CN105637205A - 气缸体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种气缸体(10)的制造方法包括：在设置在气缸部分(11)中的多个缸膛之中的相邻的缸膛(CB)之间形成用以使冷却剂在其中流动的缝隙(14)的步骤；将第一盖(20a)置于缝隙中，并且通过激光束焊接将第一盖熔接至气缸部分的步骤；以及将第二盖(20b)置于第一盖上，并且通过摩擦搅拌焊接将第二盖连接至气缸部分的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及气缸体及其制造方法。
背景技术
关于气缸体，已知以下技术：在相邻的缸膛之间形成缝隙，并且冷却水流动通过该缝隙，由此提高气缸体的冷却能力。日本专利申请公开No.2012-097719(JP2012-097719A)描述了相邻的缸膛之间形成有缝隙以便使冷却水在相邻的缸膛之间流动的这种气缸体。另外，在JP2012-097719A中，通过在向缝隙的上部供给金属粉末的同时执行激光束焊接来模制盖，由此提高气缸体的强度。
如JP2012-097719A中描述的用以由金属粉末模制盖的技术加工费时且因而生产率低。因此，从生产率的角度来看，优选的是通过激光束焊接将板状盖熔接至气缸体。然而，当通过激光束焊接而将板状盖熔接至气缸体时，由气缸体的熔接部分产生的气体会以诸如气泡或气孔之类的缺陷的形式保留在熔接部分中。这个问题在盖较厚时，即激光束焊接被执行得更深时会表现得明显。
发明内容
本发明提供了一种强度优异且具有较少熔接缺陷的气缸体及其制造方法。
根据本发明的第一方面的气缸体制造方法，包括：在设置于气缸部分中的多个缸膛之中的相邻的缸膛之间形成冷却剂能够流动通过的缝隙；将第一盖置于缝隙中，并且通过激光束焊接将第一盖熔接至气缸部分；以及将第二盖置于第一盖上，并且通过摩擦搅拌焊接将第二盖连接至气缸部分。根据本发明的第一方面，能够提供强度优异且具有较少熔接缺陷的气缸体。
在根据本发明的第一方面的制造方法中，第二盖的宽度可以比第一盖的宽度大。根据这种构型，能够通过激光束焊接容易地将第一盖熔接至气缸部分。根据本发明的第一方面的制造方法还可以包括：在通过激光束焊接将第一盖熔接至气缸部分之前，在第一盖的每个侧表面上形成多个凹槽。所述多个凹槽沿缝隙的纵向方向延伸。另外，在通过激光束焊接将第一盖熔接至气缸部分时，第一盖的每个侧表面均可以通过激光束焊接被熔接至气缸部分。根据这种构型，激光束的吸收被限制，从而能够更深地执行焊接。
根据本发明的第一方面的制造方法还可以包括：通过对铝合金进行压铸来模制气缸体。另外，在根据本发明的第一方面的制造方法中，第一盖和第二盖可以由铝合金制成。
根据本发明的第二方面的气缸体包括气缸部分、第一盖和第二盖。气缸部分包括多个缸膛。第一盖设置在形成在气缸部分中的多个缸膛之中的相邻的缸膛之间的缝隙中，并且第一盖通过激光束焊接被熔接至气缸部分。第二盖设置在位于缝隙中的第一盖上，并且第二盖通过摩擦搅拌焊接被连接至气缸部分。冷却剂能够流动通过缝隙。根据本发明的第二方面，能够提供强度优异且具有较少熔接缺陷的气缸体。
在本发明的第二方面中，第二盖的宽度可以比第一盖的宽度大。根据这种构型，能够通过激光束焊接容易地将第一盖熔接至气缸部分。在本发明的第二方面中，第一盖的每个侧表面中可以形成有沿缝隙的纵向方向延伸的多个凹槽。根据这种构型，激光束的吸收被限制，从而能够更深地执行焊接。
在本发明的第二方面中，可以通过对铝合金进行压铸来模制气缸部分。另外，第一盖和第二盖可以由铝合金制成。
