DE102018125395B4

DE102018125395B4 - Einsetzelement und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE102018125395B4
Application number: DE102018125395.8A
Authority: DE
Inventors: Ryo Nagasawa; Akito Yamamoto; Mirai Hisaoka; Yuichi Mizumura; Nobuaki Suzuki
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: JP6979171B2; JP2019089115A; FR3073434B1; FR3073434A1; CN109794593A; CN109794593B; DE102018125395A1

Abstract

Einsetzelement, umfassend auf einer Oberfläche, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll:einen netzartigen vorstehenden Bereich (3); undeine flache Oberfläche (6), wobeider netzartige vorstehende Bereich (3) kontinuierlich auf der Oberfläche des Einsetzelements gebildet ist,der netzartige vorstehende Bereich (3) lineare Bereiche (1) und einen konvergierenden Bereich (2) umfasst, in dem wenigstens zwei der linearen Bereiche (1) ineinander übergehen,wobei der vorstehende Bereich (3) einen vertikalen Wandbereich umfasst, der sich von der flachen Oberfläche (6) aus erstreckt, undwobei der netzartig vorstehende Bereich (3) ein Gebiet (3a) mit hoch vorstehendem Bereich und ein Gebiet (3b) mit niedrig vorstehendem Bereich umfasst.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsetzelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
[Technischer Hintergrund]
Mit der Entwicklung einer Druckgusstechnik und dergleichen hat sich die Verwendung eines Verfahrens namens Einsetzgießen ergeben, bei dem ein zuvor gegossenes Element in eine Form eingesetzt wird, geschmolzenes Metall wie zum Beispiel Aluminium zwischen das Element und die Form gegossen wird, und das Metall mit dem Element verbunden wird oder daran haftet. Das bei diesem Verfahren in den Guss einzusetzende Element wird als Einsetzelement bezeichnet.
Beispiele des Einsetzelements umfassen eine Zylinderbuchse (auch als Zylinderlaufbuchse oder als Buchse bezeichnet) zum Einsetzen in einen Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor durch Einsetzgießen, eine Nabe und Trommel einer druckgegossenen Radnabe und ferner einen Lagerbereich eines Zylinderblocks, ein unteres Gehäuse oder dergleichen, und zusätzlich ein Lagerelement zum Einsetzen in einen Lagerbereich in einem Getriebegehäuse durch Einsetzgießen. Insbesondere dann, wenn ein Einsetzelement in derartigen Anwendungen verwendet wird, wirkt oft eine thermische Last oder eine große äußere Kraft auf das Einsetzelement. Somit besteht das Bedürfnis, die Adhäsion zwischen dem Einsetzelement und dem Gussmetall zu verbessern, das zum Einsetzgießen verwendet wird, um die Wärmeabfuhr, Wärmeübertragung und ferner die Festigkeit zu verbessern.
Die Patentdokumente 1 bis 3 beschreiben eine Buchse zum Einsetzen beim Druckgießen, die separate nadelförmige vorstehende Bereiche mit verengten distalen Enden an der äußeren Umfangsoberfläche der Buchse hat, und die einer derartigen Verarbeitung unterzogen wird, dass sie verschiedene Niveaus von Adhäsion und thermischer Leitfähigkeit zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich der Buchse hat.
[Stand der Technik]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] JP 2007-016736 A
[Patentdokument 2] JP 2007-016734 A
[Patentdokument 3] JP 2007-016735 A

[Übersicht über die Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Es gibt Fälle, in denen es erforderlich ist, dass zwei verschiedene Gebiete bei einem Einsetzelement, das für eine Buchse verwendet wird, verschiedene Niveaus von Eigenschaften haben müssen. Beispielsweise ist es erforderlich, dass bei einem Zylinderblock für einen Motor das Kolbengleitgebiet auf der Deckseite eine große Adhäsion und große thermische Leitfähigkeit zwischen dem Einsetzelement und Gussmetall hat, das für das Einsetzgießen verwendet wird, wohingegen das Gebiet der Kurbelgehäuseseite, welches nicht das Kolbengleitgebiet ist, eine relativ niedrige Adhäsion und niedrige thermische Leitfähigkeit haben muss. Ein denkbares Verfahren, um zwei verschiedenen Gebieten in einem Einsetzelement wie dem obigen verschiedene Niveaus von Adhäsion und verschiedene Niveaus von thermischer Leitfähigkeit zu geben umfasst das Durchführen einer Aufrauverarbeitung oder Filmbildungsverarbeitung auf dem Einsetzelement; diese Verfahren haben jedoch das Problem, dass sie den Produktionsprozess kompliziert machen.
Im Hinblick auf das obige Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einsetzelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, die es für das Einsetzelement, das als eine Buchse verwendet wird, einfach macht, zwei verschiedene Gebiete mit erheblich verschiedenen Niveaus von Eigenschaften zu haben, beispielsweise bei Adhäsion und thermischer Leitfähigkeit.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Einsetzelement nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements nach Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt wird ein Einsetzelement offenbart, umfassend auf einer Oberfläche, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll: einen netzartigen vorstehenden Bereich; und eine flache Oberfläche, wobei der netzartige vorstehende Bereich lineare Bereiche und einen konvergierenden Bereich umfasst, in dem wenigstens zwei der linearen Bereiche ineinander übergehen, wobei der vorstehende Bereich einen vertikalen Wandbereich umfasst, der sich von der flachen Oberfläche aus erstreckt, und wobei das Einsetzelement ein Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich umfasst, in dem eine Höhe des vorstehenden Bereichs der linearen Bereiche von der flachen Oberfläche relativ groß ist, und ein Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, in dem die Höhe des vorstehenden Bereichs der linearen Bereiche von der flachen Oberfläche relativ klein ist.
Das Einsetzelement kann eine Mehrzahl der Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich und eine Mehrzahl der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich haben. Das Einsetzelement kann vorstehende Bereiche haben, die Zwischenhöhen haben zwischen der Höhe in dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich und der Höhe in dem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich. Der vertikale Wandbereich des vorstehenden Bereichs des linearen Bereichs ist nicht darauf beschränkt, orthogonal zu der flachen Oberfläche zu sein, sondern kann geneigt sein. Der vorstehende Bereich kann eine Spitze zusätzlich zu dem vertikalen Wandbereich haben, und die Spitze kann breiter sein als der vertikale Wandbereich.
Das Einsetzelement kann eine zylindrische Gestalt haben. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Einsetzelement das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich und das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich in der axialen oder der Umfangsrichtung dieser zylindrischen Gestalt angeordnet umfasst.
Das Einsetzelement kann eine Zylinderbuchse zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock durch Einsetzgießen sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Einsetzelement das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich auf der Deckoberflächenseite und das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich auf der Kurbelgehäuseseite umfasst. In diesem Fall ist es ferner bevorzugt, dass das Einsetzelement die Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich an den Einlass- und Auslassseiten hat, und die Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich auf den Vorder- und Rückseiten.
Die Differenz zwischen der Höhe des vorstehenden Bereichs in dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich und der Höhe des vorstehenden Bereichs in dem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich ist vorzugsweise 0.1 mm oder mehr, und weiter bevorzugt 0.2 mm oder mehr. Die Obergrenze dieser Differenz ist vorzugsweise 1.0 mm oder weniger, und weiter bevorzugt 0.5 mm oder weniger. Man beachte, dass hierbei die Differenz in der Höhe der vorstehenden Bereiche die Differenz zwischen der durchschnittlichen Höhe der vorstehenden Bereiche in dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich und der durchschnittlichen Höhe der vorstehenden Bereiche in dem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich bedeutet.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: Aufbringen eines Formbeschichtungsmittels auf eine Oberfläche einer Form, auf die geschmolzenes Metall zu gießen ist; Bilden einer Formbeschichtungsschicht in einer Gestalt mit Rissen auf einer Oberfläche der Formbeschichtungsschicht durch Trocknen des aufgebrachten Formbeschichtungsmittels; und Durchführen eines Gusses durch Gießen des geschmolzenen Metalls auf die Formbeschichtungsschicht, während die Form gedreht wird, wobei die Oberfläche der Form, auf die das geschmolzene Metall zu gießen ist, Gebiete mit wenigstens zwei verschiedenen Höhen hat, so dass die Formbeschichtungsschicht ein dickes Gebiet hat, in dem die Formbeschichtungsschicht relativ dick ist, und ein dünnes Gebiet, in dem die Formbeschichtungsschicht relativ dünn ist, und wobei die Risse in dem dicken Gebiet relativ breit und tief sind, und die Risse in dem dünnen Gebiet relativ eng und flach sind.
Es ist bevorzugt, eine Steuerung derart durchzuführen, dass die breiten und tiefen Risse, die in dem dicken Gebiet der Formbeschichtungsschicht gebildet werden, eine Tiefe haben, die kleiner ist als die Dicke der Formbeschichtungsschicht in dem dünnen Gebiet. Insbesondere in dem Fall, in dem die Form eine zylindrische Gestalt hat, und das geschmolzene Metall auf die innere Umfangsoberfläche der Form zu gießen ist, ist es bevorzugt, dass die Form als das dünne Gebiet ein Referenzinnendurchmessergebiet umfasst mit einem Referenzinnendurchmesser, der ein relativ kleiner Innendurchmesser ist, und als das dicke Gebiet ein Nichtreferenzinnendurchmessergebiet mit einem relativ großen Innendurchmesser, und dass die Tiefen der breiten und tiefen Risse derart gesteuert werden, dass sie innerhalb des Referenzinnendurchmessergebiets bleiben. Die Innendurchmesserdifferenz zwischen dem Referenzinnendurchmessergebiet und dem Nichtreferenzinnendurchmessergebiet ist vorzugsweise 0.1 mm oder mehr, und weiter bevorzugt 0.2 mm oder mehr. Die Obergrenze dieser Innendurchmesserdifferenz ist vorzugsweise 1.0 mm oder weniger, und weiter bevorzugt 0.5 mm oder weniger.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Das Einsetzelement hat die netzartigen vorstehenden Bereiche auf der Oberfläche, mit der das Gussmetall durch Einsetzgießen zu verbinden ist, und hat das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche der linearen Bereiche der netzartigen vorstehenden Bereiche relativ hoch sind, und das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche relativ niedrig sind. Folglich hat bei einem Element, das durch Einsetzgießen unter Verwendung dieses Einsetzelements hergestellt ist, das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich eine hohe Adhäsion und eine hohe thermische Leitfähigkeit zwischen dem Einsetzelement und dem zum Einsetzgießen verwendeten Gussmetall, während das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich eine relativ niedrige Adhäsion und niedrige thermische Leitfähigkeit hat. Wie oben beschrieben kann ein einziges Einsetzelement zwei verschiedene Gebiete mit erheblich verschiedenen Niveaus von Adhäsion und thermischer Leitfähigkeit haben.
