CN104481723B - 一种燃气密封结构的多层金属气缸垫 - Google Patents

Abstract

一种燃气密封结构的多层金属气缸垫，包括垫体，垫体由上板、调整板和下板依次重叠而成。垫体上设有燃烧室孔、冷却液孔、油孔和螺栓孔。上板和下板之间设有调整板，还包括面压形成片，面压形成片是将环形薄金属片在所述调整板的燃烧室孔处向外翻边，并紧紧的铆压在所述调整板的燃烧室孔外侧，所述调整板的燃烧室孔外侧的铆压处为预先压制好的深度与面压形成片厚度相同的凹槽。该多层金属气缸垫节省合金钢材料，又可以用普通设备制造而不必购买价格昂贵的激光焊接机。结构合理，节省材料，降低成本，提高了生产率，性能可靠，密封效果好，使用寿命长，极大地提高了发动机的可靠性和耐久性。

Description

一种燃气密封结构的多层金属气缸垫

技术领域

本发明涉及发动机气缸垫技术领域，是一种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫。

背景技术

气缸垫是安装在发动机气缸盖与气缸体之间的多功能垫片：它是一种连接件，将气缸盖与气缸体连接在一起，传递力矩；是一种调整件，调整压缩余隙；还是一种密封件，它同时密封温度为1000℃～2500℃、爆发压力为8～30Mpa的燃气，温度为80℃～110℃、压力为0.3～0.6Mpa的冷却液，温度可达160℃、压力约为1 Mpa的润滑油，这是三种化学性能、物理性能差别极大的流体。气缸垫就是在这种高温、高压和脉动负荷条件下工作的，可想而知它的功能是多么奇特，它所处的工作环境是多么苛刻，它起的作用是多么关键。

金属气缸垫机械强度及抗疲劳强度高，抗灼热损失及耐烧蚀能力强，应力松弛及弹性衰减微小，耐压缩性强，由于燃烧室密封部件多采用面压形成片和弧形密封筋结构，具较高的回弹性能，长期保持密封能力；所需缸盖螺栓紧固扭矩小，压紧状态下变形均匀，缸筒变形小，能实现相应较低紧固力下的有效密封；安装（压紧）厚度值不变，压缩余隙值稳定，使得主燃烧室容积和压缩比不变；燃烧充分，废气残余少，减少有害气体排放，使用寿命长。总之，金属气缸垫具有结构和工艺的先进性，性能的优越性，密封的可靠性，是实现发动机高性能化必然要采用的重要零部件。

因而采用金属气缸垫是一种趋势。采用多气门、电喷及增压中冷等技术，只有采用金属气缸垫才有可能实现。现在，凡新设计的高性能发动机都采用金属气缸垫。

    金属气缸垫作为二十世纪八十年代兴起，九十年代以后快速发展起来的新型发动机重要零部件，至今已三十多年。这期间，结构不断改进，性能不断提高，应用也越来越广泛。基本结构是由单层金属板或多层金属板叠加而成的。以三层或四层金属板居多。常见的典型结构，气缸垫的最外层多为功能层板，材质为高强度弹簧钢，上面压制有弧形波纹密封筋或倾斜形密封筋，以密封带有压力的流体（气相、液相）。

如图7-9所示，已有的技术方案是：为了密封发动机燃气爆发产生的高压，通常都在燃烧室孔边缘建立密封高压燃气的高压密封带。该密封带为环形薄金属片，多数情况下与弧形波纹密封筋并列，共同密封高压燃气。该面压形成片大多数由环形薄金属片翻边，即用与气缸垫整体长度的薄板材在燃烧室孔处翻边方式制成的；或是将环形薄金属片焊接在多层金属板的某一层板材上。

现有技术方案的缺点是：通常用在燃烧室孔面压形成片处建立高压密封带来密封发动机爆发的高压燃气。该面压形成片的形成方案，一是用与气缸垫整体长度的弹簧用不锈钢薄板材，在燃烧室孔处翻边的方法制成的，此方法浪费了除面压形成片以外的大量合金钢材料；二是将高强度弹簧钢环形薄金属片接在燃烧室孔处多层金属板的某一层金属板上，此法需要价格昂贵的激光焊接机，因而限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的就在于：为了解决上述问题而提供一种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫。

