CN109595091B - 镶铸用构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

对用作搭载于气缸体的气缸套筒的镶铸用构件进行轻型化和小型化。一种形成为圆筒状的镶铸用构件，作为气缸体的气缸套筒，用于搭载车辆用发动机，在外周面(1a)上设有朝向径向外侧突出的多个凸部(2)，在凸部(2)的径向外侧设有在与径向正交的方向上延伸的平坦部(5)。由凸部(2)的侧壁面(3a)和平坦部(5)构成倒陷形状部(6)。

Description

镶铸用构件及其制造方法

技术领域

本发明涉及镶铸用构件及其制造方法。

背景技术

随着压铸铸造技术等的发展，已在使用如下被称为镶铸铸造的方法：将事先铸造好的构件放入铸模，使熔融的铝等金属(熔液)流入该构件与铸模之间，并粘接或者紧贴于该构件。通过该方法铸入的构件被称为镶铸用构件。

例如，如专利文献1公开的那样，在外周面上沿周向整体上大致均匀地成型有具备倒陷(undercut)性能的针状(或者凸状)突起的镶铸用构件(气缸套筒)已广泛用于汽车用发动机的气缸体。

为了使车辆轻型化，已要求气缸体等构成车辆的部件的轻型化。在如专利文献1那样谋求在外周面上具有顶端收窄的单独的针状突起的气缸套筒的薄壁化的情况下，例如可举出不改变突起的高度而使有效壁厚变薄的方法、使突起高度变低而确保有效壁厚的方法等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许第4429025号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在想要如上述方法那样不改变突起的高度而使有效壁厚变薄的情况下，会致使套筒的刚性降低。

一般，在气缸体的压铸成型中对镶铸用构件(气缸套筒)进行镶铸时，气缸套筒会暴露于铝熔液的高的注射压力而遭受残余应力。另外，在气缸套筒镶铸于气缸体后，与气缸盖紧固时也会由于螺栓轴向力而成为被施加了高的压缩负荷的状态。

在上述状况下，当运转时高的缸内燃烧压力断续地作用于气缸套筒时，在刚性低的气缸套筒中，容易在径向、轴向上发生形变，结果内孔(bore)圆度大为变化。这样会导致发生机械损耗、窜漏气体增加，燃料效率降低。而且，有可能会发生气缸体的刚性降低，NV特性也降低。

另外，气缸套筒的突起的高度与对它镶铸的铝的紧贴强度存在相关性，如果突起的高度变低，则会导致与铝的紧贴强度降低。这样，会由于铸铁与铝的线性膨胀系数的差别而导致运转时容易在套筒界面产生间隙，发动机难以得到均匀的冷却性。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于将用作搭载于气缸体的气缸套筒的镶铸用构件轻型化和小型化。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的镶铸用构件形成为圆筒状，作为气缸体的气缸套筒，用于搭载车辆用发动机。在该镶铸用构件中，在外周面上设有朝向径向外侧突出的多个凸部，在上述凸部的径向外侧设有在与径向正交的方向上延伸的平坦部，由上述凸部的侧壁和上述平坦部构成倒陷形状部。

发明效果

根据本发明，能将用作搭载于气缸体的气缸套筒的镶铸用构件轻型化和小型化。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的镶铸用构件的立体图。

图2是示意性地示出图1的镶铸用构件的与轴向垂直的截面的概略横截面图。

图3是放大示出图1的A部的照片。

图4是示意性地示出图3的网眼状的凸部的立体图。

图5是示意性地示出图4的线状部分的截面的截面图。

图6A示出与图5的线状部分不同的形状的例子，图6B示出另一其它例子。

图7是示意性地示出在使径向压缩负荷作用于图1的凸部等之前的状态的凸部的截面图。

附图标记说明

1 镶铸用构件

1a 外周面

2 凸部

2a 线状部分

2b 集中部分

3 纵壁部

3a 侧壁面

5 平坦部

5a 直线部

5b 平坦面

5c 延伸突出部

6 倒陷形状部

8 基面

9 内周面。

具体实施方式

以下，参照附图(图1～图7)说明本发明的镶铸用构件1及其制造方法的实施方式。

首先，对本实施方式的镶铸用构件1的结构进行说明。本实施方式的镶铸用构件1用于气缸体的气缸套筒(也称为气缸套或者套筒。)，是由铸铁等形成的圆筒状的构件，在外周面1a上形成有多个凸部2。