Insbesondere in dem Fall, in dem dieses Einsetzelement als eine Zylinderbuchse zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock durch Einsetzgießen verwendet wird, erlaubt die Anordnung des Gebiets mit hoch vorstehendem Bereich auf der Deckoberflächenseite und des Gebiets mit niedrig vorstehendem Bereich auf der Kurbelgehäuseseite, dass der durch das Einsetzgießen hergestellte Zylinderblock eine hohe Adhäsion und hohe thermische Leitfähigkeit zwischen dem Gusseisen und dem Aluminium in dem Kolbengleitgebiet auf der Deckoberflächenseite hat. Dies reduziert eine Bohrungsverzerrung während des eigentlichen Betriebs des Motors. Da andererseits ein Gebiet auf der Kurbelgehäuseseite, verschieden von dem Kolbengleitgebiet, eine niedrige thermische Leitfähigkeit hat, ist es möglich, eine Wärmeableitung von der Buchse zum Zylindermantel (Aluminiumseite) zu reduzieren und die Temperatur der gesamten Buchse gleichmäßig zu machen, und dies reduziert die Bohrungsverzerrung insgesamt. Dies wiederum verringert mechanische Verluste und vorbeiströmendes Gas und steigert somit die Kraftstoffökonomie.
Ein Ausrichten der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich der Buchsen mit der F-R-Richtung des Motors beim Einsetzgießen macht es außerdem möglich, die Buchsen näher beieinander anzuordnen, während die Dicke von Aluminium beibehalten wird, und somit ist es möglich, den Abstand zwischen den Bohrungen klein zu machen, und dies erlaubt eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors. Ferner beseitigt die Bildung der vorstehenden Bereiche das Auftreten von partiellen Lücken an der Kontaktgrenzfläche zwischen der Buchse und dem Aluminium aufgrund des Ankereffekts, und dies stabilisiert die Temperatur der Buchsenwand. Folglich wird die thermische Leitfähigkeit von der Buchse zum Zylindermantel verbessert und vergleichmäßigt, und die Wärmeableitung von Motorverbrennungswärme kann verbessert werden. Dies ermöglicht es, einen Temperaturanstieg im Zylinder zu handhaben, und ein höheres Kompressionsverhältnis des Motors zu erzielen.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Perspektivansicht einer Zylinderbuchse, die ein Beispiel eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
[2] 2 ist eine schematische Draufsicht der Oberfläche der Zylinderbuchse in 1 in einem vergrößerten Maßstab.
[3] 3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Zylinderbuchse entlang der Linie III-III in 1.
[4] 4 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel eines Zylinderblocks zeigt, der die Zylinderbuchse in 1 als einen Bestandteil enthält.
[5] 5 ist eine Querschnittsansicht der Zylinderbuchse und ihrer Umgebung in 4 in einem vergrößerten Maßstab.
[6] Die 6A und 6B sind Querschnittsdiagramme, die jeweils schematisch ein Beispiel eines linearen vorstehenden Bereichs auf der Oberfläche eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung im Fall der Verwendung von Formen zeigt, die in den 9 bis 11 gezeigt sind.
[7] Die 7A und 7B sind Querschnittsdiagramme, die jeweils schematisch ein Beispiel eines linearen vorstehenden Bereichs mit einer ungefähren invertierten L-Gestalt auf der Oberfläche eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung im Fall der Verwendung der Form zeigen, die in 11 gezeigt ist.
[8] Die 8A, 8B und 8C sind Querschnittsdiagramme, die jeweils schematisch ein Beispiel eines linearen vorstehenden Bereichs mit einer ungefähren T-Gestalt auf der Oberfläche eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung im Fall der Verwendung der Form zeigen, die in 11 gezeigt ist.
[9] 9 ist ein Querschnittsdiagramm, das schematisch ein Beispiel einer Form zeigt, die für ein Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
[10] 10 ist ein Querschnittsdiagramm, das schematisch ein anderes Beispiel einer Form zeigt, die für das Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
[11] 11 ist ein Querschnittsdiagramm, das schematisch noch ein weiteres Beispiel einer Form zeigt, die für das Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
[12] 12 ist ein schematisches Prozessflussdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
[13] 13 ist ein schematisches Prozessflussdiagramm zur Erläuterung eines Bildungsmechanismus einer Formbeschichtungsschicht in dem Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung.

[Modus zum Ausführen der Erfindung]
Nachfolgend wird ein Modus zum Ausführen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diesen Modus beschränkt. Man beachte, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, da das Erleichtern des Verständnisses der vorliegenden Erfindung priorisiert wird.
Zuerst wird eine Ausführungsform eines Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Einsetzelement gemäß dieser Ausführungsform hat netzartige vorstehende Bereiche auf der Oberfläche, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll. Beispiele von Materialien für das Einsetzelement umfassen Gusseisen, Kupferlegierung, Zinn, oder Zinklegierung, die große spezifische Dichten und selbstgleitende Eigenschaften haben. Das Gusseisen ist eine ternäre Legierung, die im Allgemeinen Eisen, Kohlenstoff und Silizium enthält, und kann abhängig von den Anwendungen andere Elemente enthalten. Beispielsweise kann das Gusseisen zusätzlich zu Fe 3 bis 3.8 Massenprozent T. C enthalten (Gesamtkohlenstoff), 1.9 bis 2.5 Massenprozent Si, 0.5 bis 1.0 Massenprozent Mn, 0.01 bis 0.5 Massenprozent P, und 0.02 bis 0.1 Massenprozent S, bezogen auf die Gesamtmasse des Gusseisens. Wenn eine Vorform für das Einsetzelement eine große Dicke hat, oder wenn eine große Menge von geschmolzenen Metall beim Gießen verwendet wird, kann das Gusseisen in einigen Fällen 0.01 bis 1.0 Massenprozent Cu, 0.01 bis 0.10 Massenprozent Sn, 0.01 bis 0.4 Massenprozent Cr und andere unvermeidbare Verunreinigungen enthalten, um eine optimale Härte und Metallzusammensetzung zu erzielen.
Die Gestalt des Körpers des Einsetzelements ist nicht besonders beschränkt, sondern kann gemäß der Anwendung geeignet gewählt werden. Beispiele der Gestalt des Einsetzelements umfassen beispielsweise eine zylindrische Gestalt, eine halbzylindrische Gestalt, eine U-Gestalt oder eine invertierte T-Gestalt im Querschnitt, sowie eine gekrümmte oder annähernd flache Plattengestalt. Beispiele von Einsetzelementen umfassen solche zum Einsetzen in irgendeine Art von Druckgussteilen mittels Gießen wie zum Beispiel eine Zylinderbuchse zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock; ein Gleitelement, das in Kontakt mit einem Bremsschuh gelangt, zum Einsetzen in eine Aluminiumtrommelbremse in einer regenerativen Bremse eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen, oder eine Rückplatte des Bremsschuhs; eine Nabe einer druckgegossenen Radnabe für Motorräder und Spezialmaschinen; ein Kurbelzapfenteil in einem Zylinderblock oder einem unteren Gehäuse, und einen Lagerbereich in einem Gehäuse wie zum Beispiel einem Getriebegehäuse. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Heranziehung einer Zylinderbuchse in einer zylindrischen Gestalt als Beispiel beschrieben werden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf Einsetzelemente mit spezifischen Gestalten oder spezifische Produkte beschränkt.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zylinderbuchse 11, die ein Beispiel eines Einsetzelements ist. Beispiele der Gestalt der Zylinderbuchse umfassen eine zylindrische Gestalt. Die Zylinderbuchse 11 hat eine Außenoberfläche 11s, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll. 2 ist eine schematische vergrößerte Draufsicht des Gebiets, das in 1 durch d1 angegeben ist. Die Zylinderbuchse hat netzartige vorstehende Bereiche 3 auf der Oberfläche 11s, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen zu verbinden ist. Die netzartigen vorstehenden Bereiche 3 stehen von einer annähernd flachen Oberfläche F vor, mit der die Zylinderbuchse gebildet ist, und haben kontinuierliche lineare vorstehende Strukturen, die über die gesamte Oberfläche existieren, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen zu verbinden ist. Die netzartigen vorstehenden Bereiche 3 umfassen lineare Bereiche 1 und konvergierende Bereiche 2, die dadurch gebildet sind, dass mehrere lineare Bereiche ineinander übergehen.
Die netzartigen vorstehenden Bereiche sind kontinuierlich auf der Oberfläche des Einsetzelements gebildet. Das Wort „kontinuierlich“ ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, in der alle linearen Bereiche verbunden sind, sondern umfasst auch eine Konfiguration, in der nur einige lineare Bereiche verbunden sind.
In 2 sind die linearen Bereiche 1 Bereiche, in denen vorstehende Bereiche in kontinuierlichen linearen oder bandartigen Formen erkannt werden können, wenn die Oberfläche des Einsetzelements, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen zu verbinden ist, zweidimensional aus einer Richtung orthogonal zur Oberfläche betrachtet wird. Die linearen Bereiche können entweder linear oder gekrümmt sein, und sie können in Breite, Länge oder Höhe ungleichmäßig sein und unbestimmte Gestaltungen haben. In anderen Worten können die Höhen der vorstehenden Bereiche in linearen Bereichen und konvergierenden Bereichen zufallsmäßig verschieden sein. Aufgrund dieser Struktur gibt es Stellen, an denen vorstehende Bereiche mit niedrigen Höhen einander gegenüber liegen, verglichen mit dem Fall, in dem die Höhen der vorstehenden Bereiche gleichmäßig sind, und dies erlaubt es dem geschmolzenen Metall, einfacher zwischen vorstehenden Bereichen und zwischen Bohrungen in dem Prozess des Füllens von geschmolzenen Metall zwischen den vorstehenden Bereichen und zwischen den Bohrungen hindurch zu gelangen. Dies verbessert die Metallfülleigenschaft. Ferner wird es hierdurch möglich, den Bohrungsabstand kleiner als zuvor einzustellen, und auch den Motor zu verkleinern. Die Länge La des linearen Bereichs in der longitudinalen Richtung, und die Länge Lb der Spitze des linearen Bereichs in der Breitenrichtung sind nicht besonders beschränkt. Man beachte, dass die Länge der oberen Oberfläche der Spitze des linearen Bereichs in der Breitenrichtung unter Verwendung beispielsweise eines digitalen Mikroskops gemessen werden kann. Beispielsweise wird eine Messung an 1 bis 50 Punkten durchgeführt, und die Länge kann bestimmt werden als ein Bereich, der gemessene Werte enthält, basierend auf dem Durchschnittswert oder den minimalen und maximalen Werten, oder vorzugsweise ein Bereich, der alle gemessenen Werte enthält.