根据本发明的第一方面和第二方面，能够提供一种强度优异且能够限制出现熔接缺陷的气缸体。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术意义及工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的实施方式的气缸体的立体图；
图2是沿着图1中的线II-II截取的截面图；
图3是沿着图1中的线III-III截取的截面图；
图4是内盖20a和外盖20b在彼此连接之前的立体图；
图5是根据比较性示例的气缸体的截面图；
图6是用以描述根据实施方式的气缸体的制造方法的截面图；
图7是用以描述根据实施方式的气缸体的制造方法的截面图；
图8是用以描述根据实施方式的气缸体的制造方法的截面图；以及
图9示出了根据实施方式的气缸体的截面观察图片，并且图9与图3对应。
具体实施方式
下面参照附图对本发明应用的具体实施方式进行描述。然而，本发明不限于以下实施方式。另外，为了描述清楚起见，适当地简化了以下描述和附图。
首先参照图1对根据实施方式的气缸体进行描述。图1是根据实施方式的气缸体的立体图。如图1中示出的，根据实施方式的气缸体10包括气缸部分11、缸膛CB和水套WJ。气缸体10和气缸盖(未示出)构成发动机。通过对铝合金进行压铸来模制气缸体10的大多数部件。
为了便于对组成部件的位置关系进行描述，示出了图1中的xyz右手坐标系。图1中的xy平面构成水平平面，并且z轴线方向为竖向方向。更具体地，z轴线的正向方向是竖向方向上的向上的方向。另外，图1中示出的气缸体10用于包括四个缸膛CB的四缸发动机，但可以适当地改变气缸的个数。
气缸部分11包括压铸部分11a和缸套(liner)部分11b。通过对铝合金进行压铸来模制压铸部分11a。压铸部分11a形成为以便围绕在x轴线方向上以规则的间隔大致成直线设置的四个缸膛CB。此处，压铸部分11a延伸横跨相邻的缸膛CB。即，围绕四个缸膛CB的压铸部分11a以一体的方式形成。
缸套部分11b是筒状构件，其设置成使得活塞(未示出)在缸膛CB中滑动同时保持缸膛CB中的气密性。缸套部分11b例如由耐磨性优异的铸铁制成。在图1中示出的气缸体10中，四个缸套部分11b被包括到压铸部分11a中，以便构成四个缸膛CB的相应的侧壁。
此处，在压铸部分11a的顶面(平台表面：相对于气缸盖的匹配表面)上在相邻的缸膛CB之间设置有缝隙14，冷却水(冷却剂)流动通过该缝隙14。如图1中示出的，三个缝隙14均沿y轴线方向延伸，并且三个缝隙14均构造成使得其两端都与水套WJ连通。通过使冷却水流动通过缝隙14，能够提高气缸部分11的冷却能力。
另外，缝隙14上方设置有盖20。盖20连接至压铸部分11a，使得能够提高压铸部分11a的强度。另外，盖20具有沿z轴线方向延伸的通孔22。冷却水在通孔22内流动。根据实施方式的气缸体10在盖20中具有一个特征。随后将对盖20进行详细的描述。
水套WJ是用以使气缸部分11冷却的冷却槽道。如图1中示出的，水套WJ形成为以便围绕气缸部分11。另外，水套WJ在气缸体10的顶面(平台表面)上敞开。即，根据实施方式的气缸体10是平台敞开式气缸体。
现在参照图2至图4，下面对盖20进行更具体的描述。如图2至图4中示出的，盖20包括连接至压铸部分11a的内盖(第一盖)20a、以及外盖(第二盖)20b。图2是沿着图1中的线II-II截取的截面图。图3是沿着图1中的线III-III截取的截面图。图4是内盖20a和外盖20b在彼此连接之前的立体图。
