CN103946608B - 圆筒形垫圈及其制造方法以及相应的插入型排气管接头 - Google Patents

Abstract

一种圆筒形垫圈，包括加强构件(70)、耐热材料(71)、以及分散地分布于加强构件(70)和耐热材料(71)中的孔隙。加强构件(70)和所述耐热材料(71)彼此缠结以便具备结构完整性，相对于圆筒形垫圈的总体积而言，加强构件(70)占据32％至60％的体积，耐热材料(71)占据5％至58％的体积，并且孔隙占据10％至35％的体积。

Description

圆筒形垫圈及其制造方法以及相应的插入型排气管接头

技术领域

本发明涉及圆筒形垫圈，该圆筒形垫圈适用于插入型排气管接头，这种插入型排气管接头用于机动车辆中诸如ATV(全地形车：四轮越野车(buggy))、雪地机动车和两轮车；本发明还涉及制造圆筒形垫圈的方法，以及使用圆筒形垫圈的插入型排气管接头。

背景技术

插入型排气管接头包括内管和外管，外管具有与这个内管的外径基本上相等的内径，其中外管在其管端部具有扩大直径部分，而内管的管端部穿过外管的扩大直径部分并且在其一个端部装配到外管的管端部，并且其中有垫圈装配于内管的管端部与外管的扩大直径部分之间的环形间隙中，以便由安置于外管的外周表面上的束紧箍密封在内管与外管之间的间隙(参考专利文献1、专利文献2和专利文献3)。

另外，作为用于上述排气管接头的垫圈，提出了一种垫圈，其中，通过将膨胀石墨板材切割为固定的宽度和长度来形成条带，将切割成与膨胀石墨板材的长度基本上相同长度的金属丝网叠加在这个条带上，将这种叠加的组件围绕圆柱形芯卷绕，使金属丝网放置于内侧，以制成中空圆筒形构件，并且将这种中空圆筒形构件插入于模具中并且经受在其轴向方向上的压缩成型，从而使金属丝网和膨胀石墨在其内周表面和其相反端面上暴露，而外周表面被膨胀石墨覆盖(参考专利文献1和专利文献3)。

此外，还提出了一种环形垫圈，其中通过用金属网封闭膨胀石墨板材的总表面来提供垫圈主体，垫圈主体弯曲成环形并且由压床压缩使得膨胀石墨和网被一体地固连到彼此(参考专利文献4)。

在上述专利文献1至3中所提出的垫圈中使用的膨胀石墨中，其特征诸如耐热性、耐化学性和低摩擦性质基本上等同于正常石墨的那些特征，但是这种膨胀石墨可能易于通过经受加压形成为薄板材或者块而无需使用粘结剂，并且这样获得的物体具有不同于前述石墨的柔顺性和可挠性的特征。

因此，由膨胀石墨和金属丝网形成并且安置于排气管接头的内管与外管的扩大直径部分之间的垫圈由于通过内管流动的废气的热而经历体积膨胀，并且具有柔顺性和可挠性，使得垫圈能自适应并且装配到内管与外管之间的间隙，从而能改进在内管与外管之间的密封性能(参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献：JP-A-61-244815

专利文献2：JP-UM-B-6-36273

专利文献3：JP-A-6-146875

专利文献4：JP-UM-A-5-47620

发明的公开

发明所要解决的技术问题

然而，近年来，排气管的尺寸变大以作为应对噪音的措施，并且催化转换器安装于排气管上作为排放控制措施，从而有过大的负载施加到插入型排气管接头上。由于在起伏路上行进，特别地，接头部分重复地经受振动负荷和弯曲扭矩，并且在内管与外管之间重复地发生撬动(pring)。

关于重复地出现的振动负荷、弯曲扭矩和撬力，需要垫圈具有表现出密封性能所需的柔顺性以及在利用束紧箍束紧时接收束紧力而不发生永久定形(permanent set)的刚性。关于这两种相互冲突的性能，上文所描述的常规垫圈分别专门针对柔顺性能和刚性性能之一设计，并且难以使两种性能兼容。因此，在专门针对刚性设计的垫圈的情况下，发生密封性能的问题，而在专门针对柔顺性设计的垫圈的情况下，可能出现下面这样的问题：诸如由于垫圈永久定形所致的束紧箍松动造成内管与外管之间的间隙的密封性能减弱。

鉴于上文所述的方面，设计了本发明，并且本发明的目的在于提供一种圆筒形垫圈，这种圆筒形垫圈适合用于插入型排气管接头并且这种圆筒形垫圈具有密封性能和刚性，本发明的目的还在于提供一种制造这种圆筒形垫圈的方法，和使用这种圆筒形垫圈的插入型排气管接头。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本发明用于插入型排气管接头中的圆筒形垫圈包括：加强构件，其由压缩的金属丝网制成；耐热材料，其填充于加强构件的金属丝网的网格内并且包含被压缩的石墨和无机粘结剂；以及，孔隙，其分散地分布于加强构件和耐热材料中，其中加强构件和耐热材料彼此缠结以便具备结构完整性，并且相对于圆筒形垫圈的总体积而言，加强构件占据32％至60％的体积，耐热材料占据5％至58％的体积，以及孔隙占据10％至35％的体积。

根据本发明的圆筒形垫圈，由于加强构件和耐热材料的百分比含量以体积比为30％至60％和5％至58％，由于束紧箍所致的束紧力和由于振动所致的负荷由金属丝网制成的加强构件承载，使得永久定形难以发生。此外，由于耐热材料填充于该加强构件的金属丝网的网格中并且孔隙的百分比含量以体积比计为10％至35％，密封性能也是极佳的。因此，能提供一种圆筒形垫圈，这种圆筒形垫圈适用于插入型排气管接头并且其具有密封性能和刚性。