In 2 umfassen die konvergierenden Bereiche 2 konvergierende Bereiche 2a, 2b, 2c und 2d. Der konvergierende Bereich 2a ist dadurch gebildet, dass drei lineare Bereiche 1a, 1b und 1c ineinander übergehen. Die Zahl von linearen Bereichen, die in einem konvergierenden Bereich ineinander übergehen, ist nicht besonders beschränkt, aber beträgt wenigstens 2, und vorzugsweise 2 bis einschließlich 6. Es ist bevorzugt, dass ein netzartiger vorstehender Bereich wenigstens zwei konvergierende Bereiche enthält. In dem Fall, in dem ein netzartiger vorstehender Bereich zwei oder mehr konvergierende Bereiche hat, kann die Zahl von linearen Bereichen, die an jedem konvergierenden Bereich ineinander übergehen, die gleiche oder verschieden sein. Die netzartigen vorstehenden Bereiche, die auf der Außenumfangsoberfläche gebildet sind, bewirken einen Effekt von Verstärkungsrippen, der die Festigkeit des Einsetzelements verbessert. Außerdem ist es bevorzugt, dass lineare Bereiche in einen konvergierenden Bereich aus zufälligen Richtungen ineinander übergehen, unter dem Aspekt der Verteilung von Spannung, die durch äußere Kraft generiert wird, nachdem das Einsetzelement beim Gießen eingesetzt ist. Lineare Bereiche, die aus zufälligen Richtungen ineinander übergehen, bedeutet beispielsweise, dass zwei lineare Bereiche in einen konvergierenden Bereich aus verschiedenen Richtungen ineinander übergehen, anstatt parallel zueinander zu sein.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Oberfläche des Einsetzelements auf einer vergrößerten Skala. Dies ist eine Querschnittsansicht in der Axialrichtung von linearen Bereichen auf der Oberfläche einer Zylinderbuchse, die ein Einsetzelement ist. Die vorstehenden Bereiche 3 umfassen teilweise ein Gebiet 3a mit hoch vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche relativ hoch sind, und ein Gebiet 3b mit niedrig vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche relativ niedrig auf der Oberfläche sind, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll. Beispielsweise ist es bevorzugt, ein Gebiet 3a mit hoch vorstehendem Bereich und ein Gebiet 3b mit niedrig vorstehendem Bereich in der Axialrichtung oder der Umfangsrichtung des Einsetzelements vorzusehen. Durch Vorsehen eines Gebiets mit hoch vorstehendem Bereich an einem geeigneten Bereich abhängig von der Anwendung und dem Zweck, beispielsweise durch seine Anbringung an der Deckoberflächenseite, den Einlass- und Auslassseiten, dem Kolbengleitbereich oder dergleichen eines Zylinderblocks für einen Motor, ist es möglich, die Adhäsion und thermische Leitfähigkeit zwischen dem Einsetzelement und Aluminium zu verbessern, das für das Einsetzgießen verwendet wird, und eine Bohrungsverzerrung zu reduzieren. In ähnlicher Weise ist es durch Vorsehen eines Gebiets mit niedrig vorstehendem Bereich an einem geeigneten Bereich, beispielsweise durch sein Aufbringen an der Kurbelgehäuseseite, den Vorder- und Rückseiten, anderen Gebieten als dem Kolbengleitgebiet oder dergleichen eines Zylinderblocks für einen Motor möglich, eine Wärmeableitung von der Buchse zum Zylindermantel (Aluminiumseite) zu reduzieren und die Temperatur der gesamten Buchse gleichmäßig zu machen, und somit ist es möglich, eine Bohrungsverzerrung zu reduzieren. Dies verringert mechanische Verluste und vorbeiströmendes Gas und steigert somit die Kraftstoffökonomie. Ein Ausrichten der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich der Buchsen mit der F-R-Richtung des Motors beim Einsetzgießen macht es außerdem möglich, die Buchsen näher beieinander anzuordnen und den Abstand zwischen den Bohrungen klein zu machen, während die Dicke von Aluminium beibehalten wird, und dies erlaubt eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors.
Die vorstehenden Bereiche 3 erstrecken sich ausgehend von einer flachen Oberfläche 6 nahezu orthogonal. Die Höhe ha der vorstehenden Bereiche in dem Gebiet 3a mit hoch vorstehendem Bereich ist vorzugsweise 0.5 mm bis einschließlich 2.0 mm, weiter bevorzugt 0.5 mm bis 1.5 mm, und noch weiter bevorzugt 0.8 mm bis 1.2 mm. Höhen von weniger als 0.5 mm können zu einem ungenügenden Ankereffekt im Aluminium führen, das zum Einsetzgießen verwendet wird, und können auch den Verstärkungsrippeneffekt verringern, der die Festigkeit verbessert. Ferner gibt es einen Fall, in dem eine Kontaktfläche mit Aluminium, die zur Wärmeableitung erforderlich ist, ebenfalls unzureichend ist. Wenn die Höhe 2 mm überschreitet, kann die Bildung durch Zentrifugalgießen schwierig sein. Das Einstellen der Höhe der vorstehenden Bereiche innerhalb des obigen Bereichs vergrößert die effektive Kontaktfläche mit dem Gussmetall, das zum Einsetzgießen verwendet wird, und verbessert die Adhäsion und die thermische Leitfähigkeit, und dies verringert die Bohrungsverzerrung. Dies macht es auch möglich, mit einem Temperaturanstieg innerhalb des Zylinders fertig zu werden, der den Anstieg des Kompressionsverhältnisses des Motors begleitet, oder dergleichen. Die Höhe hb der vorstehenden Bereiche in dem Gebiet 3b mit niedrig vorstehendem Bereich ist kleiner als die Höhe ha der vorstehenden Bereiche, und zwar um 0.1 mm bis 1.0 mm, und vorzugweise um 0.2 bis 0.5 mm kleiner. Wenn die Differenz zwischen hb und ha kleiner als 0.1 mm ist, ist die Wärmeableitung zum Aluminium, das zum Einsetzgießen verwendet wird, in einem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, das bei der Kurbelgehäuseseite oder dergleichen angewandt wird, exzessiv. Dies macht die Temperatur insgesamt ungleichmäßig und macht es wahrscheinlich, dass eine Bohrungsverzerrung auftritt. Wenn die Differenz zwischen hb und ha größer als 1.0 mm ist, kann der Ankereffekt mit Aluminium, das zum Einsetzgießen verwendet wird, speziell im Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich ungenügend sein, und der Verstärkungsrippeneffekt zur Verbesserung der Festigkeit kann abnehmen. Durch Einstellen der Höhendifferenz der vorstehenden Bereiche zwischen dem Gebiet 3a mit hoch vorstehendem Bereich und dem Gebiet 3b mit niedrig vorstehendem Bereich innerhalb des obigen Bereichs ist es möglich, die thermische Leitfähigkeit von dem Einsetzelement zu dem Gussmetall, das für das Einsetzgießen verwendet wird, insgesamt gleichmäßig zu machen und eine Bohrungsverzerrung zu reduzieren. Die Platzierung der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich derart, dass sie einander beim Einsetzgießen gegenüber liegen, macht es außerdem möglich, den Abstand zwischen den Bohrungen zu reduzieren.
Man beachte, dass die Höhe der vorstehenden Bereiche als ein Durchschnittswert bestimmt werden kann, indem man eine Linienanalyse auf einer beliebigen Oberfläche des Einsetzelements durchführt, beispielsweise unter Verwendung einer Messfunktion eines digitalen Mikroskops und einer Bildanalysesoftware WinROOF2013. Alternativ kann unter Verwendung eines digitalen Mikroskops zur Beobachtung eines Querschnitts die Höhe der vorstehenden Bereiche als ein Bereich, der gemessene Werte enthält, basierend auf der minimalen Höhe und der maximalen Höhe der vorstehenden Bereiche von der flachen Oberfläche 6 in einem beliebigen Messgebiet bestimmt werden, oder vorzugsweise ein Bereich, der alle gemessenen Werte enthält.
Hierin wird kurz eine Beschreibung für eine Zylinderbuchse gegeben werden, die eine Anwendung des Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 4 erläutert, umfasst ein Zylinderblock 10 eine Zylinderbuchse als einen Bestandteil, und der Zylinderblock 10 ist durch Einsetzgießen hergestellt, wobei ein Einsetzelement 11 in Aluminium 12 eingesetzt wird. 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Zylinderbuchse und ihrer Umgebung in 4. Wie in den 4 und 5 gezeigt, kann der Zylinderblock 10 ein Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich in dem Kolbengleitgebiet auf der Deckseite 13 umfassen, und ein Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich in einem Gebiet auf der Kurbelgehäuseseite 14, das von dem Kolbengleitgebiet verschieden ist.
6 zeigt schematische vergrößerte Ansichten von Querschnitten von linearen vorstehenden Bereichen. Der vorstehende Bereich 3 kann eine Gestalt umfassen, die zu einer Linie orthogonal zu der flachen Oberfläche geneigt ist. Der vorstehende Bereich kann Unregelmäßigkeiten auf der Seitenoberfläche 22 zusätzlich zu der linearen Vorsprungsstruktur haben, wie in 6A gezeigt. Zusätzlich, wie in 6B gezeigt, kann sich der vorstehende Bereich mit einer Neigung 21 unter einem bestimmten Winkel θ bezüglich einer orthogonalen Linie 20 zu der flachen Oberfläche erstrecken. Man kann sagen, dass die in 6 gezeigten Gestaltungen Gestaltungen des vorstehenden Bereichs 3 mit Neigungen bezüglich einer Linie orthogonal zu der flachen Oberfläche sind.
Die Querschnittsgestalt des linearen vorstehenden Bereichs in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung kann eine annähernde T-Gestalt oder eine annähernde invertierte L-Gestalt sein, abgesehen von der linearen Vorsprungsstruktur in einigen Fällen, abhängig von dem Herstellungsverfahren des Einsetzelements. Solche Querschnittsgestaltungen sind beispielsweise im Hinblick auf eine Verbesserung der Adhäsionsstärke und der thermischen Leitfähigkeit mit Gussmetall bevorzugt, das zum Einsetzgießen verwendet wird, nachdem das Einsetzelement durch Gießen eingesetzt ist. Die annähernd invertierte L-Gestalt ist eine Gestalt, die wie ein invertierter Buchstabe L aussieht. 7A und 7B zeigen Beispiele von linearen Bereichen mit Querschnitten in annähernder invertierter L-Gestalt. Die Spitze eines vorstehenden Bereichs verjüngt sich in Richtung des Endes in 7A, während die Spitze eines vorstehenden Bereichs in 7B eine bestimmte Dicke bis zum Ende hat. Die ungefähre T-Gestalt ist eine Gestalt, die wie ein Buchstabe T aussieht. Die 8A, 8B und 8C zeigen Beispiele von linearen Bereichen, die Querschnitte in ungefähren T-Gestaltungen haben.
Wie in 2 gezeigt, kann ein eingeschriebener Kreis Ic bei einem Bereich auf der flachen Oberfläche F gezeichnet werden, umgeben durch lineare Bereiche 1a, 1b, 1d und 1e sowie konvergierende Bereiche 2a, 2b, 2c und 2d. Der Durchmesser dieses eingeschriebenen Kreises ist vorzugsweise 0.5 mm bis einschließlich 30 mm, weiter bevorzugt 1.0 bis 15 mm, und noch weiter bevorzugt 1.5 mm bis 5.0 mm. Ein Durchmesser von weniger als 0.5 mm kann zu einer unzureichenden effektiven Kontaktfläche mit Aluminium beim Einsetzgießen führen. Es kann dann schwierig sein, einen wirksamen Ankereffekt mit Aluminium beizubehalten, das zum Einsetzgießen verwendet wird. Auch die thermische Leitfähigkeit kann ungenügend sein. Ein Durchmesser, der 30 mm übersteigt, kann zu einer unzureichenden effektiven Kontaktfläche mit Aluminium führen, nachdem das Einsetzelement eingesetzt ist. Dies kann ferner zu einem Fall führen, in dem keine effektiven netzartigen Strukturen erhalten werden können, die sonst zur Verteilung von Spannung beitragen würden, die durch eine äußere Kraft generiert wird. Durch Einstellen der Durchmesser der eingeschriebenen Kreise innerhalb des obigen Bereichs ist die effektive Kontaktfläche mit Aluminium beim Einsetzgießen ausreichend, was in einer günstigen thermischen Leitfähigkeit resultiert, wenn es als ein Einsetzelement verwendet wird. Außerdem kann die netzartige Struktur die Spannung verteilen. Man beachte, dass in dem Fall, in dem das Einsetzelement beispielsweise eine zylindrische Gestalt hat, der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises als ein Durchschnittswert bestimmt werden kann durch Korrigieren eines aufgenommenen Bilds von vorstehenden Bereichen auf einer gekrümmten Oberfläche zu einem Bild auf einer flachen Oberfläche unter Verwendung eines digitalen Mikroskops, Erzeugen von beispielsweise 1 bis 50 eingeschriebenen Kreisen auf der flachen Oberfläche basierend auf dem korrigierten Bild, und Erhalten des Durchschnittswerts aus diesen eingeschriebenen Kreisen. Alternativ kann der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises bestimmt werden als ein Bereich, der gemessene Werte enthält, basierend auf dem minimalen Durchmesser und dem maximalen Durchmesser, oder vorzugsweise ein Bereich, der alle gemessenen Werte enthält. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Ausführungsform beschränkt ist, in der der gesamte flache Bereich durch die linearen Bereiche umgeben ist. In diesem Fall können eingeschriebene Kreise entlang einiger linearer Bereiche gezeichnet werden, und deren Durchmesser können in der gleichen Weise wie oben beschrieben behandelt werden.
