DE102009055358B4

DE102009055358B4 - Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse

Info

Publication number: DE102009055358B4
Application number: DE102009055358.4A
Authority: DE
Inventors: Jongil CHOI; Sangdeuk Han; Changbae Han; Jongku Park; Giseog An; Joongsoo Kim; Jinwoo Cho
Original assignee: YOOSUNG ENTPR CO Ltd; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Yoosung Enterprise Co Ltd
Current assignee: YOOSUNG ENTPR CO Ltd; Hyundai Motor Co; Yoosung Enterprise Co Ltd; Kia Corp
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101769211A; US8505438B2; DE102009055358A1; US20100162886A1; CN101769211B; JP2010156050A; JP5666127B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (20), aufweisend:
Beschichten eines Beschichtungsmaterials (40) auf die Innenumfangsfläche einer sich drehenden Gießform (30);
Trocknen des Beschichtungsmaterials (40) für eine vorbestimmte Zeit;
Aufbringen eines eine gravierte Nut (21) bildenden Materials (50) auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials (40) ;
Formen eines Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) durch Abgießen von geschmolzenem Metall (60) auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials (40), auf der das die gravierte Nut (21) bildende Material (50) aufgebracht ist, und Erstarren des geschmolzenen Metalls (60) für eine vorbestimmte Zeit;
Herausziehen des Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) aus der Gießform (30);
Entfernen des Beschichtungsmaterials (40) und des die gravierte Nut (21) bildenden Materials (50), welche die Außenfläche des Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) abdecken;
Aufrauen einer Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) mit einer Mehrzahl von gravierten Nuten (21); und
Formen einer Metallschicht (22) durch Spritzen auf die aufgeraute Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) mit der Mehrzahl von gravierten Nuten (21).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse.
Im Allgemeinen sind Zylinder hohle zylindrische Teile, in denen Kolben geführt werden, um sich in einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges hin- und herzubewegen. Anders als die Zylinder, die in Hubkolbenmotoren verwendet werden, werden typische Zylinder in Hubkolbenkompressoren und in Öldruck-, Hydraulik- und Pneumatikmaschinen verwendet.
Ein Hubkolbenmotor, der mit einem einzigen Zylinder ausgestattet ist, wird als Einzylindermotor bezeichnet.
Ferner sind Mehrzylindermotoren entsprechend der Anordnung der Zylinder in einen Reihenmotor, einen V-Motor, einen Boxermotor und einen Sternmotor unterteilt.
Bei den Mehrzylindermotoren gibt es einen Motor, der eine einstückige Struktur durch Gießen mehrerer Zylinderteile in einem Block hat, der als Zylinderblock bezeichnet wird.
Ein Teil, das ein relativ dünnes zylindrisches Rohr ist, das zum Bilden einer Hubfläche für einen sich darin hin- und herbewegenden Kolben eingesetzt wird, wenn die durch direkte Bearbeitung der obigen Struktur geformte Hubführungsfläche für den Kolben eine unzureichende Festigkeit und Haltbarkeit hat, wird als Zylinderlaufbuchse bezeichnet.
Eine vorbestimmte Anzahl von Zylinderlaufbuchsen werden entsprechend dem Hubraum eines Motors in einer Gießform angeordnet und dann durch einstückiges Gießen als eine Einheit mit dem Zylinderblock durch Abgießen von geschmolzenem Metall eines Blockmaterials geformt.
Bei dieser Konfiguration wird der Abstand zwischen einem Paar einander benachbarter Zylinderlaufbuchsen der Mehrzahl von Zylinderlaufbuchsen, die in dem Zylinderblock angeordnet sind, als Bohrungsabstand bezeichnet.
In den letzten Jahren wurden verschiedene Anstrengungen zur Reduzierung der Größe und des Gewichtes eines Motors unternommen, indem der Bohrungsabstand zwischen den Zylinderlaufbuchsen so weit wie möglich reduziert wurde, während die Verbindungsfestigkeit zwischen den Zylinderlaufbuchsen und einem Zylinderblock erhöht wurde.