镶铸用构件1所使用的铸铁一般是包含铁、碳、硅的三元合金，根据用途也可以包含其它元素。例如，除了Fe以外，铸铁也可以还包含相对于铸铁整体的质量为3.1～3.8质量％的T.C(Total Carbon：总碳)、1.9～2.5质量％的Si、0.5～1.0质量％的Mn、0.01～0.5质量％的P、0.002～0.2质量％的S。

如图1所示，在镶铸用构件1的外周面1a的整个区域设有凸部2。另外，镶铸用构件1具有有效壁厚T。在此，如图2所示，有效壁厚T是指从构成镶铸用构件1的圆筒状构件的内周面9到凸部2的底部为止的径向距离。本例中的有效壁厚T例如设定为1mm以上且7mm以下的范围。如图3和图4所示，凸部2具有多个线状部分2a和多个集中部分2b。线状部分2a以从外周面1a向径向外侧突出的状态在镶铸用构件1的外周面1a上延伸。集中部分2b是例如将3个线状部分2a的端部连接而构成的部分。本例中的凸部2由多个线状部分2a和多个集中部分2b在整体上构成网眼结构体。

此外，图3是从斜上方观察凸部2的SEM照片。图4是示意性地示出凸部2的立体图，例如示意性地示出图3的B部。

凸部2的线状部分2a具有纵壁部3和平坦部5。如图4所示，纵壁部3是从镶铸用构件1的外周面1a向径向外侧突出的长壁状的部分。如图5所示，平坦部5是配置于凸部2的径向外侧端，在与径向正交的方向上延伸的部分。以下，对平坦部5的结构进行说明。

如图5所示，平坦部5具有直线部5a，直线部5a以相对于外周面1a沿径向隔开间隔的状态在与径向正交的方向上延伸。直线部5a从纵壁部3的侧壁面3a向与径向正交的方向突出。直线部5a的突出方向也可以是轴向、周向中的任意一个方向。

图5中的左侧所示的凸部2的直线部5a相对于纵壁部3向图5的左右两侧延伸。由纵壁部3和平坦部5的直线部5a构成大致T字形状。而图5的右侧所示的凸部2的直线部5a从纵壁部3的顶部向一方(图5的左方)延伸。在这种情况下，由纵壁部3和平坦部5的直线部5a构成大致Γ型。优选由纵壁部3的侧壁面3a和平坦部5的直线部5a形成的角度为锐角，但是也可以是钝角。

在直线部5a的径向外侧形成有在与径向正交的方向上延伸的平坦面5b。优选平坦面5b与轴向平行，但是也可以相对于轴向倾斜。形成平坦面5b的方法在后面说明。

另外，在凸部2中设有倒陷形状部6。例如，如图5所示，倒陷形状部6是由直线部5a和纵壁部3的侧壁面3a构成的部分，是所谓中间收窄的部分。凸部2的高度h表示凸部2向径向外侧突出的量，用从外周面1a的基面8到直线部5a的平坦面5b的距离来表示。基面8并非严格地平坦，因此凸部2的高度h也可以定义为从基面8到平坦面5b的平均距离。此外，有时通过凸部2的纵壁部3和平坦部5的整体也会得到锚定效果，因此也能将包括纵壁部3和平坦部5的凸部2整体的形状定义为倒陷形状。在这种情况下，凸部2的高度h也可以定义为倒陷形状的高度。通过在凸部2设置倒陷形状部6，在将镶铸用构件1铸入时，例如熔液会绕入具有收窄的倒陷形状部6，能提高锚定效果。

平坦部5也可以如图5的右侧所示的凸部2那样设有延伸突出部5c。这种情况下的平坦部5具有直线部5a和延伸突出部5c，它们被形成为一体。延伸突出部5c是从直线部5a的顶端朝向外周面1a突出的部分。本例的倒陷形状部6由纵壁部3的侧壁面3a、直线部5a以及延伸突出部5c构成。通过设置延伸突出部5c，倒陷形状部6的锚定效果提高。

图6A和图6B示出了凸部2的变形例。在图6A中，在纵壁部3的顶上设有平坦部5，成为平坦部5与纵壁部3的边界的部分收窄。本例的凸部2为所谓I型，通过纵壁部3的表面所形成的收窄而构成倒陷形状部6。另外，如图6B所示，也可以在直线部5a和外周面1a之间配置有其它的纵壁部3c。这样，通过具有其它的纵壁部3c，能利用直线部5a的顶端和其它的纵壁部3c提高锚定效果。从镶铸时提高与镶铸的金属的紧贴强度、热传导性的观点出发，优选如图5和图6所示的凸部2的倒陷形状部6的截面形状。