Nimmt man außerdem an, dass die Oberfläche des Einsetzelements, mit der Gussmetall beim Einsetzgießen verbunden werden soll, auf eine flache Ebene projiziert wird, so ist die projizierte Fläche der netzartigen vorstehenden Bereiche, projiziert auf die flache Ebene, vorzugweise 5% bis einschließlich 70%, weiter bevorzugt 10% bis einschließlich 60%, und noch weiter bevorzugt 16% bis einschließlich 43% der gesamten projizierten Fläche. Wenn die projizierte Fläche der netzartigen vorstehenden Bereiche weniger als 5% ist, kann die effektive Kontaktfläche mit Aluminium beim Einsetzgießen unzureichend sein. Außerdem kann der Effekt als Verstärkungsrippen abnehmen, der Spannung reduziert, die durch eine äußere Kraft generiert wird. Wenn die projizierte Fläche der netzartigen vorstehenden Bereiche 70% übersteigt, kann kein Gewichtsverringerungseffekt erzielt werden. Die projizierte Fläche der netzartigen vorstehenden Bereiche ist ein Gebiet, auf das die Spitzen der vorstehenden Bereiche von oben projiziert werden. Das Einstellen der projizierten Fläche der netzartigen vorstehenden Bereiche innerhalb des obigen Bereichs der gesamten projizierten Fläche verbessert die Adhäsionskraft, die Wärmeübertragung und die Wärmeabfuhr zu Gussmetall, das beim Einsetzgießen verwendet wird, sowie die Festigkeit nach dem Einsetzgießen. Ferner kann diese Einstellung auch die thermische Leitfähigkeit und das spezifische Modul als das Einsetzelement nach dem Einsetzgießen verbessern. Man beachte, dass die projizierte Fläche durch eine Banalisierungsverarbeitung berechnet werden kann basierend auf einem Bild, das beispielsweise mit einem Mikroskop aufgenommen und einer ebenen Korrektur unterzogen wird. Die projizierte Fläche kann bestimmt werden als ein Durchschnittsverhältnis der projizierten Fläche der vorstehenden Bereiche von Messergebnissen von beispielsweise 1 bis 50 Punkten. Alternativ kann die projizierte Fläche bestimmt werden als ein Bereich, der gemessene Werte enthält, basierend auf dem minimalen Wert und dem maximalen Wert des Flächenverhältnisses, oder vorzugsweise ein Bereich, der alle gemessenen Werte enthält.
Die Dicke 11b des Einsetzelements ist vorzugsweise 2 bis 20 mm. Beispielsweise ist in 3 die Dicke des Einsetzelements die Summe der Dicke h9 von der Innenumfangsoberfläche zu der flachen Oberfläche auf der Außenumfangsoberfläche des Einsetzelements und der Höhe ha der netzartigen vorstehenden Bereiche in dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich. Die Höhe ha der vorstehenden Bereiche kann vorzugsweise 1 bis 70%, und weiter bevorzugt 10 bis 50% der Dicke des Einsetzelements sein.
Da, wie oben beschrieben, das Einsetzelement die vorstehenden Bereiche, einschließlich der linearen Bereiche und der konvergierende Bereiche, auf der Oberfläche hat, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen zu verbinden ist, hat das Einsetzelement eine größere Fläche, um in Kontakt mit dem beim Einsetzgießen verwendeten Gussmetall zu gelangen, als bei herkömmlichen, und dies verbessert die Wärmeübertragung und die Wärmeableitung effizient. Außerdem umfasst das Einsetzelement in beliebigen Gebieten das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche relativ hoch sind, und das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, in dem die vorstehenden Bereiche relativ niedrig sind. Das zum Einsetzgießen verwendete Gussmetall gelangt in das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich, angewandt an der Deckoberflächenseite, der Einlass- und der Auslassseite, dem Kolbengleitgebiet und anderen Gebieten, und dies verbessert die Adhäsionsstärke, macht es weniger wahrscheinlich, dass Lücken zwischen dem Einsetzelement und dem Gussmetall auftreten, verbessert die thermische Leitfähigkeit zum Gussmetall und macht die thermische Leitfähigkeit gleichmäßig. Dies wiederum reduziert die Bohrungsverzerrung und macht es auch möglich, mit einem Temperaturanstieg im Zylinder fertig zu werden, der mit einer Zunahme des Kompressionsverhältnisses des Motors einhergeht. Das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, angewandt auf die Kurbelgehäuseseite, die Vorder- und Hinterseiten, andere Gebiete als das Kolbengleitgebiet und weitere Gebiete verringert die Wärmeabfuhr und macht die gesamte Temperatur gleichmäßig, und dies verringert die Bohrungsverzerrung. Die Verringerung der Bohrungsverzerrung reduziert mechanische Verluste und vorbeiströmendes Gas, und erhöht somit die Kraftstoffökonomie. Außerdem macht es die Ausrichtung der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich der Buchsen mit der F-R-Richtung des Motors beim Einsetzgießen möglich, die Buchsen näher beieinander anzuordnen, während die Dicke von Aluminium beibehalten wird, und somit wird es möglich, den Abstand zwischen den Bohrungen klein zu machen.
Ferner üben beispielsweise in dem Fall, in dem die vorstehenden Bereiche eine isotrope netzartige Struktur haben, die vorstehenden Bereiche einen Effekt als Verstärkungsrippen aus, was es ermöglicht, zur Verteilung und Verringerung der Spannung beizutragen, die durch eine äußere Kraft aus verschiedenen Richtungen generiert wird. Wenn das Einsetzelement beispielsweise eine Zylinderbuchse ist, kann das spezifische Modul in der radialen Richtung oder axialen Richtung der Bohrung verbessert werden, und somit kann eine Verformung des Einsetzelements verhindert werden. Dies ermöglicht es, die Dicke und das Gewicht der Zylinderbuchse unter Beibehaltung der gleichen Festigkeit zu reduzieren.
Das Einsetzelement wird beim Einsetzgießen in Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder eine andere Nicht-Eisenlegierung eingesetzt. Hier hat das Einsetzelement, erhalten durch Einsetzen des Einsetzelements in diese Metalle oder Legierungen beim Einsetzgießen, eine günstige Adhäsion zwischen dem Einsetzelement und einem Metall oder einer Legierung, das/die für das Einsetzgießen verwendet wird, beispielsweise Aluminium, wie oben beschrieben, und hat auch eine günstige thermische Leitfähigkeit als das Einsetzelement. Man beachte, dass die thermische Leitfähigkeit durch ein Laserblitzverfahren gemessen werden kann.
Wenn ein Einsetzelement beispielsweise eine Zylinderbuchse zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock durch Einsetzgießen ist, muss die Zylinderbuchse Wärme gleichmäßig an den umgebenden Aluminiumzylindermantel abgeben und muss eine hohe Festigkeit haben, da die Zylinderbuchse wahrscheinlich Verbrennungsdruck und eine Kompressionslast aufnimmt, während ein Zylinderkopf daran befestigt ist. Das Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine Zylinderbuchse und Einsetzen der Zylinderbuchse beispielsweise in Aluminium durch Einsetzgießen liefert einen Motorzylinderblock mit exzellenter thermischer Leitfähigkeit und thermischer Diffusion. Außerdem kann sogar bei einem erhöhten Kompressionsverhältnis des Motors Wärme effizient von der Zylinderbuchse zu dem Aluminiumzylindermantel abgeleitet werden. Dies macht es möglich, einen Verbrennungstemperaturanstieg zu reduzieren, der mit einer Zunahme des Kompressionsverhältnisses einhergeht. Da außerdem das spezifische Modul der Zylinderbuchse verbessert werden kann, obwohl das Gewicht das gleiche ist, kann eine Bohrungsverformung, in anderen Worten eine Veränderung der Zirkularität der eingesetzten Zylinderbuchse während des Betriebs oder der oben beschriebenen Befestigung verhindert werden. Dies macht es möglich, mechanische Verluste zu reduzieren, und vorbeiströmendes Gas des Motors kann reduziert werden. Wenn die Zylinderbuchse die gleiche Festigkeit hat, kann die Buchse selbst in Dicke und Gewicht reduziert werden. Als Folge kann das Gewicht des Motors reduziert werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung für eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Einsetzelements gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben werden. Das Verfahren dieser Ausführungsform umfasst hauptsächlich die Schritte des Aufbringen eines Formbeschichtungsmittels auf die Oberfläche einer Form, in die geschmolzenes Metall zu gießen ist, Bilden einer Formbeschichtungsschicht mit Rissgestaltungen auf der Oberfläche durch Trocknen des aufgebrachten Formbeschichtungsmittels, und Gießen von geschmolzenem Metall von oberhalb der Formbeschichtungsschicht und Gießen, während die Form gedreht wird. Jeder Schritt wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Das Material und die Gestalt der Form zum Formen des Einsetzelements sind nicht speziell beschränkt, sondern können gemäß der Vorform oder der Anwendung des Einsetzelements ausgewählt werden. Im Fall des Formens einer Zylinderbuchse zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock durch Einsetzgießen als ein Einsetzelement ist die Form beispielsweise vorzugsweise eine Metallform und hat vorzugsweise eine zylindrische Gestalt.