如图2中示出的，缝隙14的上部从其在y轴线方向上的一端至另一端(即，其整个区域)覆盖有盖20。此处，内盖20a在其位于y轴线方向上的负向侧的端部中包括向下(朝向z轴线方向上的负向侧)凸出的凸出部分24。因此，如图2中示出的，缝隙14的位于y轴线方向上的负向侧的一端由盖20封闭。同时，穿过内盖20a和外盖20b的通孔22形成在凸出部分24的在y轴线方向上的正向侧。因此，从水套WJ流动到缝隙14中的冷却水朝向y轴线方向上的负向侧流动通过缝隙14，并且经由通孔22流出。应当指出的是，凸出部分24和通孔22可以不形成在盖20中。另外，如图4中用虚线表示的，通孔22在内盖20a与外盖20b彼此连接之后形成。即，在内盖20a与外盖20b彼此连接之前，内盖20a和外盖20b中并未形成通孔22。
如图3、图4中示出的，内盖20a是板状构件，其宽度为w1，宽度w1与缝隙14中的冷却槽道的宽度大致相同。例如，内盖20a的宽度w1约为1mm。另外，内盖20a的连接部分的高度h1约为3.5mm。优选的是，内盖20a由与压铸部分11a相似的铝合金制成。
如图3、图4中示出的，内盖20a的侧表面上形成有沿缝隙14的纵向方向(y轴线方向)延伸的多个凹槽26。每个凹槽26形成为从内盖20a的一端至内盖20a的另一端。在图3、图4的示例中，内盖20a的每个侧表面上形成有四个呈半圆形截面的凹槽26。应当指出的是，能够适当地确定凹槽26的个数。另外，凹槽26的截面形状并不特别受限，并且可以是V形形状、矩形形状、多边形形状、半椭圆形形状及类似形状。
图3中示出的内盖20a的两个侧表面通过激光束焊接被熔接至缝隙14的侧壁(即，压铸部分11a)。由于凹槽26(即，空气间隙)，激光束的吸收被限制，由此使得能够甚至熔接内盖20a的底端(水槽的上端)。例如，图4的放大图中示出的凹槽26的节距P1约为0.5mm，凹槽26之间的间隔D1约为0.1mm，并且凹槽26的深度D2约为0.2mm。应当指出的是，近年来随着发动机的尺寸的减小和发动机的高输出，图3中示出的缸膛之间的距离D变得越来越小。更具体地，缸膛之间的距离D例如约为7mm至8mm。
如图3、图4中示出的，外盖20b为板状件，其宽度w2比内盖20a的宽度w1大。如图4中示出的，外盖20b具有宽度为w2且高度为h2的简单的矩形实心形状。例如，外盖20b的宽度w2约为2mm，且其高度h2约为3mm。优选的是，外盖20b也由与压铸部分11a相似的铝合金制成。图3中示出的外盖20b通过摩擦搅拌焊接被连接至缝隙14的侧壁(即，压铸部分11a)。
此处，下面参照图5对该实施方式的比较性示例进行描述。图5是根据比较性示例的气缸体的截面图。图5是对应于根据该实施方式的图3的截面图。如图5中示出的，根据比较性示例的气缸体构造成使得整个盖20受到激光束焊接。换言之，根据比较性示例的盖20仅由根据实施方式的内盖20a构成。
更具体地，如图5中示出的，根据比较性示例的盖20是板状构件，其宽度为w1，该宽度w1与缝隙14中的冷却槽道的宽度大致相同。例如，根据比较性示例的盖20的宽度约为1mm。另外，根据比较性示例的盖20的连接部分的高度约为6.5mm。根据比较性示例的盖20在两个侧表面上具有多个凹槽26(在图5的示例中，每侧上具有八个凹槽26)。图5中示出的盖20的两个侧表面通过激光束焊接被熔接至缝隙14的侧壁(即，压铸部分11a)。与根据实施方式的内盖20a的凹槽26相似，作为示例，凹槽26的节距约为0.5mm，凹槽26之间的间隔约为0.1mm，并且凹槽26的深度约为0.2mm。