此外，根据本发明的圆筒形垫圈，因为通过将圆筒形垫圈内装到插入型排气管接头内来使用圆筒形垫圈，由于流过排气管的高温废气的热作用，由诸如热脱水所致的冷凝和高温加热所致的晶体转变而在耐热材料中的无机粘结剂中表现出硬化粘结的特征，结果导致圆筒形垫圈的刚性被进一步增强。

在根据本发明的圆筒形垫圈中，作为石墨，合适地选用由结晶石墨、非晶石墨、结晶鳞片石墨或脉石墨组成的天然石墨，人造石墨和膨胀石墨中的至少一种。

在根据本发明的圆筒形垫圈中，作为无机粘结剂，可以选用下列中的至少一种：磷酸二氢铝(一代磷酸铝)[Al(H₂PO₄)₃]、磷酸氢铝(二代磷酸铝)[Al₂(HPO₄)₃]、磷酸二氢镁(一代磷酸镁)[Mg(H₂PO₄)₂]、磷酸氢镁(二代磷酸镁)(MgHPO₄)、磷酸二氢钙(一代磷酸钙)[Ca(H₂PO₄)₂]、磷酸氢钙(二代磷酸钙)(CaHPO₄)和磷酸(H₃PO₄)。

这些无机粘结剂中每一种均能实现石墨粉末粒子的联结和耐热材料粉末到加强构件的金属丝网的网格的联结。由于无机粘结剂与石墨混合，无机粘结剂会导致由诸如热脱水所致的冷凝和由于高温加热所致的晶体转变而表现出的硬化粘结的特征，使得无机粘结剂能实现增强圆筒形垫圈的刚性的效果。

在根据本发明的圆筒形垫圈中，在石墨与包含于耐热材料中的无机粘结剂之间的质量比优选地为1:0.1至1，更优选地1:0.15至0.75。

在一优选示例中，加强构件致密地包含在从其圆柱形内周表面至圆柱形外周表面的径向方向中。

以此方式致密地包含加强构件，由于束紧箍所致的束紧力和由于振动所致的负荷可以令人满意地由加强构件承载，从而可以进一步减少永久定形的发生。

在制造用于插入型排气管接头中的根据本发明的圆筒形垫圈的方法中，圆筒形垫圈包括：加强构件，由压缩的带形金属丝网制成；耐热材料，其填充于加强元件的带形金属丝网的网格内并且包含被压缩的石墨和无机粘结剂；以及，孔隙，其分散地分布于加强构件和耐热材料中，其中加强构件和耐热材料彼此缠结以便具备结构完整性，并且相对于圆筒形垫圈的总体积而言，加强构件占据32％至60％的体积，耐热材料占据5％至58％的体积，并且孔隙占据10％至35％的体积，制造圆筒形垫圈的方法包括以下步骤：(1)以预定比例混合石墨粉末、无机粘结剂和蒸馏水，并且混合它们以制造包含石墨粉末和无机粘结剂的湿耐热材料粉末；(2)使编织细金属丝而获得的管状金属丝网在一对辊之间通过，以在径向方向上压缩从而制成带形金属丝网；(3)向带形金属丝网的两个表面供应耐热材料粉末，并且利用辊来辊压耐热材料粉末，以向带形金属丝网的网格填充耐热材料粉末，随后干燥填充于带形金属丝网的网格中的耐热材料粉末以从耐热材料粉末移除水，从而形成复合带形构件，耐热材料粉末填充于复合带形构件中并且保持在带形金属丝网的网格中；(4)卷绕复合带形构件至少两匝而形成圆筒形状，以制成管状基体构件；以及(5)将管状基体构件插入于模具的圆筒形中空部分内并且使管状基体构件在模具中经受在轴向方向上的压缩成形。

根据本发明制造圆筒形垫圈的方法，由于相对于整个圆筒形垫圈而言，加强构件、耐热材料和孔隙的体积含量被设置为加强构件32％至60％，耐热材料5％至58％，和孔隙10％至3％，所以能获得具有密封性能和刚性的圆筒形垫圈。

在根据本发明的制造方法中，优选地，石墨粉末选自下列中的至少一种：膨胀石墨粉末、天然石墨粉末和人造石墨粉末；膨胀石墨粉末为通过切割和粉碎膨胀石墨板材而形成的粉末；无机粘结剂选自下列中的至少一种：磷酸二氢铝、磷酸氢铝、磷酸二氢镁、磷酸氢镁、磷酸二氢钙、磷酸氢钙和磷酸；并且在优选示例中，石墨粉末、无机粘结剂和蒸馏水的质量比为1:0.1至1:0.1至1。

根据本发明的插入型排气管接头包括：外管，其具有管端部、扩大直径的圆筒形部分、开口端部凸缘部分、凸缘部分、以及多个狭缝，所述扩大直径的圆筒形部分经由在管端部的环形肩部而具有扩大的直径，所述开口端部设置于扩大直径的圆筒形部分的一个轴向端部，所述凸缘部分设置于开口端部的外周表面上以便在径向向外延伸，所述多个狭缝设置于扩大直径的圆筒形部分中和凸缘部分中，从而从开口端部的环形端面在轴向延伸并且在周向方向上等距布置；内管，其具有管端部和凸缘，所述管端部穿过外管的扩大直径的圆筒形部分的内部并且在其一个轴向端部装配于外管的管端部上，所述凸缘直立地设置于管端部的另一轴向端部的外周表面上；前述圆筒形垫圈，其装配于内管的管端部的圆柱形外表面与外管的扩大直径的圆筒形部分的圆柱形内表面之间的环形间隙中；以及，束紧箍，其安置于外管的扩大直径的圆筒形部分的圆柱形外表面上，以便通过束紧将扩大直径的管端部的圆柱形内表面压靠在圆筒形垫圈的圆柱形外周表面上，通过这种按压，束紧箍将圆筒形垫圈的圆柱形内周表面压靠在内管的管端部的圆柱形外表面上，在环形间隙中的圆筒形垫圈安置成使其一个轴向端部的环形端面抵靠内管的凸缘。