Wie in 9 gezeigt, kann als eine Form, die in dem Verfahren dieser Ausführungsform verwendet werden kann, beispielsweise die Innenumfangsoberfläche 31s der Form in der axialen Richtung ein Referenzinnendurchmessergebiet Db umfassen, in dem der Innendurchmesser relativ klein ist, und ein Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da, in dem der Innendurchmesser relativ groß ist. Das Referenzinnendurchmessergebiet Db und das Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da können alternierend oder zufällig angeordnet sein. An Gebietsgrenzen 80 können Schritte auftreten, und diese Konfiguration kann abhängig von der Vorform und der Anwendung des Einsetzelements modifiziert werden. Das Referenzinnendurchmessergebiet Db und das Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da entsprechen dem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich beziehungsweise dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich des Einsetzelements. Der Innendurchmesser des Referenzinnendurchmessergebiets Db ist ein Referenzinnendurchmesser D, und die Innendurchmesserdifferenz Dc zwischen dem Referenzinnendurchmessergebiet Db und dem Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da ist 0.1 mm bis 1.0 mm, oder bevorzugt 0.2 bis 0.5 mm. Gebiete der vorstehenden Bereiche mit verschiedenen Höhen mit der Innendurchmesserdifferenz Dc innerhalb des obigen Bereichs sind an einer geeigneten Stelle angeordnet. Beispielsweise in dem Fall, in dem das Einsetzelement nach dem Formen für einen Zylinderblock für einen Motor verwendet wird, kann das Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich auf die Deckoberflächenseite, die Einlass- und Auslassseiten, das Kolbengleitgebiet oder dergleichen angewandt werden, und das Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich kann auf die Kurbelgehäuseseite, die Front- und Rückseiten, andere Gebiete als das Kolbengleitgebiet oder dergleichen angewandt werden. Dies macht die thermische Leitfähigkeit von dem Einsetzelement zu dem Gussmetall insgesamt gleichmäßig und reduziert die Bohrungsverzerrung. Ferner macht es die Platzierung von Zylinderbuchsen beim Einsetzgießen derart, dass die Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich einander gegenüber liegen, möglich, den Abstand zwischen den Bohrungen zu reduzieren.
In einem anderen Beispiel einer Form, die für das Verfahren dieser Ausführungsform verwendet werden kann, haben das Referenzinnendurchmessergebiet Db und das Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da, die in der Innenumfangsoberfläche 31s der Form gebildet sind, keinen Schritt dazwischen, sondern können beispielsweise eine Wellengestalt haben, mit der der Innendurchmesser kontinuierlich variiert, wie in 10 gezeigt.
In noch einem anderen Beispiel einer Form, die für das Verfahren dieser Ausführungsform verwendet werden kann, kann die Innenumfangsoberfläche 31s der Form Referenzinnendurchmessergebiete Db und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete Da in einer Richtung orthogonal zur Achse haben, wie in 11 gezeigt. Eine solche Gestalt mit Gräben in der axialen Richtung macht es einfach, ein geformtes Teil aus der Form herauszuziehen, und macht somit die Herstellung des Einsetzelements einfacher. In dem Fall, wo mehrere geformte Einsetzelement nahe zueinander gebracht werden (in einer Linie nahe zueinander gebracht werden), macht es die Anordnung, in der die Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich einander gegenüber liegen, möglich, die Einsetzelemente einander nahe zu bringen, während die Dicke von Aluminium beibehalten wird, und dies verringert den Abstand zwischen den Bohrungen, während gleichzeitig das Einfüllen von Aluminium gewährleistet wird.
Zum Formen des Einsetzelements, umfassend Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich und Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich, ist es bevorzugt, eine Form zu verwenden, die teilweise Referenzinnendurchmessergebiete umfasst, in denen der Innendurchmesser relativ klein ist, und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete, in denen der Innendurchmesser relativ groß ist auf der Innenumfangsoberfläche der Form, und ein Zentrifugalgiessverfahren zu verwenden, bei dem geschmolzenes Metall durch Zentrifugalkräfte einfließt, während sich die Form dreht. In einem anderen Formverfahren wird ein Einsetzelement mit vorstehenden Bereichen auf der Außenumfangsoberfläche unter Verwendung einer Form mit einem konstanten Innendurchmesser hergestellt, und dann wird die Höhe der vorstehenden Bereiche durch Schneiden klein gemacht, so dass die Adhäsionskraft und die thermische Leitfähigkeit in beliebigen Gebieten geändert werden können. Allerdings ist dieses Verfahren nicht bevorzugt, da das Verfahren zusätzliche Prozesse beinhaltet, die zum Schneiden erforderlich sind, und somit die Produktionskosten hoch sind. Man beachte, dass die Oberflächen der Form, die zum Formen des Einsetzelements verwendet wird, beispielsweise maschinell bearbeitete Oberflächen sein können, die annähernd flach sind.
Unter Verwendung eines schematischen Prozessflussdiagramms in 12 wird nachfolgend ein Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform im Detail beschrieben werden. Zuerst wird, wie in 12A gezeigt, ein Formbeschichtungsmittel 32 in einem Behälter 36 hergestellt. Das Formbeschichtungsmittel enthält wenigstens feuerfestes Material, Binder, und Lösungsmittel. Das Formbeschichtungsmittel kann in einigen Fällen Zuschläge enthalten.
Als das feuerfeste Material wird Diatomitpulver bevorzugt, insbesondere zum Zweck der Vermeidung einer Weißverfestigung von geschmolzene Metall und zur Sicherstellung einer ausreichenden Formablösbarkeit zusätzlich zum Schutz der Formoberfläche. Die Untergrenze der Menge des zu mischenden feuerfesten Materials ist vorzugweise 2 Massenprozent oder mehr, und weiter bevorzugt 8 Massenprozent oder mehr von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Die Obergrenze ist vorzugweise 40 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 27 Massenprozent oder weniger, und noch weiter bevorzugt 15 Massenprozent oder weniger von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels.
Beispiele für den Binder umfassen Bentonit, Montmorillonit, Kaolinit, Sepiolit, Attapulgit und feuerfesten Ton. Insbesondere Bentonit ist bevorzugt, da Bentonit Lösungsmittel absorbiert und aufquillt, so dass wenn Bentonit mit Lösungsmittel zusammen mit feuerfesten Material und Zuschlägen gemischt wird, Bentonit eine Viskosität haben kann, die die Separation unterdrückt und ein Anhaften des Formbeschichtungsmittels an der Oberfläche der Form erlaubt. Die Untergrenze der Menge des Binders zum Mischen ist vorzugsweise 2 Massenprozent oder mehr, weiter bevorzugt 5 Massenprozent oder mehr, und noch weiter bevorzugt 8 Massenprozent oder mehr von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Die Obergrenze ist vorzugweise 20 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 12 Massenprozent oder weniger, und noch weiter bevorzugt 10 Massenprozent oder weniger von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Wenn die Menge des Binders weniger als 2 Massenprozent ist, tritt wahrscheinlich eine Separation von dem feuerfesten Material auf, und die Stärke der Formbeschichtungsschicht kann in einigen Fällen ungenügend sein. Wenn die Menge des Binders 20 Massenprozent übersteigt, kann die Schlämmeviskosität des Formbeschichtungsmittels zu hoch sein, was die Beschichtung erschweren kann.
Das Lösungsmittel kann Wasser sein. Die Untergrenze der Menge des Lösungsmittels zum Mischen ist vorzugsweise 60 Massenprozent oder mehr von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Die Obergrenze ist vorzugweise 85 Massenprozent oder weniger von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Das Formbeschichtungsmittel kann ferner ein organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt höher als jener von Wasser enthalten, wie zum Beispiel Butanol, neben den oben beschriebenen Materialien. In diesem Fall kann ein solches organisches Lösungsmittel mit zu verwendendem Wasser gemischt werden.
Das Formbeschichtungsmittel kann auch neben den oben beschriebenen Materialien Zuschläge enthalten. Als Zuschläge können Mineralpulver oder künstlicher Keramiksand verwendet werden, gebildet aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, beispielsweise Mullit und Cerabeats, und Gusssand wie zum Beispiel Zirkonsand, Chromitsand, Silicasand, Olivinsand und Spinellsand. Insbesondere Mullit und Cerabeats sind bevorzugt, da sie spezifische Dichten haben, die klein genug sind, um eine Separation von dem feuerfesten Material und dem Binder zu verhindern, und sie das Lösungsmittel nicht absorbieren und eine Kontraktion der Formbeschichtungsschicht zur Erhöhung der Zahl von Rissen in der Formbeschichtungsschicht erleichtern, wenn die Formbeschichtungsschicht getrocknet wird und aushärtet. Die Untergrenze der Menge der Zuschläge zum Mischen ist vorzugweise 1.0 Massenprozent oder mehr, weiter bevorzugt 1.5 Massenprozent oder mehr, und noch weiter bevorzugt 3.0 Massenprozent oder mehr von der Gesamtmasse des Formbeschichtungsmittels. Die Obergrenze ist nicht besonders begrenzt, aber ist vorzugsweise 25 Massenprozent oder weniger, und weiter bevorzugt 10 Massenprozent oder weniger.
Das Formbeschichtungsmittel kann in Form einer Schlämme hergestellt werden durch Mischen wenigstens des feuerfesten Materials, des Binders und des Lösungsmittels, und durch weiteres Einmischen der Zuschläge in einigen Fällen.
Als nächstes wird, wie in 12B gezeigt, das Formbeschichtungsmittel 32 auf die Innenumfangsoberfläche 31s einer Form 31 aufgebracht, auf die geschmolzenes Metall zu gießen ist. In diesem Schritt des Aufbringen des Formbeschichtungsmittels wird das Formbeschichtungsmittel 32 auf die Innenumfangsoberfläche 31s der Form unter Verwendung einer Düse 41 aufgebracht, während sich die zylindrische Form 31 in einer konstanten Richtung 40 dreht. Es ist bevorzugt, dass das Formbeschichtungsmittel gleichmäßig auf die gesamte Innenumfangsoberfläche des Zylinders aufgebracht wird, indem die Düse 41 in einer Längsrichtung 42 des Zylinders bei einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, während ein konstanter Abstand von der Innenumfangsoberfläche 31s der Form beibehalten wird. Im Fall der Verwendung einer zylindrischen Form ist es bevorzugt, dass die Form beispielsweise in einem Zustand gedreht wird, in der der Zylinder horizontal rollt. Es ist bevorzugt, die Zentrifugalbeschleunigung der Form während der Drehung auf 4 G bis einschließlich 40 G einzustellen.
Es ist bevorzugt, dass die Innenumfangsoberfläche 31s der Form auf eine Temperatur erwärmt wird, die keinen plötzlichen Temperaturanstieg in dem Formbeschichtungsmittel zum Zeitpunkt des Aufbringens des Formbeschichtungsmittels auf die Form bewirkt. Die Heiztemperatur ist vorzugsweise 110 bis 210°C, und weiter bevorzugt 120 bis 180°C.
Dann wird, wie in 12C gezeigt, das aufgebrachte Formbeschichtungsmittel getrocknet, um eine Formbeschichtungsschicht 32s zu bilden, die Gebiete umfasst, in denen die Breiten und Tiefe von Rissen teilweise verschieden sind. In dem Schritt des Bildens der Formbeschichtungsschicht ist es bevorzugt, dass die Form 31 in der konstanten Richtung 40 gedreht wird, bis das Formbeschichtungsmittel getrocknet ist.
Das Formbeschichtungsmittel kann getrocknet werden, während die Form nach der Aufbringung gedreht wird. Das Formbeschichtungsmittel kann durch Wärme von der Form getrocknet und ausgehärtet werden, die geheizt worden ist, oder Wärme von der Form, die weiter geheizt wird. Es ist bevorzugt, dass die Drehhaltezeit 0,25 bis 3 Minuten beträgt. Alternativ kann die für das Trocknen und Aushärten des Formbeschichtungsmittels erforderliche Zeit gekürzt werden, indem die Form von der Innenseite oder der Außenseite der Form wie benötigt geheizt wird, nachdem die Drehung der Form gestoppt ist.