此外，在凸部2的集中部分2b处，也能与线状部分2a同样地设置倒陷形状部6。

接着，说明本实施方式中的镶铸用构件1的制造方法。

首先，在构成镶铸用构件1的圆筒构件的外周面1a上形成从该外周面1a向径向外侧突出的网眼状的凸部2。关于形成凸部2的工序，省略图示的说明，该工序具有：对铸模的要流入熔液的面涂敷涂模剂的工序；通过所涂敷的涂模剂的干燥、固化引起的收缩，形成表面具有开裂的形状的涂模层的工序；以及从涂模层上流入熔液，一边使铸模旋转一边进行铸造的工序，由此形成图7所示的凸部2。在此时的凸部2中未形成平坦部5。

接下来，形成倒陷形状部6的平坦部5。在本实施方式中，在例如图7所示的凸部2的径向外侧端，通过例如管轧机的外径缩小轧制而向径向内侧(图7的下方)作用压缩负荷。由此，凸部2的径向端发生塑性变形。通过塑性变形，如图5和图6所示，形成构成沿着外周面1a延伸的平坦部5的直线部5a。在直线部5a的径向外侧端形成平坦面5b。

通过在凸部2设置平坦部5，能使凸部2的高度相对变低，并且能利用凸部2的径向外侧部的倒陷形状部6提高锚定效果。因此，能满足用作气缸套筒的镶铸用构件1的要求特性，即，能实现气缸套筒的薄壁化。随之，能缩短在气缸体内并列设置的气缸套筒的内孔间的间距。

另外，构成为网眼状的多个凸部2与铝的接触面积在气缸套筒的周向上整体稳定化。因此，气缸内的燃烧热从气缸套筒向周围的气缸套的铝侧的热传导性提高并且均匀化，能更均匀地扩散。其结果是发动机燃烧热的扩散性提高。

而且，由于网眼状的凸部2的收窄带来的锚定效果，能防止在缸套筒与铝的接触界面产生局部间隙，气缸套筒的壁温也稳定化。由此，能抑制高压缩化带来的燃烧温度的上升，也能应对缸内温度上升。

其结果是，能实现发动机的轻型化、小型化，能实现发动机的进一步高压缩化。另外，即使用作气缸套筒的镶铸用构件1的外周面1a的凸部2的高度h低，也能充分确保紧贴强度，能实现轻型化和高刚性化。因此，通过将这样构成的镶铸用构件1用作气缸套筒，能提高气缸体本身的刚性，能提高NV特性。

而且，在本实施方式中，也可以在施加压缩负荷时，在镶铸用构件1的轴向上施加剪切负荷。在这种情况下，平坦部5的直线部5a形成为在轴向(剪切方向)上延伸。另外，在直线部5a的顶端形成延伸突出部5c。

例如，在图3中，图3的上下方向相当于镶铸用构件1的径向，图3的左右方向相当于镶铸用构件1的轴向。图3的箭头X示出压缩负荷的方向。而箭头Y示出剪切负荷的方向。图3所示的剪切负荷作用于图3的左方。因此，图3所示的平坦部5多向图3的左方延伸。

通过向径向内侧施加压缩负荷，并且进一步在轴向上施加剪切负荷，使凸部2的径向外侧部发生塑性变形，由此使多个凸部2的平坦部5向剪切负荷的方向取向，会给凸部2的平坦部5带来优先方位。由此，倒陷形状部6的锚定效果提高。

此时的凸部2的高度h也可以设定为0.1mm～2.0mm。凸部2的高度的上限值为考虑了凸部2的刚性的值，设为2.0mm以下，从而能得到凸部2所要求的刚性。凸部2的高度更优选为0.3mm～1.0mm。

另外，优选多个凸部2的高度h的差别(标准偏差σ)为150μm以下，多个凸部2的高度h均匀化。而且，优选标准偏差σ为30μm以下。如图5所示，左右配置的凸部2的高度h形成为一致即可。即，优选各平坦面5b的径向位置一致。