根据本发明的插入型排气管接头，装配在内管的管端部的外表面与外管的扩大直径的圆筒形部分的圆柱形内表面之间的环形间隙中的圆筒形垫圈具有密封性和刚性，这是由于相对于整个部分而言，加强构件、耐热材料和孔隙的体积含量被设置为加强构件32％至60％，耐热材料5％至58％，以及孔隙10％至35％。因此，改进了在内管与外管之间的密封性能，并且因此能尽量防止来自该间隙的废气泄漏。此外，对于内装到该插入型排气管接头来使用的圆筒形垫圈，诸如由于热脱水所致的冷凝和由于通过排气管流动的高温废气的热作用的高温加热所致的晶体转变，在耐热材料中的无机粘结剂中表现出硬化粘结的特征，从而增强了刚性。因此，不会发生诸如永久定形的缺陷，并且可以在延长的时段内维持刚性。

发明优点

根据本发明，由于加强构件、耐热材料和孔隙的体积含量分别被设置为32％至60％，5％至58％，以及10％至35％，因此能提供具有密封性和刚性的圆筒形垫圈以及这种圆筒形垫圈的制造方法。此外，能提供具有圆筒形垫圈的插入型排气管接头，所述圆筒形垫圈能够改进在内管与外管之间的间隙处的密封性能并且尽可能防止来自该间隙的废气泄漏。

附图说明

图1为在本发明的一实施例中制造的圆筒形垫圈的说明性透视图；

图2为沿着图1中的线II-II在箭头方向所截取的说明性示意截面图；

图3为在制造根据本发明的圆筒形垫圈的过程中形成加强构件的方法的说明性透视图；

图4为示出加强构件的金属丝网的网格的说明性平面图；

图5为在制造根据本发明的圆筒形垫圈的过程中形成复合带形构件的方法的说明性截面图；

图6为在制造根据本发明的圆筒形垫圈的过程中管状基体构件的说明性平面图；

图7为图6所示的管状基体构件沿着线VII-VII在箭头方向所截取的说明性截面图；

图8为示出在制造根据本发明的圆筒形垫圈的过程中管状基体构件插入于模具中的状态的说明性截面图；

图9为纳包含根据本发明的圆筒形垫圈的一个示例的插入型排气管接头的说明性纵截面图；

图10为插入型排气管接头的内管的说明性透视图；

图11为插入型排气管接头的外管的说明性透视图；以及

图12为插入型排气管接头的束紧箍的说明性透视图。

具体实施方式

接下来，将基于附图所示的优选实施例给出本发明的更详细描述和执行本发明的方式。应当指出的是本发明并不限于这些实施例。

将给出圆筒形垫圈的构成材料和制造根据本发明的圆筒形垫圈的方法的描述。

<耐热材料：石墨>

用作耐热材料的石墨粉末选自由结晶石墨、非晶石墨、结晶鳞片石墨和脉石墨中至少一种组成的天然石墨粉末，人造石墨粉末和膨胀石墨粉末中的至少一种。

此处，膨胀石墨粉末指石墨粉末，其中将原材料石墨(天然石墨)粉末浸没于含酸性物质和氧化剂的溶液中以生成石墨层间化合物，然后使石墨层间化合物经受热处理以便在石墨晶体的C轴线方向上膨胀。

将给出生产膨胀石墨粉末的一种方法的一个示例的描述。当把98％浓度的浓缩硫酸作为酸性物质搅拌时，将过氧化氢的60％的水溶液作为氧化剂加入，并且这个溶液用作反应溶液。这种反应溶液被冷却并且保持在10℃的温度，将具有30至80目的粒度的天然鳞片石墨粉末添加到该反应溶液，并且允许反应发生持续30分钟。在反应之后，通过抽吸过滤来分离酸处理的石墨粉末，并且重复两次清洁操作，其中，将酸处理的石墨粉末在水中搅拌10分钟，然后经受抽吸过滤，从而从酸处理的石墨粉末充分移除硫酸成分。然后，将充分移除了硫酸的酸处理的石墨粉末在保持在110℃温度的干燥炉中干燥3个小时，并且将其用作酸处理的石墨粉末。

将上文所描述的经酸处理的石墨粉末在950至1200℃的温度经受加热(膨胀)处理1至10秒，以产生裂解气。在石墨层之间的间隙由于其气体压力而膨胀，以形成膨胀石墨粉末(膨胀率：240至300倍)。

以此方式生产的膨胀石墨粉末可以用作本发明中的耐热材料，但是由于膨胀石墨粉末具有很低的体积密度0.05g/cm²，其很难处置。因此，在本发明中，优选地将粉碎的膨胀石墨粉末用作膨胀石墨粉末，粉碎的膨胀石墨粉末通过以下步骤而获得：将前述膨胀石墨粉末进给到双辊设备，双辊设备被调整到所希望的辊距以经受辊压成型，从而形成具有所希望厚度的膨胀石墨板材，并且然后利用粉碎机来切割并且粉碎这种膨胀石墨板材。通过使用这种膨胀石墨板材，能有效地使用原本浪费的废料，即，所谓的边缘材料，其例如在沿着所希望的形状切割膨胀石墨板材时产生，从而能实现膨胀石墨粉末材料成本的降低，并且因此能实现圆筒形垫圈本身的成本降低。