Wenn das Formbeschichtungsmittel getrocknet wird, indem nach der Aufbringung weiter geheizt wird, wird das Heizen vorzugsweise bei einer Temperatur größer oder gleich der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels und kleiner oder gleich der Temperatur durchgeführt, die um 110°C höher als die Verdampfungstemperatur ist. Dies unterdrückt einen plötzlichen Temperaturanstieg des Lösungsmittels von innerhalb des Formbeschichtungsmittels, und unterdrückt auch eine exzessive Erzeugung von Luftblasen (Wasserdampf), und somit kann in diesem Zustand die Formbeschichtungsschicht mit Rissen in gewünschten Gestaltungen gebildet werden. Die Untergrenze der Heiztemperatur ist vorzugsweise die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels oder höher, weiter bevorzugt die Temperatur, die um 10°C höher ist als die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels, und noch weiter bevorzugt die Temperatur, die um 20°C höher ist als die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels. Die Obergrenze der Heiztemperatur ist vorzugsweise die Temperatur, die um 110°C höher ist als die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels, und weiter bevorzugt die Temperatur, die um 80°C höher ist als die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels.
Die Dicke der Formbeschichtungsschicht, nachdem sie getrocknet ist, ist nicht speziell beschränkt, aber ihre durchschnittliche Dicke ist vorzugsweise 0.1 mm bis 5.0 mm, und weiter bevorzugt 0.5 mm bis 2.0 mm.
Hier wird mit Bezug zu 13 ein Bildungsmechanismus der Formbeschichtungsschicht beschrieben werden. Wie beispielsweise in 13A gezeigt ist, ist die Oberfläche des Formbeschichtungsmittels 32 annähernd flach gebildet, obwohl es eine Höhendifferenz auf der Innenumfangsoberfläche 31s der Form 31 aufgrund einer Stufe oder dergleichen gibt. Dann verdampft ein Teil einer volatilen Komponente 33 von dem Formbeschichtungsmittel 32 auf der Innenumfangsoberfläche 31s der geheizten Form 31. 13B zeigt einen anfänglichen Zustand der Formbeschichtungsschicht 32s während des Trocknens und Aushärtens. In dieser Phase verdampft eine große Menge der volatilen Komponente 33 von der Formbeschichtungsschicht 32s, und eine Kontraktion 34 beginnt in zufälligen Intervallen in der Oberfläche der Formbeschichtungsschicht 32s aufzutreten, wodurch Risse 35i erzeugt werden. Da hierbei die Menge der volatilen Komponente 33 unterschiedlich ist aufgrund der Differenz in der Dicke der Formbeschichtungsschicht 32s, ist auch die Menge an Kontraktion 34 unterschiedlich. Eine größere Menge von Kontraktion tritt auf, wo die Formbeschichtungsschicht 32s dicker ist, und somit sind die Risse 35i dort breiter und tiefer. Wenn folglich die Trocknung voranschreitet werden die Risse relativ eng und flach in der Formbeschichtungsschicht in dem Referenzinnendurchmessergebiet Db, und die Risse werden relativ breit und tief in der Formbeschichtungsschicht in dem Nichtreferenzinnendurchmessergebiet Da.
13C zeigt einen Endzustand während der Trocknung und Aushärtung. Die Kontraktion 34 der Formbeschichtungsschicht 32s schreitet weiter voran, und Risse 35m, die sich in Richtung der Oberfläche der Form 31 erstrecken, treten von der Oberfläche der Formbeschichtungsschicht 32s aus auf. Als Folge werden die Querschnitte der Lücken in der Dickenrichtung der Formbeschichtungsschicht keilförmig. In diesem Zustand wird die Differenz in der Breite und Tiefe der Risse aufgrund der Differenz in der Dicke der Formbeschichtungsschicht 32s auffällig, und es bilden sich ein Niederrissgebiet Eb mit Rissen 35mb, die relativ eng und flach sind, und ein Hochrissgebiet Ea mit Rissen 35ma, die relativ breit und tief sind. In diesem Risszustand ist die Formbeschichtungsschicht 32s vollständig getrocknet und ausgehärtet.
Im Fall der Verwendung einer Form wie in 9 gezeigt, die Referenzinnendurchmessergebiete und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete in der axialen Richtung umfasst, und einer Form wie in 10 gezeigt, die keine Stufen zwischen Referenzinnendurchmessergebieten und Nichtreferenzinnendurchmessergebieten hat, und deren Innendurchmesser sich beispielsweise kontinuierlich ändert, was eine Wellengestalt bildet, ist es bevorzugt, Risse 35ma und Risse 35mb in beiden Gebieten derart anzupassen, dass diese Risse in diesem Endzustand während des Trocknens und Aushärtens die Innenumfangsoberfläche 31s der Form nicht erreichen. Insbesondere ist es bevorzugt, die Tiefe der Risse derart zu steuern, dass die breiten und tiefen Risse 35ma nicht tiefer werden als der Referenzinnendurchmesser D der Form 31. Wenn bei dieser Konfiguration das Einsetzelement nach dem Formen aus der Form 31 herausgezogen wird, ist es möglich, das Einsetzelement sanft herauszuziehen, ohne eine Beschädigung des Gebiets mit hoch vorstehendem Bereich, gebildet durch die Risse 35ma in dem Hochrissgebiet Ea durch die Innenumfangsoberfläche 31s der Form 31, und dies macht es leichter, das Einsetzelement mit einer gewünschten Struktur zu formen.
Andererseits wird im Fall der Verwendung einer Form wie in 11 gezeigt, die Referenzinnendurchmessergebiete und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete in einer Richtung orthogonal zur Achse umfasst, das Einsetzelement aus der Form 31 nach dem Formen in der axialen Richtung herausgezogen. Obwohl Risse 35ma und 35mb die Innenumfangsoberfläche 31s der Form erreichen, und die Risse 35ma tiefer werden als der Referenzinnendurchmesser D der Form 31 in diesem Endzustand während des Trocknens und Aushärtens, kann das Einsetzelement somit sanft herausgezogen werden, ohne die vorstehenden Bereiche in Gebieten mit hoch vorstehendem Bereich und Gebieten mit niedrig vorstehendem Bereich, gebildet durch die Risse 35ma und 35mb, zu beschädigen. Dies macht es einfacher, das Einsetzelement mit einer gewünschten Struktur zu formen.
13D zeigt einen Zustand, in dem das Trocknen und Aushärten weiter fortgeschritten ist als der Zustand in 13C. In der Formbeschichtungsschicht 32s treten tiefere Risse 35f auf. In dem Niederrissgebiet Eb treten Risse 35fb auf, die durch die Formbeschichtungsschicht hindurch gelangt sind und die Innenumfangsoberfläche 31s der Form erreicht haben; und im Hochrissgebiet Ea treten Risse 35fa auf, die tiefer sind als der Referenzinnendurchmesser D.
Wenn im Fall der Verwendung einer Form wie in 9 gezeigt, die Referenzinnendurchmessergebiete und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete in der axialen Richtung umfasst, oder einer Form wie in 10 gezeigt, die keine Stufen zwischen Referenzinnendurchmessergebieten und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete hat und deren Innendurchmesser sich beispielsweise kontinuierlich ändert, was eine wellenartige Gestalt bildet, die Risse 35fb die Innerumfangsoberfläche 31s der Form erreichen, oder die Risse 35fa auftreten, die tiefer sind als der Referenzinnendurchmesser D, und zwar in diesem Zustand, in dem das Trocknen und Aushärten fortgeschritten ist, und wenn das Einsetzelement nach dem Formen aus der Form 31 herausgezogen wird, ist es schwierig, die Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich, gebildet durch die Risse 35fa, herauszuziehen. Daher ist es im Fall der Verwendung einer Form mit Referenzinnendurchmessergebieten und Nichtreferenzinnendurchmessergebieten in der axialen Richtung bevorzugt, die Höhe von vorstehenden Bereichen in den Gebieten mit hoch vorstehendem Bereich und den Gebieten mit niedrig vorstehendem Bereich derart zu steuern, dass das Einsetzelement keine vorstehenden Bereiche mit verengten Bereichen wie in 7 und 8 gezeigt hat, obwohl das Einsetzelement geneigte vorstehende Bereiche haben kann, wie in 6 gezeigt.
Wenn andererseits im Fall der Verwendung einer Form wie in 11 gezeigt, die Referenzinnendurchmessergebiete und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete in einer Richtung orthogonal zur Achse umfasst, die Risse 35fa, die tiefer sind als der Referenzinnendurchmesser D, im Hochrissgebiet Ea auftreten, oder wenn die Risse 35fb im Niederrissgebiet Eb die Innenumfangsoberfläche 31s der Form erreichen, und zwar in diesem Zustand, in dem das Trocknen und Aushärten fortgeschritten ist, verursacht dies kein Problem. Dies liegt daran, dass das Einsetzelement nach dem Formen in der axialen Richtung aus der Form 31 herausgezogen wird, und es somit sanft herausgezogen werden kann. Die Risse 35fb, die wie oben beschrieben die Innenumfangsoberfläche 31s erreicht haben, breiten sich wegen der Kontraktion der Formbeschichtungsschicht weiter entlang der Oberfläche der Form aus. Das Gebiet mit vorstehendem Bereich, gebildet durch die somit erhaltenen Risse, umfasst vorstehende Bereiche mit verengten Bereichen, wie in den 7 und 8 gezeigt. In anderen Worten, im Fall der Verwendung einer Form, die Referenzinnendurchmessergebiete und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete in einer Richtung orthogonal zur Achse umfasst, kann das Einsetzelement vorstehende Bereiche mit verengten Bereichen, wie in den 7 und 8 gezeigt, zusätzlich zu geneigten vorstehenden Bereichen wie in 6 gezeigt umfassen.
Zurückkehrend zum Verfahren zur Herstellung des Einsetzelements wie in 12D gezeigt, wird geschmolzenes Metall 43 aus Gusseisen in die Form 31 von oberhalb der Formbeschichtungsschicht 32s gegossen, und ein Zentrifugalguss wird durchgeführt, während die Form 31 in einer konstanten Richtung 40 gedreht wird. In diesem Gussschritt kann das geschmolzene Metall in die Innenseite des Zylinders gegossen werden, indem ein Zufuhrmittel für flüssiges Metall wie zum Beispiel eine Düse verwendet wird, während die Form gedreht wird, wie in 12B. Bei der Drehung der Form ist die Zentrifugalbeschleunigung der Form vorzugsweise auf 100 G bis einschließlich 120 G eingestellt. Beim Drehen der Form bewirkt die Zentrifugalkraft, dass das geschmolzene Metall auch in die Risse in der Formbeschichtungsschicht hineinfließt. Somit können auf der Oberfläche des Einsetzelements gewünschte lineare Vorsprungsstrukturen gebildet werden. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Temperatur ist, bei der zu verwendendes Gusseisen, Metall, Legierung oder dergleichen schmilzt. Im Fall von Gusseisen ist die Temperatur des geschmolzenen Metalls vorzugsweise 1380 bis 1450°C. Die Temperatur der Form zum Zeitpunkt, wenn das geschmolzene Metall in die Form hinein gegossen wird, ist vorzugweise 100 bis 300°C.