Nachfolgend wird als Beispiel eine herkömmliche Zylinderlaufbuchse schematisch beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, werden bei einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse besonders beim Vorgang des Aufbringens eines Beschichtungsmaterials in einer Gießform während ihres Herstellungsprozesses Nuten in der Oberfläche des Beschichtungsmaterials geformt, geschmolzenes Metall für eine Zylinderlaufbuchse wird auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials abgegossen, das abgegossene geschmolzene Metall deckt die Oberfläche des Beschichtungsmaterials ab und dringt in die Nuten ein, und das geschmolzene Metall erstarrt nach einer vorbestimmten Zeit, so dass im Ergebnis ein Grundkörper der Zylinderlaufbuchse fertiggestellt ist.
Danach wird der Grundkörper der Zylinderlaufbuchse aus der Gießform herausgezogen, und das Beschichtungsmaterial an der Außenfläche wird entfernt, so dass eine Zylinderlaufbuchse 5 mit vorbestimmten Vorsprüngen 5a über die gesamte Außenfläche fertiggestellt ist.
Infolgedessen wird ein Zylinderblock, der einstückig mit der Zylinderlaufbuchse geformt ist, durch erneutes Abgießen der Zylinderlaufbuchse 5 in einer Gießform zur Herstellung eines Zylinderblocks und Abgießen von geschmolzenem Metall eines Blockmaterials in die Gießform durch einstückiges Gießen fertiggestellt.
Die Zylinderlaufbuchsen 5, die einstückig mit dem Zylinderblock geformt werden, sind durch die Vorsprünge 5a an den Außenflächen mit dem Zylinderblock fest verbunden.
Jedoch ist, obwohl die herkömmliche Zylinderlaufbuchse durch die an der Außenfläche geformten Vorsprünge mit einem Zylinderblock fest verbunden sein kann, die Zylinderlaufbuchse dick, so dass die Größe eines Bohrungsabstandes dementsprechend ansteigt, wodurch das Problem auftritt, dass die Größe und das Gewicht eines Motors erhöht werden.
Ferner beeinträchtigen die Vorsprünge an der Außenfläche der Zylinderlaufbuchsen den Fluss des geschmolzenen Metalls eines Blockmaterials, das in der Gießform eingesetzt ist, so dass das Problem auftritt, dass die Zeit für die Herstellung des Zylinderblocks mit der Senkung des gesamten Fließvermögens des Blockmaterials ansteigt und die langwierige Erstarrung zu einer schlechten Qualität führen kann.
Die US 1 955 292 A , JP 2001-334 357 A , US 6 123 052 A , US 2007/0 012 178 A1 und DE 197 29 017 A1 beschreiben jeweils ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse, bei dem eine Mehrzahl von gravierten Nuten über eine Außenfläche der Zylinderlaufbuchse geformt werden.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse geschaffen, bei dem die Verbindungsfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Zylinderblock und der Zylinderlaufbuchse beim Formen eines Zylinderblocks verbessert werden, die Dicke der Zylinderlaufbuchse und ein Bohrungsabstand so weit wie möglich reduziert werden, die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Motors durch Formen einer Mehrzahl von gravierten Nuten über die Außenfläche der Zylinderlaufbuchse minimiert werden, und die Verschlechterung eines Produktes durch schnelles Erstarren eines Blockmaterials minimiert wird, während die Zeit für die Herstellung eines Zylinderblocks erheblich reduziert wird, indem die Faktoren beseitigt werden, die den Fluss des Blockmaterials zwischen den Zylinderlaufbuchsen beeinträchtigen, um das Fließvermögen des Blockmaterials zu verbessern.
Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Verbindungsfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Zylinderblock und der Zylinderlaufbuchse beim Formen eines Zylinderblocks zu verbessern, die Dicke der Zylinderlaufbuchse und einen Bohrungsabstand so weit wie möglich zu reduzieren, und die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Motors durch Formen einer Mehrzahl von gravierten Nuten über die Außenfläche der Zylinderlaufbuchse zu minimieren.