为解决上述技术问题本发明提出一种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫。这种新型燃气密封结构的金属气缸垫，包括垫体，垫体由上板、调整板和下板依次重叠而成。垫体上设有燃烧室孔、冷却液孔、油孔和螺栓孔。

所述上板和下板之间设有调整板，其特殊之处在于：这种新型燃气密封结构的金属气缸垫，其所述‘新型燃气密封结构’是由新型面压形成片决定的。在调整板的燃烧室孔处设有新结构面压形成片，该新结构面压形成片是将环形薄金属片在内孔处向外翻边，并紧紧的铆压在调整板的燃烧室外侧，其所述调整板燃烧室外侧的铆压处为预先压制好的与面压形成片等厚的凹槽。面压形成片铆压后光滑平整，不产生凸凹不平现象。所述上板和下板在燃烧室孔的边缘处分别压制有形状相同，方向相反的两组弧形波纹密封筋。

所述上板和下板在气缸体和气缸盖靠近边缘沿水套外墙中心线走向处压制有形状相同、方向相反的环绕形倾斜形密封筋，其特殊之处在于：该密封筋的截面是变化的，对需要加强冷却液密封强度的部位，将密封筋变窄，提高回弹力，增强可靠性。所述上板和下板在油孔和螺栓孔的边缘处压制有形状相同、方向相反的的倾斜形密封筋。所述各层之间及上板和下板的密封筋处皆涂有防粘减摩涂料。

本发明还提出了制造该种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫的加工工艺，包括以下步骤：

上板：选取用于加工成形上板的上板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述上板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述上板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述上板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述上板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述上板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述上板毛坯板成形为上板；

面压形成片及调整板：包括步骤a、步骤b和步骤c：

步骤a：准备面压形成片成形用的面压形成片毛坯片，在所述面压形成片毛坯片上依次完成冲孔、拉伸、切外形和超声波清洗加工，使所述面压形成片毛坯片成形为面压形成片；

步骤b：准备调整板成形用的调整板毛坯板，首先在所述调整板毛坯板上压缸口凹陷面，随后在所述调整板毛坯板上进行冲缸口、切外形和压标记加工，最后在所述调整板毛坯板上镀锌，使所述调整板毛坯板成形为调整板；

步骤c：组装面压形成片，将所述面压成形成片装入所述调整板的所述缸口内，随后对所述面压形成片的伸出缸口的部分进行倒边加工，最后将所述经过倒边的部分进行压平，使所述面压形成片在所述调整板的缸口处向外翻边，并紧紧的铆压在所述调整板的缸口处外侧的凹槽内，所述面压形成片铆压后光滑平整，不产生凸凹不平现象；

下板：选取用于加工成形下板的下板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述下板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述下板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述下板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述下板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述下板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述下板毛坯板成形为下板；

装配：将所述上板、装配有面压形成片的调整板和下板依次重叠装配构成金属气缸垫体，随后依次在所述金属气缸垫体表面上涂防粘减磨涂料、经激光打标机打标和总检，最后入库。

优选的，在所述上板和下板加工工序中，只分别在所述上板毛坯板和下板毛坯板的上表面和下表面进行单面磨刷或喷砂并淋涂或喷涂氟橡胶。

优选的，在所述调整板加工工序中，在面压形成片组装工序的步骤b中冲孔、切外形和压标记后，利用清洗机清洗所述调整板毛坯板后双面辊涂橡胶涂层以代替镀锌。

优选的，在所述上板和下板加工工序中，所述上板毛坯板和下板毛坯板上下表面分别经轮刷磨刷或用喷砂机喷射后先依次进行表面除尘、冲孔切外形和压制密封筋后再依次进行超声波清洗、涂粘接剂和分别在所述上板毛坯板上表面印刷氟橡胶和下板毛坯板下表面印刷氟橡胶。

本发明的有益效果在于：与已有的技术相比，既与上面叙述的二种面压形成片式结构相比，即节省合金钢材料，又可以用普通设备制造而不必购买价格昂贵的激光焊接机。结构合理，节省材料，降低成本，提高了生产率，性能可靠，密封效果好，使用寿命长，极大地提高了发动机的可靠性和耐久性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明A-A剖面结构示意图；

图3是本发明B-B剖面结构示意图；

图4为本发明C-C剖面结构示意图;