Dann wird, wie in 12E gezeigt, das geschmolzene Metall von Gusseisen ausgehärtet. In diesem Aushärtungsschritt wird das geschmolzene Metall 43 von Gusseisen von der Außenseite der Form 31 gekühlt und ausgehärtet, um ein geformtes Teil 44 in der Gestalt des Einsetzelements zu erhalten. Nach dem Guss durch Gießen des geschmolzenen Metalls in die Form kann das geschmolzene Metall beispielsweise während 0.25 bis 1 Minute bei einer natürlichen Kühlung und Aushärtung gehalten werden. Alternativ kann das geschmolzene Metall beispielsweise durch natürliches Kühlen des geformten Teils von einer eutektischen Aushärtungsendtemperatur zu einer Temperatur ausgehärtet werden, die um 100°C niedriger ist als die eutektische Aushärtungsendtemperatur. Es ist bevorzugt, das geschmolzene Metall auszuhärten, bevor die Drehung der Form gestoppt wird. Um eine Fällung von Ferrit in der Metallverbindung des geformten Teils 44 zu vermeiden, kann beispielsweise die Außenseite der Form wassergekühlt werden, während die Form bei der eutektischen Umwandlungsendtemperatur (Ar1-Umwandlung) gedreht wird, beispielsweise eine Temperatur bis zu ungefähr 730°C abhängig von der Masse oder Dicke des Einsetzelements. Das geformte Teil in der Gestalt des Einsetzelements wird durch Aushärten und Kühlen des geschmolzenen Metalls wie oben beschrieben erhalten.
Als nächstes, wie in 12F gezeigt, wird das geformte Teil 44 in der Gestalt des Einsetzelements aus der Form 31 herausgenommen. Das Verfahren zum Herausnehmen des geformten Teils aus der Form ist nicht besonders beschränkt, sondern wird gemäß der Gestalt der Form ausgewählt. Beispielsweise kann im Fall einer zylindrischen Form das geformte Teil 44 aus der Form 31 herausgenommen werden, indem man eine Spannvorrichtung mit Krallen, die sich nach außen öffnen, an einem Ende der Innenumfangsoberfläche des geformten Teils 44 anbringt und das andere Ende der Spannvorrichtung in der Pfeilrichtung 45 in der Figur mit einem hydraulischen Zylinder oder dergleichen zieht.
Dann wird, wie in 12G gezeigt, die Formbeschichtungsschicht 32s von dem aus der Form 31 herausgenommenen geformten Teil 44 entfernt. Die Formbeschichtungsschicht kann an der Oberfläche des aus der Form herausgenommenen geformten Teils anhaften. Das Verfahren zum Entfernen der Formbeschichtungsschicht von dem geformten Teil ist nicht besonders beschränkt. Beispiele des Verfahrens umfassen Kugelsandstrahlreinigung, Wasserstrahlreinigung und Trockeneisreinigung. Beispielsweise kann die Formbeschichtungsschicht 32s von dem geformten Teil 44 entfernt werden, indem Sandmedien 47 auf die Formbeschichtungsschicht 32s auf der Oberfläche des geformten Teils 44 geschossen werden, während der geformte Körper 44 in der Pfeilrichtung 46 bewegt wird. Im Fall der Kugelsandstrahlreinigung kann ein Keramikpulver mit Korngrößen von #240 bis #8000 und einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0.5 bis 60 µm als Sandmedium verwendet werden, und der Schießdruck ist vorzugweise 0.1 bis 0.4 MPa. Im Fall der Wasserstrahlreinigung ist der Schießdruck vorzugweise 0.1 bis 0.4 MPa.
12H zeigt ein Einsetzelement 48, nachdem die Formbeschichtungsschicht von dem geformten Teil entfernt ist. Die Formbeschichtungsschicht ist von dem geformten Teil entfernt, um ein Einsetzelement 48 zu erhalten, das netzartige vorstehende Bereiche auf der Oberfläche 48s hat.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich und Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich bei einem einzelnen Einsetzelement zu bilden, die netzartige vorstehende Bereiche sind und verschiedene Höhen von vorstehenden Bereichen der linearen Bereiche auf der Oberfläche haben, mit der Gussmetall verbunden werden soll, und diese können durch herkömmliche Produktionsverfahren nicht gebildet werden. Das Einsetzelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch auf Elemente, ausgenommen Gleitteile, mit hoher Festigkeit und exzellenter Wärmeübertragung, Wärmeableitung und thermischer Leitfähigkeit anwendbar, beispielsweise ein Einsetzelement in einem Teil, auf das ein Drehmoment einwirkt, wie zum Beispiel eine Aluminiumbremstrommel, eine druckgegossene Aluminiumradnabe für Motorräder und ein Lagerzapfen in einem Antriebsstrangsystem.
Das obige Herstellungsverfahren ist bevorzugt zum Bilden der kontinuierlichen linearen Vorsprungsstrukturen, die teilweise Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich und Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich auf der Oberfläche des Einsetzelementes umfassen, mit der Gussmetall verbunden werden soll. Ein Teil der Oberfläche des Einsetzelements, mit der Gussmetall verbunden werden soll, kann einem Schleifen oder Schneiden unterzogen werden.
Das derart erhaltene Einsetzelement kann beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens eingesetzt werden. Die Injektionsbedingungen sind nicht besonders beschränkt, aber beispielsweise für ADC12, ADC10 oder ADC3 kann geschmolzenes Metall bei 620 bis 670°C gegossen werden, und der Formvorgang kann mit einem Injektionsdruck von 50 bis 100 MPa bei einer Injektionsgeschwindigkeit von 1.5 bis 4.0 m/Sekunde durchgeführt werden. Das Einsetzelement kann wie oben erhalten werden.
[Beispiel]
(Herstellung des Einsetzelements)
<Testbeispiel 1>
Ein Formbeschichtungsmittels wurde mit einem Mischverhältnis von 15 Massenprozent Diatomit, 10 Massenprozent Bentonit und 75 Massenprozent Wasser hergestellt, und die Mischung wurde durch einen Leistungsmischer gerührt (hergestellt durch RYOBI LIMITED).
Für die Form für ein Einsetzelement wurde eine zylindrische Form wie in 9 gezeigt verwendet, die Gebiete mit verschiedenen Innendurchmessern in der axialen Richtung umfasst, und die Referenzinnendurchmessergebiete mit einem Referenzinnendurchmesser von ungefähr 79 mm und Nichtreferenzinnendurchmessergebiete mit einem Innendurchmesser von ungefähr 80 mm hat, und die Temperatur der Innenumfangsoberfläche der zylindrischen Form war auf 160°C eingestellt. Diese Temperatur kann mit einem Kontaktthermometer oder einem Strahlungsthermometer gemessen werden. Eine Formbeschichtungsschicht wurde gebildet durch Aufbringen des Formbeschichtungsmittels auf die Innenumfangsoberfläche der Form mit einer Düse, während die Form mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 4 bis 10 G mit dem lateral eingestellten zylindrischen Bereich (Längsrichtung des Zylinders) gedreht wurde. Die Drehung der Form wurde ungefähr eine Minute nach der Aufbringung beibehalten, um eine Formbeschichtungsschicht auf der Innenumfangsoberfläche der Form zu bilden. Die somit erhaltene Formbeschichtungsschicht hatte auf der Oberfläche eine Gestalt, die teilweise Gebiete mit Rissen mit verschiedenen Breiten und Tiefen umfasst, und die durchschnittliche Dicke der Schicht ist ungefähr 1 mm. Die Dicke der Schicht wurde bestimmt durch Messen der Oberfläche der Formbeschichtungsschicht an 10 Punkten mit einer Messsonde (Fe-2 LwA), die mit einem elektromagnetischen Filmdickenmesser verbunden ist (Modell Nr. SWT-8000II, hergestellt durch Sanko Electronic Laboratory Co., Ltd.) und anschließendes Berechnen des Durchschnitts aus den Messwerten.
Als nächstes wurde geschmolzenes Metall in die Form gegossen, die die Formbeschichtungsschicht an ihrer Innenumfangsoberfläche gebildet hatte, um das Einsetzelement zu gießen. Als geschmolzenes Metall wurde Gusseisen, geschmolzen bei 1420°C, verwendet. Das geschmolzene Metall wurde in die Form in einem Zustand gegossen, in dem die Temperatur der Innenumfangsoberfläche der Form 160°C war und die Form mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 120 G gedreht wurde. Nachdem das geschmolzene Metall in die Form gegossen war, wurde die Drehung der Form während 0.5 Minuten beibehalten. Dann wurde die Form auf 730°C oder weniger mit kaltem Wasser von der Außenumfangsoberfläche der Form aus gekühlt, während die Drehung der Form beibehalten wurde. Somit wurde das geschmolzene Metall ausgehärtet und gekühlt, um ein geformtes Teil als das Einsetzelement zu erhalten.
Nachdem das geschmolzene Metall ausgehärtet und gekühlt war, wurde die Drehung der Form gestoppt. Dann wurde eine Spannvorrichtung mit nach außen offenen Krallen an einem Endbereich der Innenumfangsoberfläche des geformten Teils angebracht, und das geformte Teil wurde aus der Form herausgezogen, in dem die Spannvorrichtung in einer Richtung entgegengesetzt von der Form bewegt wurde, wobei das andere Ende der Spannvorrichtung mit einem hydraulischen Zylinder verbunden war. Danach wurden Strahlmedien auf die Außenumfangsoberfläche des somit herausgezogen geformten Teils geschossen, um die Formbeschichtungsschicht von dem geformten Teil zu entfernen. Die geschossenen Strahlmedien waren Keramikpulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 23 µm und einem Schießdruck von 0.3 MPa. Auf diese Weise wurde die Formbeschichtungsschicht entfernt, um eine längliche zylindrische Vorform für das Einsetzelement mit einem Innendurchmesser von 64 mm und einer Dicke von 7.5 mm zu erhalten. Ferner wurde die Vorform des Einsetzelements in eine spezifische Länge geschnitten, und auch die Innenumfangsoberfläche wurde maschinenbearbeitet durch eine Drehbearbeitung unter Verwendung des Außendurchmessers als Referenz, um das Einsetzelement mit einer Länge von 124 mm und einer Dicke von 4.5 mm zu erhalten. Die Dicke des Einsetzelements ist die Summe der Dicke des Einsetzelements von der Innenumfangsoberfläche zu der flachen Oberfläche der Außenumfangsoberfläche und der Höhe der netzartigen vorstehenden Bereiche in Gebieten mit hoch vorstehendem Bereich. Die Dicke jeder Endoberfläche wurde mit einer Schublehre an 5 Punkten gemessen, und der Durchschnitt dieser Werte wurde berechnet. Tabelle 1 zeigt das beobachtete Gebiet mit vorstehenden Bereichen, das Mischverhältnis des Formbeschichtungsmittels zum Erhalten des Einsetzelements, die Formtemperatur, die Dicke des Einsetzelements, und die durchschnittliche Höhe von vorstehenden Bereichen sowohl im Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich als auch im Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich.