Ferner wird gemäß der Erfindung das Verschlechterungsverhältnis eines Produktes durch schnelles Erstarren eines Blockmaterials minimiert, während die Zeit für die Herstellung eines Zylinderblocks erheblich reduziert wird, indem die Faktoren beseitigt werden, die den Fluss des Blockmaterials zwischen den Zylinderlaufbuchsen beeinträchtigen, um das Fließvermögen des Blockmaterials zu verbessern.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Ansicht, aus der Vorsprünge ersichtlich sind, die an der Außenfläche einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse ausgebildet sind;
2 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse;
3 einen Schnitt einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse;
4 einen Schnitt einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse, die als Grundkörper in einer Gießform angeordnet ist;
5 bis 9 Ansichten, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse darstellen, wobei 5 einen Vorgang des Aufbringens eines Beschichtungsmaterials in einer Gießform, 6 einen Vorgang des Abgießens eines geschmolzenen Metalls in die Gießform, 7 einen Vorgang des Herausziehens eines Grundkörpers der Zylinderlaufbuchse aus der Gießform, 8 einen Vorgang des Aufrauens der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse, bei dem das Beschichtungsmaterial und das die gravierte Nut bildende Material entfernt werden, und 9 einen Vorgang des Spritzens zum Formen einer Metallschicht an der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse darstellen; und
10 eine Ansicht eines Zylinderblocks, der durch einstückiges Gießen unter Verwendung einer herkömmlichen Zylinderlaufbuchse hergestellt wurde.

Mit Bezug auf die Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie in den 2 bis 10 gezeigt, wird eine herkömmliche Zylinderlaufbuchse 20 mit einem Zylinderblock 10 für einen Verbrennungsmotor verbunden, wobei eine Mehrzahl von gravierten Nuten 21 zur Erhöhung der Verbindungskraft zwischen einem Gießmetall (Blockmaterial) und einer Zylinderlaufbuchse 20 und eine Metallschicht 22 zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Zylinderblock 10 und der Zylinderlaufbuchse 20 durch Abgießen des Gießmetalls über die Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 geformt werden, so dass die Außenfläche von dem Gießmetall durch Abgießen bedeckt wird, um den Zylinderblock 10 herzustellen.
Bei dieser Konfiguration werden die gravierten Nuten 21 von der glatten Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 derart eingedrückt, dass der obere Abschnitt breit ist und der untere Abschnitt schmal ist.
Anders als die gravierten Nuten 21 mit dem breiten oberen Abschnitt und dem schmalen unteren Abschnitt können gravierte Nuten mit anderen Strukturen, wie zum Beispiel eine gravierte Nut mit einem schmalen oberen Abschnitt und einem breiten unteren Abschnitt entgegengesetzt zu der obigen Struktur, realisiert werden, welche die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Zylinderblock 10 und der Zylinderlaufbuchse 20 verbessern können.
Dreißig bis dreihundert gravierte Nuten 21 sind pro 20mm x 20mm über die Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 verteilt, und es wird bevorzugt, dass der Durchmesser des oberen Endes 0,7 ± 0,2mm beträgt und die Tiefe 0,4 ± 0,2mm beträgt.
Ferner wird eine Metallschicht 22 durch elektrisches Lichtbogenspritzen unter Verwendung einer Mehrzahl von Drähten geformt.
Das elektrische Lichtbogenspritzen, wie in 9 gezeigt ist, kann ein allgemeines Spritzen sein, bei dem zwei Stücke von Draht 120 aus einer Aluminiumlegierung über Zuführrollen 130 zu Drahtführungen 111 einer Düse 110 geführt werden, und gleichzeitig werden die vorderen Enden der Drähte 120 durch einen Lichtbogen geschmolzen, der durch elektrischen Strom erzeugt wird, der von einer elektrischen Quelle zugeführt wird, die von den Drähten 120 gebildet wird, und dann wird das geschmolzene Metall mit hohem Druck durch einen Luftkompressor 140 nach vorn abgegossen, so dass eine gewünschte Metallschicht 22 an der Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 geformt wird.
Die Metallschicht 22 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, und die Aluminiumlegierungskomponente der Metallschicht 22 enthält 11 ~ 13 Gewichtsanteile von Silizium auf 100 Gewichtsanteile von Aluminium.
