部構(gòu)成的直接相鄰的軌跡不重疊地間隔開。

金屬部件優(yōu)選是鈦部件、尤其內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的鈦連桿。