如上所述，在根据比较性示例的气缸体中，盖20的连接部分(熔接部分)的高度很大。这会导致如下这样的问题：在进行激光束焊接时，由压铸部分11a——其为连接部分的对应部——产生的气体会以诸如气泡或气孔之类的缺陷的形式保留在熔接部分中。
相比之下，在根据实施方式的气缸体10中，盖20由内盖20a和外盖20b构成。这使得能够形成高度小的内盖20a的连接部分(熔接部分)。因而，能够限制在进行激光束焊接时将会导致的诸如气泡和气孔之类的缺陷。另外，外盖20b通过摩擦搅拌焊接而不是通过激光束焊接被连接至压铸部分11a。摩擦搅拌焊接是固相焊接，从而压铸部分11a并不熔化。因此，诸如气泡和气孔之类的缺陷不会出现。因而，通过将激光束焊接与摩擦搅拌焊接结合，根据实施方式的气缸体10能够获得足够的强度并且能够限制所述缺陷出现。
如果仅执行摩擦搅拌焊接，连接深度具有局限性，从而不能够获得足够的强度。鉴于此，在低于由摩擦搅拌焊接而造成的连接深度的限度的层中，有必要通过激光束焊接来执行连接。更具体地，在图3、图4中示出的示例中，由于通过摩擦搅拌焊接进行的连接深度的限度约为3mm，因此待通过摩擦搅拌焊接被连接的外盖20b的高度h2设定为约3mm。用以获得足够强度的整个连接深度约为6.5mm，因此，待通过激光束焊接被连接的内盖20a的连接部分的高度h1设定为约3.5mm。
接下来将参照图6至图8对根据实施方式的气缸体的制造方法进行描述。图6至图8是用以描述根据实施方式的气缸体的制造方法的截面图。图6至图8是与图3对应的截面图。
如图6中示出的，首先，通过使用旋转刀具或类似物在气缸体10的顶面上在相邻的缸膛CB之间形成缝隙14。如上所述，缝隙14的宽度构造成使得位于下侧(z轴线方向上的负向侧)处的缝隙14a窄并且位于上侧(z轴线方向上的正向侧)处的缝隙14b宽。例如，首先通过使用薄刀片而形成宽度约为1.0mm且深度约为9.5mm的缝隙。由此形成下侧缝隙14a。在此之后，通过使用厚刀片将缝隙的上部加宽至约2.0mm的宽度、并具有3.0mm的深度。由此形成上侧缝隙14b。
如图7中示出的，随后将内盖20a置于图6中示出的下侧缝隙14a中。此处，内盖20a的顶面与图6中示出的上侧缝隙14b的底面匹配就位。然后，对内盖20a与压铸部分11a之间的接触表面(内盖20a的侧表面)执行激光束焊接。
如图7中示出的，此处，由于上侧缝隙14b的宽度比内盖20a的宽度大，因此能够沿着内盖20a的侧表面(即，朝向z轴线方向上的负向侧)辐射出激光束LB。激光束LB从内盖20a的在y轴线方向上的一端扫掠至其另一端。纤维激光、YAG激光及类似激光能够用作激光束LB。激光输出能够被设定为例如约2kw至8kw。根据实验发现了以下事实：当激光输出较大时，连接深度会较大。例如，4kw的激光输出能够实现约5mm的连接深度。
另外，如上所述，内盖20a的侧表面上形成有沿缝隙14的纵向方向(y轴线方向)延伸的多个凹槽26。由于凹槽26(即，空气间隙)，激光束LB的吸收被限制，从而能够甚至熔接内盖20a的底端。另外，由于激光束焊接而由压铸部分11a产生的气体经由凹槽26被排出。因而，由于因激光束焊接从而由压铸部分11a产生的气体所造成的诸如气泡和气孔之类的缺陷被限制。
如图8中示出的，随后，将外盖20b置于图6中示出的上侧缝隙14b中。此处，外盖20b的顶面与气缸部分11(压铸部分11a和缸套部分11b)的顶面匹配就位。然后，将摩擦搅拌焊接工具30压靠在外盖20b的顶面上，同时摩擦搅拌焊接工具30高速旋转，由此通过摩擦搅拌焊接而将外盖20b连接至压铸部分11a。摩擦搅拌焊接工具30为例如由不锈钢制成的柱状工具。最后，通过钻孔加工形成穿过内盖20a和外盖20b的通孔22。