图5为本发明D-D剖面结构示意图;

图6为本发明另一实施例示意图；

图7是现阶段普遍采用的面压形成片部位剖面结构示意图一；

图8是现阶段普遍采用的面压形成片部位剖面结构示意图二；

图9是现阶段普遍采用的面压形成片部位剖面结构示意图三；

图10为本发明一种新型燃气密封结构的金属气缸垫的加工工艺流程图一；

图11为本发明一种新型燃气密封结构的金属气缸垫的加工工艺流程图二；

图12为本发明一种新型燃气密封结构的金属气缸垫的加工工艺流程图三；

图13为本发明新型燃气密封结构面压形成片的加工及装配工艺示意图。

附图标记说明：垫体1，燃烧室孔2，冷却液孔3，油孔4、4A，螺栓孔5，上板6，下板7，调整板8，面压形成片9、9A，面压形成片翻边10、10A，弧形波纹密封筋11、12、13、14，环绕形倾斜形密封筋15、16，油孔倾斜形密封筋19、20，23、24，螺栓孔倾斜形密封筋21、22，中板26，普通型面压形成片5，中板27，普通型面压形成片28，普通型面压形成片29，焊点30。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-5所示，这种带有新型燃气密封结构的金属气缸垫，主要包括垫体1，垫体1由上板6，下板7和调整板8依次排列重叠而成，垫体1上设有燃烧室孔2，冷却液孔3，压力油孔4，螺栓孔5，在上板6和下板7的燃烧室孔口处分别压制有二组弧形波纹密封筋11、12和13、14，一组弧形波纹密封筋11、12与新结构面压形成片9竖置叠加，形成密封高压燃气的第一密封带，同时，弧形波纹密封筋11、12在缸盖压紧状态时贮存的势能，能够调整缸套突出量不均一性。当缸套突出量小时，密封筋能够释放出贮存的势能立即回弹，弥补缸套突出量的减小值，保证那一气缸能很好的实现密封。另一组弧形波纹密封筋13、14与新结构面压形成片9和弧形波纹密封筋11并列形成密封高压燃气的第二密封带，在两道密封带的共同作用下，保证密封燃气的高度可靠。在上板6和下板7的外边缘处，沿缸体水套的外壁中线方向压制有倾斜形密封筋15、16密封冷却液，不外泄。该密封筋15、16的截面形状，根据不同位置密封力的强弱已经做了改变和调整，以保证冷却液密封的可靠性。压力油孔4及螺栓孔5和回油孔4A的边缘也分别设有密封筋19、20，21、22和23、24，实现密封。垫体1的金属板之间及上下板的外表面皆有密封涂料，外表面的弧形密封筋和倾斜形密封筋处皆有印刷密封涂料，垫体1的各层板用铆钉铆接在一起。

如图6所示，面压形成片9A同时与两对弧形密封筋11、12和13、14叠加排列，极大地增强了密封高压燃气的密封强度。它适用于爆发压力高且要求短时间内达到最大功率、最高速度的超强发动机。它的密封面压比图2所示的结构密封面压高，而高的部分是由方向相反的两组高强度弹簧钢弧形密封筋11、12和13、14被压缩所贮存的势能所形成的，有极高的回弹力，既可以弥补因各缸套突出量的不均一性而产生的窜气、泄漏，一旦气缸体与气缸盖之间出现密封间隙或出现其可能性时，上述弧形密封筋内所贮存的势能必将瞬间爆发、同步地释放出来，密封住间隙，又可以实现高强度高可靠性的燃气密封。

制造该种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫的加工工艺，可根据情况任选。他们的共同特点是：根据生产批量分别进行自动线加工或单件流水线加工，对每个零件进行处理、加工，然后装配、终检并入库。

例如，对于上板和下板首先用轮刷进行磨刷或用专用喷砂机喷射表面，使其表面增加与氟橡胶表面的接触面积。然后涂硅烷偶联剂，俗称粘接剂，其化学成分有二个官能团，分别与无机材料如铁、碳等和有机化合物材料如各种橡胶等键合，起到粘接作用。随后，涂氟橡胶并硫化。最后，按常规方法冲制各种尺寸的孔和冲切外形、压制各种规格的密封筋。