Alternativ enthält die Aluminiumlegierungskomponente der Metallschicht 11 - 13 Gewichtsanteile von Silizium auf 100 Gewichtsanteile von Aluminium, und kann irgendeines, oder zwei oder mehrere von 0,001 - 0,3 Gewichtsanteilen von Kupfer, 0,001 ~ 0,8 Gewichtsanteilen von Eisen, 0,001 ~ 0,1 Gewichtsanteilen von Magnesium, 0,001 ~ 0,15 Gewichtsanteilen von Mangan, 0,001 ~ 0,2 Gewichtsanteilen von Zink, und 0,001 - 0,008 Gewichtsanteilen von Beryllium enthalten.
Es wird bevorzugt, dass die Metallschicht 22, die wie oben beschrieben aufgespritzt wird, eine Dicke von 50 ~ 200µm hat.
Bei dieser Konfiguration kann die Metallschicht 22 aus demselben Material wie der Zylinderblock oder anders als aus der Aluminiumlegierung aus Aluminium hergestellt werden.
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Zylinderlaufbuchse wird, wie in 5 gezeigt, ein vorbestimmtes Beschichtungsmaterial 40 bereitgestellt und auf der Innenumfangsfläche einer sich drehenden Gießform 30 beschichtet und dann für eine vorbestimmte Zeit getrocknet.
Der Vorgang des Aufbringens des Beschichtungsmaterials 40 wird mittels einer speziellen Beschichtungsmaschine 80 durchgeführt, die das Beschichtungsmaterial 40 über die Innenumfangsfläche der sich drehenden Gießform 30 aufbringt.
Ferner wird ein die gravierte Nut bildendes Material 50 zum Gravieren, wie in 4 gezeigt ist, auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials 40 aufgebracht, das auf der Innenumfangsfläche der Gießform 30 beschichtet und getrocknet ist.
Das Beschichtungsmaterial 40 kann durch die Zentrifugalkraft infolge der Drehung der Gießform 30 und die Verbindungskraft des Beschichtungsmaterials 40 gebunden werden.
Ferner wird ein Grundkörper 15 der Zylinderlaufbuchse, wie in 7 gezeigt, durch Abgießen von geschmolzenem Metall 60 für eine Zylinderlaufbuchse auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials 40, die mit dem die gravierte Nut bildenden Material 50 beschichtet ist, und anschließendes Erstarren des geschmolzenen Metalls 60 für eine vorbestimmte Zeit, wie in den 4 und 6 gezeigt, geformt.
Das Bezugszeichen 150 in 6 bezeichnet einen Injektor für geschmolzenes Metall zum Abgießen des geschmolzenen Metalls 60 für die Zylinderlaufbuchse.
Danach wird, wie in 7 gezeigt, der Grundkörper 15 der Zylinderlaufbuchse aus der Gießform 30 herausgezogen, das Beschichtungsmaterial 40 und das die gravierte Nut bildende Material 50, welche die Außenseite des Grundkörpers 15 abdecken, werden entfernt, wie in 8 gezeigt ist, und dann wird die Außenfläche der Zylinderlaufbuchse 20 mittels einer Aufraumaschine 100 zum Spritzen aufgeraut.
Danach wird, wie in 9 gezeigt, die Zylinderlaufbuchse 20 mit den gravierten Nuten 21 und der Metallschicht 22 an der Außenfläche durch Ausführen des Spritzens auf die aufgeraute Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 mittels der Düse 110 endgültig fertiggestellt.
Das Bezugszeichen 90 in 7 bezeichnet einen Auszieher, der den Grundkörper 15 der Zylinderlaufbuchse aus der Gießform 30 herauszieht.
Bei der Zylinderlaufbuchse 20, die wie oben beschrieben fertiggestellt ist, werden die gravierten Nuten 21 derart geformt, dass sie von der glatten Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 nach innen gedrückt werden, wobei jede gravierte Nut einen breiten oberen Abschnitt und einen engen unteren Abschnitt hat. Ferner werden dreißig bis dreihundert gravierte Nuten 21 pro 20mm x 20mm auf der Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 mit einem Durchmesser von 0,7 ± 0,2mm und einer Tiefe von 0,4 ± 0,2mm verteilt.