根据实验发现了以下事实：摩擦搅拌焊接工具30的直径的大约一半为连接深度。鉴于此，优选的是，外盖20b的高度应为摩擦搅拌焊接工具30的直径的大约一半或者比摩擦搅拌焊接工具30的直径的大约一半更小。同时，由于外盖20b较高，因此优选的是内盖20a的激光束熔接部分的深度较浅。即，优选的是，外盖20b的高度应当设定为摩擦搅拌焊接工具30的直径的大约一半。作为示例，在图3中示出的缸膛之间的距离D为7mm的情况下，摩擦搅拌焊接工具30的直径最大约为6mm。因此，如果摩擦搅拌焊接工具30的直径设定为6mm，那么外盖20b的高度为3mm。
图9示出了根据实施方式的气缸体的截面观察图片，并且图9与图3对应。如上所述，在由铝合金制成的并且宽度为1mm且高度为3.5mm的内盖20a通过激光束焊接被熔接至由铝合金制成的压铸部分11a之后，由铝合金制成的并且宽度为2mm且高度为3mm的外盖20b通过摩擦搅拌焊接也被连接至压铸部分11a。由此，能够获得强度优异且具有较少熔接缺陷的气缸体。应当指出的是，在内盖20a与外盖20b之间的交界处附近有观察到塑性流动区域。
应当指出的是，本发明不限于上述实施方式，而是能够在不背离本发明的主旨的范围内适当地进行各种修改。特别地，当然可以对实施方式的描述中所使用的各特定值进行适当的修改。
Claims (10)
1.一种气缸体制造方法，包括：
在设置于气缸部分中的多个缸膛之中的相邻的缸膛之间形成冷却剂能够流动通过的缝隙；
将第一盖置于所述缝隙中，并且通过激光束焊接将所述第一盖熔接至所述气缸部分；以及
将第二盖置于所述第一盖上，并且通过摩擦搅拌焊接将所述第二盖连接至所述气缸部分。
2.根据权利要求1所述的气缸体制造方法，其中：
所述第二盖的宽度比所述第一盖的宽度大。
3.根据权利要求1或2所述的气缸体制造方法，还包括：
在通过所述激光束焊接将所述第一盖熔接至所述气缸部分之前，在所述第一盖的每个侧表面上形成多个凹槽，所述多个凹槽沿所述缝隙的纵向方向延伸，其中：
在通过所述激光束焊接将所述第一盖熔接至所述气缸部分时，所述第一盖的每个侧表面均通过所述激光束焊接被熔接至所述气缸部分。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的气缸体制造方法，还包括：
通过对铝合金进行压铸来模制所述气缸部分。
5.根据权利要求4所述的气缸体制造方法，其中：
所述第一盖和所述第二盖由铝合金制成。
6.一种气缸体，包括：
气缸部分，所述气缸部分包括多个缸膛；
第一盖，所述第一盖设置于在所述气缸部分中的所述多个缸膛之中的相邻的缸膛之间形成的缝隙中，所述第一盖通过激光束焊接被熔接至所述气缸部分；以及
第二盖，所述第二盖设置在位于所述缝隙中的所述第一盖上，并且所述第二盖通过摩擦搅拌焊接被连接至所述气缸部分，其中：
冷却剂能够流动通过所述缝隙。
7.根据权利要求6所述的气缸体，其中：
所述第二盖的宽度比所述第一盖的宽度大。
8.根据权利要求6或7所述的气缸体，其中：
在所述第一盖的每个侧表面上形成有沿所述缝隙的纵向方向延伸的多个凹槽。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的气缸体，其中：
所述气缸部分是通过对铝合金进行压铸来模制而成的。
10.根据权利要求9所述的气缸体，其中：
所述第一盖和所述第二盖由铝合金制成。
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