[Tabelle 1]

	Beobachtetes Gebiet mit vorstehenden Bereichen	Mischverhältnis von Formbeschichtungsmittel / Masseprozent					Form temperatur /°C	Dicke des Einsetzelements /mm	Durchschnittliche Höhe von vorstehenden Bereichen/mm
	Beobachtetes Gebiet mit vorstehenden Bereichen	Diatomit	Mullit	Cerabeads	Bentonit	Wasser	Form temperatur /°C	Dicke des Einsetzelements /mm	Durchschnittliche Höhe von vorstehenden Bereichen/mm
Testbeispiel 1	Hoch vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.900
Testbeispiel 2	Hoch vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.900
Testbeispiel 3	Hoch vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.800
Testbeispiel 4	Hoch vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.900
Testbeispiel 5	Niedrig vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.575
Testbeispiel 6	Niedrig vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.575
Testbeispiel 7	Niedrig vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.574
Testbeispiel 8	Niedrig vorstehender Bereich	15	0	0	10	75	160	4.5	0.572

Testbeispiele 2 bis 8
Die Einsetzelemente wurden in der gleichen Weise wie das Testbeispiel 1 erhalten, außer dass das Mischverhältnis des Formbeschichtungsmittels, die Formtemperatur, die Dicke des Einsetzelements, und die durchschnittlichen Höhen der vorstehenden Bereiche der Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich und der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt wurden.
Herstellung des Einsetzelements
Annähernd zylindrische Einsetzelemente wurden durch ein Druckgussverfahren hergestellt, und jedes der Einsetzelement der Testbeispiele 1 bis 8 wurde durch Einsetzgießen in Aluminium eingesetzt, so dass das Aluminium mit der Außenumfangsoberfläche jedes Einsetzelements verbunden wurde. ADC12 wurde als Aluminium verwendet, geschmolzenes Metall wurde bei 650°C gegossen, und der Guss wurde mit einem Injektionsdruck von 65 MPa bei einer Injektionsgeschwindigkeit von 2.0 m/Sekunde durchgeführt. Aluminium von der Außenumfangsoberfläche des somit erhaltenen Einsetzelements wurde maschinell bearbeitet durch eine Drehbearbeitung, bis der Außenseitendurchmesser 81 mm erreichte, unter Verwendung der Innenumfangsoberfläche als Referenz, und dann wurde die Innenumfangsoberfläche des Einsetzelements maschinell bearbeitet durch eine Drehbearbeitung, bis der Innenseitendurchmesser 73 mm erreichte, unter Verwendung der Außenumfangsoberfläche als Referenz, so dass die Dicke des Einsetzelements 4 mm war.
Abschätzung der thermischen Leitfähigkeit für das Einsetzelement
Teststücke wurden hergestellt durch Ausschneiden von kreisförmigen Platten von den Einsetzelementen der Testbeispiele 1 bis 8 mit einem Durchmesser in Übereinstimmung mit einem Testgerät. Die Teststücke wurden derart hergestellt, dass das Einsetzelement und das umgebende Gussaluminium die gleiche Dicke hatten, mit der Grenzfläche zwischen diesen zwei als Zentrum. Als ein thermischer Leitfähigkeitstest wurde eine spezifische Wärme und eine thermische Diffusion gemessen durch Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Gusseisenoberfläche des Teststücks in der Atmosphäre bei Raumtemperatur (25°C) unter Verwendung eines Laserblitzverfahrens (LF-Verfahren) mit einem thermisch konstanten Messsystem (TC-7000, hergestellt durch ULVAC-RIKO, Inc.), und eine thermische Leitfähigkeit wurde durch die folgende Formel (1) berechnet: $λ = Cp \times α \times ρ$
wobei λ eine thermische Leitfähigkeit ist, Cp eine spezifische Wärme ist, α eine thermische Diffusion ist, und p die Raumtemperaturdichte ist. Die Raumtemperaturdichte wurde berechnet unter Verwendung der Abmessungen und des Gewichts des Teststücks, wie in der Atmosphäre bei Raumtemperatur (25°C) gemessen. Tabelle 2 zeigt die thermische Leitfähigkeit, wenn geschmolzenes Aluminium eingefüllt wurde.
Abschätzung der Adhäsionskraft für das Einsetzelement
Acht quadratische Teststücke, jedes mit einer Adhäsionsfläche von 300 bis 500 mm², wurden aus den Einzelelementen der Testbeispiele 1 bis 8 ausgeschnitten. Zugvorrichtungen wurden an der aluminiumseitigen Oberfläche und der gusseisenseitigen Oberfläche des Teststücks mit einem thermisch aushärtenden Epoxidhaftmittel befestigt, und dann wurde ein vertikaler Peelingtest durchgeführt unter Verwendung des Präzisionsuniversaltesters (AG-100kN Xplus, hergestellt durch Shimadzu Co., Ltd.). Ein Wert, erhalten durch Dividieren der maximalen Last zu dem Zeitpunkt, wenn das Einsetzelement und das Aluminium voneinander separiert wurden, durch die Haftfläche des Teststücks vor dem Test, wurde als die Adhäsionsstärke definiert. Tabelle zeigt die Adhäsionsstärke an Aluminium, wenn geschmolzenes Aluminium eingefüllt wurde.

[Tabelle 2]

	Beobachtetes Gebiet mit vorstehendem Bereich	Adhäsionskraft /mpa	Thermische Leitfähigkeit /W/m×k
Testbeispiel 1	Hoch vorstehender Bereich	31.2	33.2
Testbeispiel 2	Hoch vorstehender Bereich	11.9	67.5
Testbeispiel 3	Hoch vorstehender Bereich	21.5	50.9
Testbeispiel 4	Hoch vorstehender Bereich	21.9	37.3
Testbeispiel 5	Niedrig vorstehender Bereich	5.0	16.9
Testbeispiel 6	Niedrig vorstehender Bereich	4.5	18.8
Testbeispiel 7	Niedrig vorstehender Bereich	2.9	20.6
Testbeispiel 8	Niedrig vorstehender Bereich	4.0	18.0

Es wurde bestätigt, dass in dem Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich, da die vorstehenden Bereiche relativ hoch waren, die Adhäsion und die thermische Leitfähigkeit verbessert waren. Es wurde bestätigt, dass in dem Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich, da die vorstehenden Bereiche relativ niedrig sind, die thermische Leitfähigkeit niedrig ist. Wie oben beschrieben führt das Bilden der Gebiete mit hoch vorstehendem Bereich wie in den Testbeispielen 1 bis 4 gezeigt, und der Gebiete mit niedrig vorstehendem Bereich wie in den Testbeispiele 5 bis 8 gezeigt in einem einzelnen Einsetzelement zu einem Einsetzelement mit Gebieten mit erheblich verschiedenen Niveaus von Adhäsion und thermischer Leitfähigkeit.
Bezugszeichenliste

1: linearer Bereich
1a, 1b, 1c, 1d, 1e: linearer Bereich
2: konvergierender Bereich
2a, 2b, 2c, 2d: konvergierender Bereich
3: netzartiger vorstehender Bereich
3a: Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich
3b: Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich
6: Bodenoberfläche eines vorstehenden Bereichs (flache Oberfläche)
35i, 35ma, 35mb, 35fa, 35fb: Risse
D: Referenzinnendurchmesser
Da: Nichtreferenzinnendurchmessergebiet
Db: Referenzinnendurchmessergebiet
Ea: Hochrissgebiet
Eb: Niederrissgebiet
La: Länge des linearen Bereichs in longitudinaler Richtung
Lb: Länge des linearen Bereichs in lateraler Richtung (Breite)
h3: Höhe des vorstehenden Bereichs
h9: Dicke des Einsetzelements zu flacher Oberfläche
ha: Höhe von vorstehenden Bereichen in Gebiet mit hoch vorstehendem Bereich
hb: Höhe von vorstehenden Bereichen in Gebiet mit niedrig vorstehendem Bereich
F: flache Oberfläche
Ic: eingeschriebener Kreis

Claims

Einsetzelement, umfassend auf einer Oberfläche, mit der Gussmetall durch Einsetzgießen verbunden werden soll: einen netzartigen vorstehenden Bereich (3); und eine flache Oberfläche (6), wobei der netzartige vorstehende Bereich (3) kontinuierlich auf der Oberfläche des Einsetzelements gebildet ist, der netzartige vorstehende Bereich (3) lineare Bereiche (1) und einen konvergierenden Bereich (2) umfasst, in dem wenigstens zwei der linearen Bereiche (1) ineinander übergehen, wobei der vorstehende Bereich (3) einen vertikalen Wandbereich umfasst, der sich von der flachen Oberfläche (6) aus erstreckt, und wobei der netzartig vorstehende Bereich (3) ein Gebiet (3a) mit hoch vorstehendem Bereich und ein Gebiet (3b) mit niedrig vorstehendem Bereich umfasst.
Einsetzelement nach Anspruch 1, wobei das Einsetzelement eine zylindrische Gestalt hat, und das Einsetzelement das Gebiet (3a) mit hoch vorstehendem Bereich und das Gebiet (3b) mit niedrig vorstehendem Bereich in einer axialen oder Umfangsrichtung dieser zylindrischen Gestalt angeordnet umfasst.
Einsetzelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einsetzelement eine Zylinderbuchse (11) zum Einsetzen in einen Motorzylinderblock durch Einsetzgießen ist, und das Einsetzelement das Gebiet (3a) mit hoch vorstehendem Bereich auf einer Deckoberflächenseite und das Gebiet (3b) mit niedrig vorstehendem Bereich auf einer Kurbelgehäuseseite umfasst.
Einsetzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Differenz zwischen der Höhe des vorstehenden Bereichs (3) in dem Gebiet (3a) mit hoch vorstehendem Bereich und der Höhe des vorstehenden Bereichs (3) in dem Gebiet (3b) mit niedrig vorstehendem Bereich größer oder gleich 0.1 mm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements, umfassend die folgenden Schritte: Aufbringen eines Formbeschichtungsmittels auf eine Oberfläche einer Form (31), auf die geschmolzenes Metall zu gießen ist; Bilden einer Formbeschichtungsschicht in einer Gestalt mit Rissen auf einer Oberfläche der Formbeschichtungsschicht (32s) durch Trocknen des aufgebrachten Formbeschichtungsmittels (32); und Durchführen eines Gusses durch Gießen des geschmolzenen Metalls auf die Formbeschichtungsschicht (32s), während die Form (31) gedreht wird, wobei die Oberfläche der Form (31), auf die das geschmolzene Metall zu gießen ist, Gebiete mit wenigstens zwei verschiedenen Höhen hat, so dass in dem Schritt des Bildens einer Formbeschichtungsschicht eine Formbeschichtungsschicht mit wenigstens zwei unterschiedlichen Dicken gebildet wird, wobei die Formbeschichtungsschicht (32s) ein dickes Gebiet hat, in dem die Formbeschichtungsschicht (32s) relativ dick ist, und ein dünnes Gebiet, in dem die Formbeschichtungsschicht (32s) relativ dünn ist, und wobei die Risse in dem dicken Gebiet relativ breit und tief sind, und die Risse in dem dünnen Gebiet relativ eng und flach sind.
Verfahren zur Herstellung eines Einsetzelements nach Anspruch 5, wobei die breiten und tiefen Risse, die in dem dicken Gebiet der Formbeschichtungsschicht (32s) gebildet sind, derart gesteuert sind, dass sie eine Tiefe haben, die kleiner ist als die Dicke der Formbeschichtungsschicht (32s) in dem dünnen Gebiet.