<耐热材料：无机粘结剂>

无机粘结剂用来将石墨粉末保持到用作加强构件的带形金属丝网上和其网格内，同时联结石墨粉末的粒子，选择下列中的至少一种用作无机粘结剂：磷酸二氢铝、磷酸氢铝、磷酸二氢镁、磷酸氢镁、磷酸二氢钙、磷酸氢钙和磷酸。

<加强构件>

作为加强构件，合适地使用由编织金属丝网构成的管状金属丝网、管状编织金属丝网、或特别是圆筒形编织金属丝网，其通过编织一根或多根细金属丝形成，包括：作为铁基金属丝，由诸如奥氏体不锈钢SUS 304、SUS 310S和SUS 316、铁素体不锈钢SUS 430或铁丝(JIS-G-3532)或镀锌钢丝(JIS-G-3547)制成的不锈钢金属丝；或者，作为铜丝，由铜-镍合金(铜镍合金)金属丝、铜-镍-锌合金(镍银)金属丝、黄铜丝或铍铜丝制成的金属丝构件。

作为形成金属丝网的细金属丝，使用直径为0.05至0.50mm或大约这种大小的细金属丝。对于由该直径的细金属丝形成的用于加强构件的金属丝网，可以合适地使用网格大小为1.5至6mm长和1.0至5mm宽或大约这种大小的金属丝网(参看图4，其示出了编织金属丝网)。

接下来，参考附图，将给出制造由前述构成材料所构成的圆筒形垫圈的方法的描述。

(第一过程)

作为石墨粉末，制备通过粉碎天然石墨、人造石墨、膨胀石墨和膨胀石墨板材而获得的膨胀石墨粉末、天然石墨粉末和人造石墨粉末中的至少一种。然后使选自磷酸二氢铝、磷酸氢铝、磷酸二氢镁、磷酸氢镁、磷酸二氢钙、磷酸氢钙和磷酸中至少一种的无机粘结剂和蒸馏水与它们以预定量的比例混合，并且使它们被揉捏，从而制造出由石墨粉末、无机粘结剂和蒸馏水组成的湿耐热材料粉末1。包含于此湿耐热材料粉末1中的石墨粉末、无机粘结剂和蒸馏水的质量比优选地为1：0.1～1：0.1～1。

(第二过程)

如图3所示，制备管状金属丝网2，其由中空圆筒形编织金属丝网制成，所述中空圆筒形编织金属丝网通过用编织机(未图示)连续地编织直径为0.05至0.50mm的细金属丝获得，并且网格大小为0.25至6mm长和1.5至5mm宽或者大约这种大小(参看图4)。使这样的管状金属丝网2在一对辊3之间通过并且在径向方向上被压缩，从而制成具有所希望宽度的带形金属丝网5。

如图5所示，将带形金属丝网5插入到辊压设备6的料斗7内，使带形金属丝网5的插入端部在一对辊8与9之间通过，并且将湿耐热材料粉末1从输送器10和11进给到由带形金属丝网5平分的料斗7的内部。进给到料斗7内的耐热材料粉末被供应到在辊8与9之间的带形金属丝网5的两个表面，并且耐热材料粉末1在辊8与9之间被辊压以向带形金属丝网5的网格填充耐热材料粉末1，从而制造出复合的带形基体材料12a，带形金属丝网5和保持在带形金属丝网5上和其网格中的耐热材料粉末被整合到复合带形基体材料12a内。复合带形基体材料12a被切割成所希望的长度并且卷成卷形式。应当指出的是，在图5中，附图标记13表示安置于一个辊8侧上的测压元件，并且14表示安置于另一辊9侧上的流体缸。

(第三过程)

在制造了切割成所希望的长度并且卷成卷形式的复合带形基体材料之后，在干燥炉中干燥复合带形基体材料12a以通过蒸发和消散从复合带形基体材料12a中的耐热材料粉末1移除水含量，并且随后将复合带形基体材料12a切割成所希望的长度，从而制造出复合带形构件12，在复合带形构件12中，耐热材料粉末1被填充和保持在带形金属丝网5的网格中。通过围绕芯(未图示)来卷绕这个复合带形构件12至少两匝，或者在图6和图7所示的示例中卷绕三匝来制成管状基体构件15。

制备诸如图8所示的模具20，在模具内部，当把阶梯型芯18适合地插入于腔体17的通孔16中时形成中空圆筒形部分19，腔体17在其内部具有通孔16。然后将管状基体构件15装配于模具20的阶梯型芯18上。

插入于模具20的中空圆筒形部分19中的管状基体构件15由于冲头21在芯轴线的方向上以98至294N/mm²(1至吨/cm²)的压力经受压缩成型。因此，制成圆筒形垫圈27，圆筒形垫圈27包括限定通孔22的圆柱形内周表面23、圆柱形外周表面24以及环形端面25和26，如图1和图2所示。

通过将管状基体构件15压缩成型而制成的圆筒形垫圈27包括：加强构件70，其由压缩的带形金属丝网5形成并且被压缩；耐热材料71，其填充于加强构件70的带形金属丝网5的网格中并且包含被压缩的石墨和无机粘结剂；以及，孔隙，其分散地分布于加强构件70和耐热材料71中，并且加强构件70与耐热材料71彼此缠结以便具备结构完整性。圆筒形垫圈27的内周表面23、外周表面24和端面25和26各由平滑表面形成，其中，加强构件70与耐热材料71以混合形式存在，加强构件70致密地包含于从内周表面23至外周表面24的径向方向中，在圆筒形垫圈27中的加强构件70、耐热材料71和孔隙的体积含量分别为32至60％，5％至58％，以及10％至35％。