三个方案的不同之处在于：方案一的上板与下板每片版的上下表面皆涂氟橡胶，方案二的上板与下板分别只有一个表面涂覆氟橡胶，方案三的上板与下板分别只有一个表面即外表面印刷氟橡胶。

调整板用来调整气缸垫厚度。上板和下板厚度0.20mm或0.25～0.28mm，整片气缸垫的其余厚度值由调整板来调整。其表面根据相关要求可镀锌或辊涂橡胶涂层。

在本专利中，调整板还有一个主要的特殊的功能，即密封高压燃气的面压形成片铆压固定在调整板的缸口处。在调整板的下面，先冲缸口处安放铆压面压形成片的凹陷面，再冲缸口及各孔及外形，然后装入已冲制好的面压形成片，经倒边压合在调整板上，

如图10和13所示，一种制造该种新型燃气密封结构的多层金属气缸垫的加工工艺，包括以下步骤：

上板：选取用于加工成形上板的上板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述上板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述上板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述上板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述上板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述上板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述上板毛坯板成形为上板；

面压形成片及调整板：包括步骤a、步骤b和步骤c：

步骤a：准备面压形成片成形用的面压形成片毛坯片，在所述面压形成片毛坯片上依次完成冲孔、拉伸、切外形和超声波清洗加工，使所述面压形成片毛坯片成形为面压形成片；

步骤b：准备调整板成形用的调整板毛坯板，首先在所述调整板毛坯板上压缸口凹陷面，随后在所述调整板毛坯板上进行冲缸口、切外形和压标记加工，最后在所述调整板毛坯板上镀锌，使所述调整板毛坯板成形为调整板；

步骤c：组装面压形成片，将所述面压成形成片装入所述调整板的所述缸口内，随后对所述面压形成片的伸出缸口的部分进行倒边加工，最后将所述经过倒边的部分进行压平，使所述面压形成片在所述调整板的缸口处向外翻边，并紧紧的铆压在所述调整板的缸口处外侧的凹槽内，所述面压形成片铆压后光滑平整，不产生凸凹不平现象；

下板：选取用于加工成形下板的下板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述下板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述下板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述下板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述下板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述下板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述下板毛坯板成形为下板；

组装入库：将所述上板、装配有面压形成片的调整板和下板依次重叠装配构成金属气缸垫体，随后依次在所述金属气缸垫体表面上涂防粘减磨涂料、经激光打标机打标和总检，最后入库。

如图11和13所示的另一实施方式中，在所述上板和下板加工工序中，只分别在所述上板毛坯板和下板毛坯板的上表面和下表面进行单面磨刷或喷砂并淋涂或喷涂氟橡胶。在所述调整板加工工序中，在面压形成片组装工序的步骤b中冲孔、切外形和压标记后，利用清洗机清洗所述调整板毛坯板后双面辊涂橡胶涂层以代替镀锌。

如图12和13所示的另一实施方式中，在所述上板和下板加工工序中，所述上板毛坯板和下板毛坯板上下表面分别经轮刷磨刷或用喷砂机喷射后先依次进行表面除尘、冲孔切外形和压制密封筋后再依次进行超声波清洗、涂粘接剂和分别在所述上板毛坯板上表面印刷氟橡胶和下板毛坯板下表面印刷氟橡胶。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气密封结构的多层金属气缸垫，包括垫体（1），所述垫体（1）由上板（6）、调整板（8）和下板（7）依次重叠而成，所述上板（6）和下板（7）之间设有所述调整板（8），所述上板（6）、下板（7）和调整板（8）上均设有位置相对应的燃烧室孔、冷却液孔、油孔和螺栓孔和回油孔，构成垫体（1）的燃烧室孔（2）、冷却液孔（3）、油孔（4，4A）、螺栓孔（5）；其特征在于：还包括面压形成片（9,9A），所述面压形成片（9,9A）是将环形薄金属片冲压后拉伸的部分插入所述调整板（8）的燃烧室孔，将所述环形薄金属片冲压拉伸后的部分前端在所述调整板的燃烧室孔处向外翻边，形成面压形成片翻边（10,10A），并紧紧的将所述面压形成片翻边（10,10A）铆压在所述调整板（8）的燃烧室孔外侧而构成的，所述调整板（8）的燃烧室孔外侧的铆压处为预先压制好的深度与所述面压形成片翻边（10,10A）厚度相同的凹槽，铆压后形成的面压形成片光滑平整，不产生凸凹不平现象。