通过如上述那样设定多个凸部2的高度h的标准偏差σ，由此多个凸部2的高度h均匀化并且稳定。由此，网眼状的凸部2带来的加强肋效果相对稳定。因此，在轴向和径向上，气缸套筒的比弹性模量的偏差都变小，外周面1a的多个凸部2的高度h的差异导致的性能变化极小。例如，外径尺寸稳定，机械加工后的气缸套筒的内径、圆度、圆筒度、垂直度、壁厚等尺寸精度提高，进而气缸套筒整个周面的热传导性稳定化。

因此，例如即使作用了压铸镶铸时的注射压力、将气缸盖紧固于气缸体时的压缩负荷以及运转时的缸内燃烧压力等外力，也不易发生弹性变形，不易形变。即，气缸套筒性能稳定化。

另外，在将成为气缸套筒的镶铸用构件1进行镶铸前的例如机械加工后、气缸盖紧固时、运转时，能抑制内孔圆度的变化。其结果是机械损耗、窜漏气体减少，从而也能期待燃料效率提高。

另外，通过使凸部2的顶端(径向外侧端)向作用剪切负荷的方向取向，由此凸部2的高度h稳定，且凸部2的倒陷形状部6具有固定的优先方位，因此网眼状的凸部2带来的作为加强肋的效果相对进一步稳定。即，气缸套筒性能进一步稳定化。

另外，也可以对通过上述离心铸造刚刚从模具拔出后的高温状态(约400℃以上)的圆筒粗材以总轧制率为0.1～5.0％、优选为1.0～3.0％实施外径缩小轧制等。

另外，也可以在冷室以及不到400℃的条件下对套筒内径部进行预加工后，对该内径部插入高刚度心轴，以总轧制率0.1～5.0％、优选为1.0～3.0％实施外径缩小轧制等。

在此，所谓轧制率，是指在对圆筒截面的粗材进行轧制的情况下，设轧制前后的粗材外径分别为φ1、φ2时，用(φ1-φ2)/φ1×100表示的壁厚减少率。通过如上述那样设定轧制率，能使多个凸部2的高度h的差别即标准偏差σ更小。

本实施方式的说明是用于说明本发明的例示，不对权利要求记载的发明进行限制。另外，本发明的各部构成不限于上述实施方式，能在权利要求记载的技术范围内进行各种变形。

作用于本实施方式的平坦部5的剪切负荷在上述实施方式中是作用于轴向的，但是不限于此。例如，也可以对镶铸用构件1的外周面1a的每个规定区域在最佳方向上作用剪切负荷。

Claims (7)

1.一种镶铸用构件，该镶铸用构件形成为圆筒状，作为气缸体的气缸套筒，用于搭载车辆用发动机，其特征在于，

在外周面上设有朝向径向外侧突出的多个凸部，在上述凸部的径向外侧设有在与径向正交的方向上延伸的平坦部，

由上述凸部的侧壁和上述平坦部构成倒陷形状部，

上述平坦部在轴向延伸，形成为具有沿着相同的方向延伸的方向性。

2.根据权利要求1所述的镶铸用构件，其特征在于，

上述平坦部具有：直线部，其在径向方向上与上述外周面隔开间隔且沿着与径向正交的方向延伸；以及延伸突出部，其从该直线部的顶端向上述外周面延伸。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的镶铸用构件，其特征在于，

上述凸部的从上述外周面到上述平坦部的高度在0.1mm～2.0mm范围内。

4.根据权利要求3所述的镶铸用构件，其特征在于，

多个上述凸部的高度的标准偏差在150μm以下。

5.一种镶铸用构件的制造方法，该制造方法是制造一种圆筒状的镶铸用构件的方法，该镶铸用构件作为气缸体的气缸套筒，用于搭载车辆用发动机，其特征在于，具有如下工序：

在上述镶铸用构件的外周面上形成从该外周面向径向外侧突出的多个凸部的工序；以及

通过径向内侧的压缩负荷使上述凸部的径向外侧端塑性变形，形成沿着上述外周面延伸的平坦部，以及形成由上述凸部的侧壁和上述平坦部构成的倒陷形状部的工序。

6.根据权利要求5所述的镶铸用构件的制造方法，其特征在于，

形成上述倒陷形状部的工序包括在施加上述压缩负荷时，在轴向上施加剪切负荷的工序。

7.根据权利要求5或6所述的镶铸用构件的制造方法，其特征在于，

在施加上述压缩负荷的工序中，使总轧制率在0.1～5.0％范围内，

在对截面的粗材进行外径缩小轧制的情况下，当设轧制前后的粗材的外径分别为φ1、φ2时，上述总轧制率表示为(φ1-φ2)/φ1。

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