包含于圆筒形垫圈27中的孔隙含量的相对量与圆筒形垫圈27的密封性能的相对品质有关。如果孔隙含量的体积比小于10％，圆筒形垫圈27本身的刚性可以增加，但会引起圆筒形垫圈27相对于排气管的内周表面的在可插入性方面的困难，并且其与排气管的内周表面的初始顺应性较差，结果可能导致造成密封性能减弱。另一方面，如果孔隙含量的体积比超过35％，则在圆筒形垫圈27内部出现大量连续孔隙，可能造成密封性能减弱和圆筒形垫圈27的刚性减弱。因此，包含于圆筒形垫圈27中的孔隙含量优选地体积比为10％至35％，更优选地15％至30％。

通过内装到图9所示的插入型排气管接头中来使用圆筒形垫圈27。图9所示的插入型排气管接头包括外管35(参看图9和图11)、内管40(参看图9和图10)、圆筒形垫圈27以及束紧箍45(参看图9和图12)。外管35具有：管端部28；经由渐细的环形肩部29以扩大直径形成于管端部28的扩大直径的圆筒形部分30；开口端部31，其形成于扩大直径圆筒形部分30的一个轴向端部；凸缘部分32，其以在径向向外延伸的方式形成于开口端部31的外周表面上；以及，多个狭缝31，其以从开口端部31的开放端面33在轴向延伸并且在周向等距布置的方式设置于扩大直径圆筒形部分30和凸缘部分32中。内管40具有：管端部37，其穿过外管35的扩大直径圆筒形部分30的内部并且在其一个轴向端部36装配于外管35的管端部28；以及，凸缘39，其直立地设置于管端部37的另一轴向端部38的圆柱形外表面上。圆筒形垫圈27装配于内管40的管端部37的圆柱形外表面41与外管35的扩大直径的圆筒形部分30的圆柱形内表面42之间的环形间隙43中。束紧箍45安置于扩大直径圆筒形部分30的圆柱形外表面44上。束紧箍45具有圆筒形主体46和一对凸耳47和48，这对凸耳47和48被设置为从圆筒形主体46一体地沿径向向外突出，束紧箍45被调适成使其圆筒形主体46由于拧紧工具51诸如螺栓拧紧而经历直径减小，拧紧工具51插入于这对凸耳47和48的通孔49和50内，束紧箍45利用圆筒形主体46的内周表面52将外管35的扩大直径圆筒形部分30的圆筒形内表面42压靠到圆筒形垫圈27的圆筒形外周表面24上，并且通过这种压紧，束紧箍45将圆筒形垫圈27的圆筒形内周表面23压靠到内管40的管端部37的圆筒形外表面41上。在环形间隙43中的圆筒形垫圈27安置成使其一个轴向端部的端面26抵靠内管40的凸缘39，并且因此使圆筒形垫圈27适于气密地密封在内管40与外管35之间的环形间隙43，从而防止废气从环形间隙43泄漏。

在上文所描述的插入型排气管接头中，沿径向向内突出的钩形部55设置于束紧箍45的轴向端部53和54中的一个端部53处。钩形部55具有与形成于外管35的扩大直径圆筒形部分30的凸缘部分32中的缺口部分56的截面类似的截面，并且当束紧箍45装配于外管35的扩大直径的圆筒形部分30的圆筒形外表面44上时，钩形部55自由地通过在凸缘部分32中形成的缺口部分56，并且使其内表面与内管40的凸缘39的轴向侧表面接触并且接合凸缘39，使得外管35在其凸缘部分32在轴向接合束紧箍45。因此，即使有力倾向于在轴向方向上分离内管40与外管35，也可防止内管40与外管35变得彼此脱离。

在通过内装到插入型排气管接头中而使用的圆筒形垫圈27中，由于通过排气管的内管40流动的高温废气的热作用，因诸如热脱水所致的冷凝和因高温加热所致的晶体转变而在无机粘结剂中表现出硬化粘结特征，并且因此增强了耐热材料的刚性，使得圆筒形垫圈27并不经历诸如永久定形的缺陷，从而能在延长的时段维持圆筒形垫圈27的刚性。

应当指出的是，在本发明中，对于刚性增强的圆筒形垫圈27而言，由于甚至束紧箍45施加较大束紧力也不会产生诸如永久定形的缺陷，可能在束紧箍45和凸缘部分32中无需设置钩形部55和缺口部56。

示例

接下来，将根据示例来详细地描述本发明。应当指出的是本发明并不限于这些示例。

示例1

作为石墨粉末，使用膨胀石墨粉末，通过切割并且粉碎具有1.2Mg/m³密度和0.4mm厚度的膨胀石墨板材来制成膨胀石墨粉末。

作为无机粘结剂，使用磷酸二氢铝(一代(monobasic)磷酸铝)[Al(H₂PO₄)₃]。

膨胀石墨粉末、磷酸二氢铝和蒸馏水以1:0.25:0.75的质量比混合并且被揉捏从而制成湿耐热材料粉末。

通过使用七根具有0.15mm金属丝直径的奥氏体不锈钢金属丝(SUS304)作为细金属丝，制造网格大小为2.0mm长、1.5mm宽和大约这种大小的圆筒形编织金属丝网，并且使圆筒形编织金属丝网通过一对辊子之间，从而形成用于加强构件的带形金属丝网。

将带形金属丝网插入到图5所示的辊压设备的料斗内，使带形金属丝网的插入端部在一对压辊之间通过，并且将湿耐热材料粉末从输送器进给到由带形金属丝网平分的料斗内部。进给到料斗内的耐热材料粉末被供应到带形金属丝网的两个表面并且同时供应到压辊之间，以辊压在压辊之间的耐热材料粉末，从而制成复合带形基体材料，其中带形金属丝网和填充并且保持于带形金属丝网的网格中的耐热材料粉末整合于复合带形基体材料中。