2.如权利要求1所述的金属气缸垫，所述上板（6）和下板（7）在各自燃烧室孔的边缘处分别压制有形状相同，方向相反的两组弧形波纹密封筋（11，12，13，14）。

3.如权利要求1或2所述的多层金属气缸垫，所述上板（6）和下板（7）在气缸体和气缸盖靠近边缘沿水套外墙中心线走向处压制有形状相同、方向相反的环绕形倾斜形密封筋（15,16）。

4.如权利要求3所述的多层金属气缸垫，所述倾斜形密封筋的截面是变化的，在密封性较弱的部位将所述倾斜形密封筋的截面变窄。

5.如权利要求4所述的多层金属气缸垫，所述上板（6）和所述下板（7）在其各自的油孔、和螺栓孔的边缘处分别压制有形状相同、方向相反的的油孔倾斜形密封筋（19,20,23,24）、螺栓孔倾斜形密封筋（21,22）。

6.如权利要求1所述的多层金属气缸垫，所述上板（6）、下板（7）和调整板（8）之间及所述上板（6）和下板（7）的表面均涂有密封涂料，所述各密封筋处也涂有密封涂料。

7.一种制备如权利要求1所述的燃气密封结构的多层金属气缸垫的加工工艺，包括以下步骤：

上板：选取用于加工成形上板的上板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述上板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述上板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述上板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述上板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述上板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述上板毛坯板成形为上板；

面压形成片及调整板：包括步骤a、步骤b和步骤c：

步骤a：准备面压形成片成形用的面压形成片毛坯片，在所述面压形成片毛坯片上依次完成冲孔、拉伸、切外形和超声波清洗加工，使所述面压形成片毛坯片成形为面压形成片；

步骤b：准备调整板成形用的调整板毛坯板，首先在所述调整板毛坯板上压缸口凹陷面，随后在所述调整板毛坯板上进行冲缸口、切外形和压标记加工，最后在所述调整板毛坯板上镀锌，使所述调整板毛坯板成形为调整板；

步骤c：组装面压形成片，将所述面压形成片装入所述调整板的缸口内，随后对所述面压形成片的伸出缸口的部分进行倒边加工，最后将所述经过倒边的部分进行压平，使所述面压形成片在所述调整板的缸口处向外翻边，并紧紧的铆压在所述调整板的缸口处外侧的凹槽内，所述面压形成片铆压后光滑平整，不产生凸凹不平现象；

下板：选取用于加工成形下板的下板毛坯板，首先用轮刷磨刷所述下板毛坯板表面或用喷砂机喷射所述下板毛坯板表面并用清洗机清洗，然后在磨刷或喷射后的所述下板毛坯板的表面上涂粘接剂，干燥后在所述下板毛坯板的表面上双面淋涂或双面喷涂氟橡胶并硫化，最后在所述下板毛坯板上冲制各种尺寸的孔、冲切外形和压制各种规格的密封筋，使所述下板毛坯板成形为下板；组装入库：将所述上板、装配有面压形成片的调整板和下板依次重叠装配构成金属气缸垫体，随后依次在所述金属气缸垫体表面上涂防粘减磨涂料、经激光打标机打标和总检，最后入库。

8.如权利要求7所述的加工工艺，在所述上板和下板加工工序中，只分别在所述上板毛坯板和下板毛坯板的上表面和下表面进行单面磨刷或喷砂并淋涂或喷涂氟橡胶。

9.如权利要求8所述的加工工艺，在所述调整板加工工序中，在面压形成片组装工序的步骤b中冲孔、切外形和压标记后，利用清洗机清洗所述调整板毛坯板后双面辊涂橡胶涂层以代替镀锌。

10.如权利要求7所述的加工工艺，在所述上板和下板加工工序中，所述上板毛坯板和下板毛坯板上下表面分别经轮刷磨刷或用喷砂机喷射后先依次进行表面除尘、冲孔切外形和压制密封筋后再依次进行超声波清洗、涂粘接剂和分别在所述上板毛坯板上表面印刷氟橡胶和下板毛坯板下表面印刷氟橡胶。