[发明专利]滑动面

说明书

技术领域

本发明涉及滑动副的滑动面，具体涉及径向轴承的滑动轴承表面，尤其是曲轴在内燃机中相对于发动机组和连杆的支承部位。

背景技术

就润滑滑动副的滑动面而言，尽量在所有运行状态下确保存在足够多的润滑剂并使其尽可能均匀地分布于滑动副的接触面之间，对于滑动摩擦的大小和滑动副特别是滑动轴承的使用寿命而言很重要。因此，两个滑动面之间相对运动的开始是至关重要的。

随着越来越多的汽车使用启停系统，上述重要性尤其对于曲轴的支承部位而言大了许多，因为使用启停系统会使滑动轴承的起动次数增加100倍或以上。

出于这一原因，滑动面的接触面特别是滑动轴承的接触面经相应加工而具有深度远小于100μm的极小凹陷，其用作润滑剂的储存容器。这些凹陷是由于滑动面材料的正常粗糙度而存在的，或者是选择性形成的。因此，滑动轴承的承重面积率(即接触面实际相接触的面积占比)总是远低于100％，部分情况下甚至低于60％。

借助专门的加工步骤如磨削、精整或珩磨来实现滑动面的相应结构化，但这些加工步骤无法规定凹陷的具体形状和分布，而且这些凹陷在大小特别是深度上的离差也比较大。最主要的是，结构化处理的结果还高度依赖于操作人员的经验。

为了对滑动轴承的接触面进行在凹陷的数目、大小、深度和分布方面明确的结构化，已知做法是用激光轰击该表面以获得期望凹陷。

但这种处理方式的一个缺点是凹陷数目较大时极为耗时，此外，击中表面的激光束不仅在表面形成凹陷，还产生环形包围该凹陷的鼓包，这种鼓包在许多情况下是非期望的，需要重新精整来加以消除。一般而言，用激光制成的凹陷的侧面形状几乎不可控。

另一缺点在于，激光加工的强加热局限于较窄的空间区域且紧随其后是快速冷却，这会导致形成非期望的新硬度区。

此外还已知有电化学加工法(ECM)，这种加工方法也可以结合脉冲应用(PECM)。

这种加工方法用于产生三维表面(例如硬币的三维表面)或者在表面形成前述凹陷，通常情况下，当采用该方法所达到的去除量不超过30μm时才有经济意义。

通过将相应的负电极靠近用作另一电极的待加工表面，以离子形式去除该表面的材料，这个过程能产生精细度例如远高于电火花腐蚀的结构。

在整个过程中均有导电液体受压而穿过工具与工件之间的间隙，以达到导电目的并将溶解物运走。

曲轴(特别是用于气缸数较多的汽车发动机的曲轴)是在加工过程中不稳定、因而难以定位且在结构化时也有较大加工难度的工件。

除轴承宽度外，主要还通过评估以下参数来评估成品曲轴的尺寸精度：

-直径偏差＝与轴颈的规定标称直径之间的最大偏差；

-圆度＝与轴颈的圆形标称轮廓之间的宏观偏差，由内、外包络圆的间距规定；

-同轴度＝工件旋转时的径向尺寸偏差，由旋转支承部位的偏心率和/或支承部位与理想圆形之间的形状偏差引起；

-平均单一粗糙度深度R_Z形式的粗糙度＝表示支承部位表面的微观粗糙度的计算值；

-承重面积率＝被微观观测的表面结构与相邻对应面接触的承重面积占比；

连杆轴承支承部位(Hublagerstelle)还要评估以下参数：

-行程偏差(Hubabweichung)＝实际行程(连杆轴颈的实际中心到中间轴承的实际中心的距离)与标称行程之间的尺寸偏差，及

-角偏差＝连杆轴颈的实际角位与其标称角位之间相对于中间轴承轴线以及相对于其余连杆轴颈的角位的偏差，单位为度或者作为与行程有关的周向长度给出。

遵守这些参数的期望公差，不仅受到可用加工方法的限制，还受到工件的不稳定性和加工过程作用力的限制。

加工方法的效率和经济效益在实际操作中也很重要，主要是对于周期和制造成本起决定性作用的批量制造而言，而单件试验加工或原型加工则不受此限制。

这一点尤其适用于例如制造曲轴、对该曲轴的支承部位进行精加工和表面结构化时的最后几个方法步骤。

关于凹陷的大小及其在结构化表面的分布，WO2011044979和DE102006060920针对内燃机中的气缸工作面揭示了沿气缸工作路径(Zylinderlaufweg)改变形成于气缸工作面上的凹陷的大小和面积占比，尤其在止点上设置比活塞行程的中间区域更多更大的凹陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构化滑动面以及用于制造该滑动面的方法和工具，二者在流体动力滑动轴承中的摩擦大幅减弱的情况下仍能实现高效制造。