将以此方式制造的复合带形基体材料在干燥炉中干燥以蒸发并且消散包含于耐热材料粉末中的水，并且在干燥后，切割复合带形基体材料，从而制成具有63mm的宽度和175mm的长度或大约这种大小的复合带形构件(复合带形构件的质量：32.7g；在复合带形构件中的带形金属丝网的质量：27.2g；磷酸二氢铝的质量：1.1g；以及膨胀石墨粉末的质量：4.4g)。

通过使复合带形构件围绕圆柱形芯的外周表面卷绕两匝来制造管状基体构件。

然后将管状基体构件装配于图8所示的模具的阶梯型芯上，在模具内部，由于阶梯型芯适合地插入于腔体的通孔内而形成中空圆筒形部分，腔体在其内部具有通孔。

安置于模具的中空圆筒形部分中的管状基体构件在芯轴线的方向上在196N/mm2(2吨/cm2)的压力下经受压缩成型。因此，制成圆筒形垫圈，圆筒形垫圈包括限定通孔的圆柱形内周表面，圆柱形外周表面和环形端面，并且其具有22.1mm的内径，29.4mm的外径和25.0mm的长度。在此圆筒形垫圈中，加强构件、耐热材料和孔隙的百分比含量以体积比分别为46.5％、37.0％和16.5％。

示例2

作为石墨粉末，使用与上文所描述的示例1的膨胀石墨粉末类似的膨胀石墨粉末；作为无机粘结剂，使用磷酸二氢钙(一代磷酸钙)[Ca(H₂PO₄)₂]，并且膨胀石墨粉末、磷酸二氢钙和蒸馏水以质量比1:0.25:0.75混合并且揉捏，从而制成湿耐热材料粉末。

作为带形金属丝网，使用与上文所描述的示例1的带形金属丝网类似的带形金属丝网。

通过使用这种湿耐热材料粉末和带形金属丝网，以与上文所描述的示例1中相同的方式制成复合带形基体材料。

复合带形基体材料在干燥炉中干燥以蒸发并且消散包含于该耐热材料粉末中的水，并且随后切割复合带形基体材料，从而制成宽度为63mm和长度为175mm或大约这种大小的复合带形构件(复合带形构件的质量：32.7g；复合带形构件的带形金属丝网中的质量：27.2；磷酸二氢钙的质量：1.1g；以及，膨胀石墨的质量：4.4g)。

通过使复合带形构件围绕圆筒形的外周表面卷绕两匝来制成管状基体构件。以与上文所描述的示例1相同的方式，制造圆筒形垫圈，圆筒形垫圈包括限定通孔的圆柱形内周表面、圆柱形外周表面和环形端面，并且其具有22.1mm的内径，29.4mm的外径和25.0mm的长度。在此圆筒形垫圈中，加强构件、耐热材料和孔隙的百分比含量以体积比分别为46.5％、33.9％和19.6％。

示例3

作为石墨粉末，使用与上文所描述的示例1的膨胀石墨粉末类似的膨胀石墨粉末；作为无机粘结剂，使用磷酸氢镁(二代磷酸镁)(MgHPO₄)，并且膨胀石墨粉末、磷酸氢镁和蒸馏水以质量比1:05:05混合并且揉捏，从而制成湿耐热材料粉末。

作为用于加强构件的带形金属丝网，使用与上文所描述的示例1的带形金属丝网类似的带形金属丝网

以在上文所描述示例1中相同的方式从湿耐热材料粉末和带形金属丝网制成复合带形基体材料。

以此方式制造的复合带形基体材料在干燥炉中干燥以蒸发并且消散包含于该耐热材料粉末中的水，并且随后切割复合带形基体材料，从而制成宽度为63mm和长度为175mm或大约这种大小的复合带形构件(复合带形构件的质量：32.7g；复合带形构件的带形金属丝网中的质量：27.2；磷酸氢镁的质量：1.8g；以及，膨胀石墨的质量：3.7g)。

通过使复合带形构件围绕圆筒形的外周表面卷绕两匝来制成管状基体构件。以与上文所描述的示例1相同的方式，制造圆筒形垫圈，圆筒形垫圈包括限定通孔的圆柱形内周表面、圆柱形外周表面和环形端面，并且其具有22.1mm的内径，29.4mm的外径和25.0mm的长度。在此圆筒形垫圈中，加强构件、耐热材料和孔隙的百分比含量以体积比分别为46.5％、34.4％和19.1％。

示例4

作为石墨粉末，使用鳞片状天然石墨粉末；作为无机粘结剂，使用磷酸(H₃PO₄：75％水溶液)，并且天然石墨粉末和磷酸以质量比1:0.2混合并且揉捏，从而制成湿耐热材料粉末。

使用两根具有0.28mm金属丝直径的奥氏体不锈钢丝(SUS 304)作为细金属丝，制成网格大小为3.0mm长和2.0mm宽或大约这种大小的圆筒形编织金属丝网，并且使之通过一对辊之间而形成用于加强构件的带形金属丝网。

通过使用前述湿耐热材料粉末和带形金属丝网，以与上文所描述的示例1中相同的方式制成复合带形基体材料。

复合带形基体材料在干燥炉中干燥以蒸发并且消散包含于该耐热材料粉末中的水，并且在干燥后切割复合带形基体材料，从而制成宽度为63mm和长度为175mm或大约这种大小的复合带形构件(复合带形构件的质量：31.8g；复合带形构件的带形金属丝网中的质量：27.1；磷酸的质量：0.6g；以及，膨胀石墨的质量：4g)。