Ferner wird die Metallschicht 22 aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 50 ~ 200µm erneut auf die Oberfläche der gravierten Nuten 21 aufgebracht.
Andererseits werden, wie in 10 gezeigt, eine vorbestimmte Anzahl von Zylinderlaufbuchsen 20, die wie oben beschrieben fertiggestellt sind, in einer Gießform (nicht gezeigt) zur Herstellung des Zylinderblocks 10 entsprechend dem Hubraum eines gewünschten Motors angeordnet, und geschmolzenes Metall eines Blockmaterials wird durch einstückiges Gießen abgegossen. Das Blockmaterial wird in der Gießform gleichmäßig verbreitet und deckt die gesamte Außenfläche der Zylinderlaufbuchse 20 ab, die mit der Metallschicht 22 beschichtet ist, während es in die gravierten Nuten 21 der Außenfläche 20a der Zylinderlaufbuchse 20 eindringt. In diesem Zustand erstarrt das Blockmaterial für eine vorbestimmte Zeit, und ein gewünschter Zylinderblock 10 wird fertiggestellt.
Der einstückige Zylinderblock 10 mit der Zylinderlaufbuchse 20, die wie oben beschrieben fertiggestellt ist, hat durch die gravierten Nuten 21 zwischen dem Zylinderblock 10 und der Zylinderlaufbuchse 20 eine einstückige Struktur mit hoher Verbindungsfestigkeit. Ferner hat der Zylinderblock 10 durch die Metallschicht 22 eine hohe Wärmeleitfähigkeit, und der Bohrungsabstand zwischen einander benachbarten Zylinderlaufbuchsen 20 kann so weit wie möglich reduziert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (20), aufweisend: Beschichten eines Beschichtungsmaterials (40) auf die Innenumfangsfläche einer sich drehenden Gießform (30); Trocknen des Beschichtungsmaterials (40) für eine vorbestimmte Zeit; Aufbringen eines eine gravierte Nut (21) bildenden Materials (50) auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials (40) ; Formen eines Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) durch Abgießen von geschmolzenem Metall (60) auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials (40), auf der das die gravierte Nut (21) bildende Material (50) aufgebracht ist, und Erstarren des geschmolzenen Metalls (60) für eine vorbestimmte Zeit; Herausziehen des Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) aus der Gießform (30); Entfernen des Beschichtungsmaterials (40) und des die gravierte Nut (21) bildenden Materials (50), welche die Außenfläche des Grundkörpers (15) der Zylinderlaufbuchse (20) abdecken; Aufrauen einer Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) mit einer Mehrzahl von gravierten Nuten (21); und Formen einer Metallschicht (22) durch Spritzen auf die aufgeraute Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) mit der Mehrzahl von gravierten Nuten (21).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht (22) auf der Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) mit der Mehrzahl von gravierten Nuten (21) geformt wird, so dass die Wärmeleitfähigkeit verbessert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von gravierten Nuten (21) derart geformt werden, dass sie von der Außenfläche (20a) der Zylinderlaufbuchse (20) nach innen gedrückt werden, so dass der obere Abschnitt breit ist und der untere Abschnitt schmal ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metallschicht (22) durch elektrisches Lichtbogenspritzen unter Verwendung einer Mehrzahl von Drähten geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metallschicht (22) aus demselben Material wie der Zylinderblock (10) oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Aluminiumlegierungskomponente der Metallschicht (22) 11 ~ 13 Gewichtsanteile von Silizium auf 100 Gewichtsanteile von Aluminium enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aluminiumlegierungskomponente der Metallschicht (22) ferner irgendeinen, oder zwei oder mehrere von 0,001 ~ 0,3 Gewichtsanteilen von Kupfer, 0,001 ~ 0,8 Gewichtsanteilen von Eisen, 0,001 ~ 0,1 Gewichtsanteilen von Magnesium, 0,001 - 0,15 Gewichtsanteilen von Mangan, 0,001 ~ 0,2 Gewichtsanteilen von Zink, und 0,001 ~ 0,008 Gewichtsanteilen von Beryllium auf 100 Gewichtsanteile von Aluminium enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metallschicht (22) eine Dicke von 50 ~ 200µm hat.