通过使复合带形构件围绕圆筒形的外周表面卷绕两匝来制成管状基体构件。以与上文所描述的示例1类似的方法，制造圆筒形垫圈，圆筒形垫圈包括限定通孔的圆柱形内周表面、圆柱形外周表面和环形端面，并且其具有22.1mm的内径，29.4mm的外径和25.0mm的长度。在此圆筒形垫圈中，加强构件、耐热材料和孔隙的百分比含量以体积比分别为46.5％、29.2％和24.3％。

比较示例

制备用于耐热材料的膨胀石墨板材，其具有的1.2Mg/m³密度和0.4mm的厚度，并且被切割成75mm宽和257长的大小。

使用一根具有0.15mm金属丝直径的奥氏体不锈钢丝(SUS 304)作为细金属丝，制成网格大小为4.0mm长和3.0mm宽或大约这种大小的圆筒形编织金属丝网，并且使之在一对辊之间通过而形成带形金属丝网，将金属丝网切割成68mm宽、257mm长的大小，并且将这种金属丝网用作加强构件的带形金属丝网。

制造叠置的组件，其中，将膨胀石墨板材和带形金属丝网叠加在彼此上，使得膨胀石墨板材从带形金属丝网的两个宽度方向端部(其用作圆筒形垫圈的环形端面)在宽度方向上突出，并且使得带形金属丝网的一个长度方向的端部和与之相对应的膨胀石墨板材的长度方向的端部对准。

使叠置的组件围绕圆柱形芯的外周表面卷绕，其中，将膨胀石墨板材放置于内侧，使得膨胀石墨板材多卷绕一匝，从而形成管状基体构件，在管状基体构件中，膨胀石墨板材在内周侧和外周侧上暴露。在此管状基体构件中，膨胀石墨板材的两个宽度方向的端部分别在带形金属丝网的宽度方向上从带形金属丝网突出。

然后将管状基体材料装配于图8所示的模具的阶梯型芯上，在模具内部，在阶梯型芯适合地穿过腔体通孔插入时形成中空圆筒形部分，腔体在其内部具有通孔。

安置于模具的中空圆筒形部分中的管状基体构件在芯轴线的方向上在196N/mm2(2吨/cm2)的压力下经受压缩成型。因此，制成圆筒形垫圈，该圆筒形垫圈包括限定通孔的圆柱形内周表面、圆柱形外周表面和环形端面，并且其具有22.1mm的内径，29.4mm的外径和25.0mm的长度。在此圆筒形垫圈中，由压缩的带形金属丝网形成的加强构件、由类似压缩的膨胀石墨板材形成的耐热材料和孔隙的百分比含量以体积比分别为9.8％、49.6％和40.6％。

接着，通过将在上文所描述的示例1至4和比较示例中获得的圆筒形垫圈中的每一个内装到图9所示的插入型排气管球形接头内，对气体泄漏量(l/min)和束紧箍的束紧扭矩的减弱率(％)进行测试。

<气体泄漏量的测试条件和测试方法>

<测试条件>

束紧箍的束紧力：12N·m

激励角：±0.5°(内管固定)

激励频率(振荡速度)：50Hz

温度(在图9中示出的内管的外表面温度)：从室温(25℃)至500℃

测试时间：24小时。

<测试方法>

当在室温(25℃)以50Hz的激励频率持续±0.5°的振荡运动时，在一小时内使温度升高至500℃。在该保持的温度下持续振荡运动22小时，并且在经过了22小时之后，在一小时内使温度降低至室温。对于室温(在测试开始之前)的气体泄漏量和经过了24小时的测试时间之后的气体泄漏量进行测量。

<气体泄漏量的测量方法>

使图9所示的插入型排气管接头的外管的开口部分闭合，并且允许干燥空气从内管侧以30kPa的压力流入。利用流量计两次测量自接头部分(在内管与外管之间的间隙)的气体泄漏量，即，(1)在测试的早期阶段(在测试开始之前)和(2)在经过了24小时的测试时间之后。

表1示出了上述测试的结果。

[表1]

从图1所示的测试结果看，可以认识到根据示例1至4的圆筒形垫圈在气体泄漏量和束紧扭矩的减弱率方面优于根据比较示例的圆筒形垫圈。确认了根据比较示例的圆筒形垫圈的气体泄漏量增加可归因于由于诸如圆筒形垫圈的永久定形和应力松弛所致的束紧箍的束紧力的显著减弱。此外，推测根据示例1至4的圆筒形垫圈的束紧力的较低的减弱率可归因于由于诸如热脱水所致的冷凝和由于高温加热所致的晶体转变而在形成圆筒形垫圈的耐热材料中的无机粘结剂中表现出硬化粘结的特征，从而增强了圆筒形垫圈的刚性。

如上文所描述，利用根据本发明的圆筒形垫圈，通过彼此缠结而使得加强构件和耐热材料具有结构完整性，并且加强构件、耐热材料和孔隙的含量以体积比分别为32至60％，5至58％，和10％至35％；因此，根据本发明的圆筒形垫圈具有能对抗束紧箍造成的束紧力和振动造成的负荷的刚性，并且由于加强构件的金属丝的网格被填充耐热材料，根据本发明的圆筒形垫圈也具有优良的密封性能。因此，这种圆筒形垫圈，当被内装到插入型排气管接头中并且由束紧箍束紧时，并不产生诸如永久定形等缺陷，甚至当由于在起伏路上行驶，接头部分重复地经受振动负荷和弯曲扭矩时和在内管与外管之间重复地发生撬动时，这种圆筒形垫圈也能尽量防止从排气管的接头部分的气体泄漏。

符号说明：

1：耐热材料粉末

2：圆筒形金属丝网

5：带形金属丝网

15：管状基体构件

17：腔体

18：阶梯型芯

19：中空圆筒形部分

20：模具

21：冲头

27：圆筒形垫圈

70：加强构件

71：耐热材料

Claims (11)

1.一种用于插入型排气管接头的圆筒形垫圈，包括：加强构件，其由压缩的金属丝网制成；耐热材料，其填充于所述加强构件的所述金属丝网的网格内并且包含被压缩的石墨和无机粘结剂；以及，孔隙，其分散地分布于所述加强构件和所述耐热材料中，其中，所述加强构件和所述耐热材料彼此缠结以便具备结构完整性，并且相对于所述圆筒形垫圈的总体积而言，所述加强构件占据32％至60％的体积，所述耐热材料占据5％至58％的体积，并且所述孔隙占据16.5％至24.3％的体积。

2.根据权利要求1所述的圆筒形垫圈，其特征在于，所述石墨选自下列中的至少一种：膨胀石墨、天然石墨和人造石墨。

3.根据权利要求1或2所述的圆筒形垫圈，其特征在于，所述无机粘结剂选自下列中的至少一种：磷酸二氢铝、磷酸氢铝、磷酸二氢镁、磷酸氢镁、磷酸二氢钙、磷酸氢钙和磷酸。

4.根据权利要求1或2所述的圆筒形垫圈，其特征在于，所述石墨与所述无机粘结剂之间的质量比为1:0.1至1。

5.根据权利要求1或2所述的圆筒形垫圈，其特征在于，所述加强构件致密地包含在从其圆柱形内周表面至圆柱形外周表面的径向方向中。

6.一种制造用于插入型排气管接头中的圆筒形垫圈的方法，包括以下步骤：

(1)以预定比例混合石墨粉末、无机粘结剂和蒸馏水，并且混合它们以制造包含石墨粉末和无机粘结剂的湿耐热材料粉末；

(2)使编织细金属丝而获得的管状金属丝网在一对辊之间通过，以在径向方向上压缩从而制成带形金属丝网；

(3)向所述带形金属丝网的两个表面供应耐热材料粉末，并且利用所述辊来辊压所述耐热材料粉末，以向所述带形金属丝网的网格填充所述耐热材料粉末，随后干燥填充于所述带形金属丝网的网格中的耐热材料粉末以从所述耐热材料粉末移除水，从而形成复合带形构件，所述耐热材料粉末填充于所述复合带形构件中并且保持在所述带形金属丝网的网格中；

(4)卷绕所述复合带形构件至少两匝而形成圆筒形状，以制成管状基体构件；以及

(5)将所述管状基体构件插入于模具的圆筒形中空部分内，并且使所述管状基体构件在模具中在轴向方向上经受压缩成形，

其中所述圆筒形垫圈包括：加强构件，其由压缩的带形金属丝网制成；耐热材料，其填充于所述加强构件的所述带形金属丝网的网格内并且包含被压缩的石墨粉末和无机粘结剂；以及，孔隙，其分散地分布于所述加强构件和所述耐热材料中，其中，所述加强构件和所述耐热材料彼此缠结以便具备结构完整性，并且相对于所述圆筒形垫圈的总体积而言，所述加强构件占据32％至60％的体积，所述耐热材料占据5％至58％的体积，并且所述孔隙占据16.5％至24.3％的体积。

7.根据权利要求6制造圆筒形垫圈的方法，其特征在于，所述石墨粉末选自下列中的至少一种：膨胀石墨粉末、天然石墨粉末和人造石墨粉末。

8.根据权利要求7制造圆筒形垫圈的方法，其特征在于，所述膨胀石墨粉末为通过切割和粉碎膨胀石墨板材而形成的粉末。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的制造圆筒形垫圈的方法，其特征在于，所述无机粘结剂选自下列中的至少一种：磷酸二氢铝、磷酸氢铝、磷酸二氢镁、磷酸氢镁、磷酸二氢钙、磷酸氢钙和磷酸。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的制造圆筒形垫圈的方法，其特征在于，所述石墨粉末、所述无机粘结剂和所述蒸馏水的质量比为1:0.1至1:0.1至1。

11.一种插入型排气管接头，包括：外管，其具有管端部、扩大直径的圆筒形部分、开口端部、凸缘部分、以及多个狭缝，所述扩大直径的圆筒形部分经由在所述外管的所述管端部的环形肩部具有扩大的直径，所述开口端部设置于所述扩大直径的圆筒形部分的一个轴向端部，所述凸缘部分设置于所述开口端部的外周表面上以便在径向向外延伸，所述多个狭缝设置于所述扩大直径的圆筒形部分中和所述凸缘部分中，从而从所述开口端部的环形端面沿轴向延伸并且在周向方向上等距布置；内管，其具有管端部和凸缘，所述内管的所述管端部穿过所述外管的所述扩大直径的圆筒形部分的内部并且在其一个轴向端部装配于所述外管的所述管端部上，所述凸缘直立地设置于所述内管的所述管端部的另一轴向端部的外周表面上；根据权利要求1至5中任一项所述的圆筒形垫圈，其装配于所述内管的所述管端部的圆柱形外表面与所述外管的所述扩大直径的圆筒形部分的圆柱形内表面之间的环形间隙中；以及，束紧箍，其安置于所述外管的所述扩大直径的圆筒形部分的圆柱形外表面上，以便通过束紧将所述外管的所述管端部的所述圆柱形内表面压靠在所述圆筒形垫圈的圆柱形外周表面上，通过这种按压，所述束紧箍将所述圆筒形垫圈的圆柱形内周表面压靠在所述内管的所述管端部的圆柱形外表面上，在所述环形间隙中的所述圆筒形垫圈安置成使其一个轴向端部的环形端面抵靠所述内管的所述凸缘。