DE60305691T2

DE60305691T2 - Gusseisernes inneres Glied und Herstrellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60305691T2
Application number: DE60305691T
Authority: DE
Inventors: Haruki HONDA ENG. KABUSHIKI KAISHA Sayama-shi KODAMA; Tomonori HONDA ENG. KABUSHI Sayama-shi FUKUMOTO
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: KR100650352B1; WO2003095129A1; EP1504833B1; EP1504833A1; AU2003235881A1; EP1504833A4; KR20040102227A; CN1310726C; DE60305691D1; US20050161187A1; US7226667B2; CN1652888A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gusseiseneinsatz, über den ein anderes Metall, z.B. Aluminium, gegossen werden soll, und ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Gusseiseneinsatzes.
STAND DER TECHNIK
Zum Beispiel Zylinderblöcke für die Verwendung in Fahrzeugmotoren sind aus einer Aluminiumlegierung gemacht, um leichtere Motoren herzustellen. Die Zylinderblöcke weisen gusseiserne Zylinderbüchsen oder Auskleidungen (Einsätze) auf, um verschleißfeste Innenoberflächen zu liefern, gegen die Kolben zurück und vor gleiten. Bremstrommeln für Fahrzeuge verwenden auch gusseiserne Bremsklötze (Einsätze).
Wenn ein Metall, z.B. eine Aluminiumlegierung, um einen Gusseiseneinsatz herum gegossen werden soll, ist es notwendig, dass der Gusseiseneinsatz und die Aluminiumlegierung in engem Kontakt miteinander gehalten werden und dass die Aluminiumlegierung Oberflächenunregelmäßigkeiten des Gusseiseneinsatzes füllt. Um derartige Anforderungen zu erfüllen, offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nr. 2001-170755 einen Gusseiseneinsatz mit Oberflächenunregelmäßigkeiten, deren Maximalhöhe im Bereich von 65 μm bis zu 260 μm liegt und deren gemittelter Abstand im Bereich von 0,6 mm bis 1,5 mm liegt. JP-R-08 290 255 offenbart eine Zylinderauskleidung oder einen Zylindereinsatz mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen oder Ausnehmungen, die sich längs entlang der Achse der Auskleidung erstrecken.
Gemäß der oben genannten Veröffentlichung wird eine Aluminiumlegierung mittels eines Gussprozesses um die Außenumfangsoberfläche des Gusseiseneinsatz herum gegossen, um ein Produkt zu erhalten, in dem die Aluminiumlegierung die Oberflächenunregelmäßigkeiten der Außenumfangsoberfläche des Gusseiseneinsatzes gut füllt und der Gusseiseneinsatz in sehr engem Kontakt mit der Aluminiumlegierung gehalten wird.
Um die erwünschte Außenoberfläche des Gusseiseneinsatzes zu bilden, wird ein Deckschichtmaterial in der Form einer Suspension verwendet, die eine Mischung von 20 Gewichtsprozent bis 45 Gewichtsprozent Silica mit einem gemittelten Partikeldurchmesser im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm, 10 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent Silicamehl mit einem gemittelten Partikeldurchmesser von 0,1 mm oder weniger, 2 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent eines Bindemittels und 30 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent Wasser enthält.
Nachdem die Innenoberfläche einer erwärmten Gussform mit dem oben genannten Deckschichtmaterial beschichtet wurde, wird das Deckschichtmaterial getrocknet. Wenn das Deckschichtmaterial getrocknet ist, erzeugt das Deckschichtmaterial einen Dampf durch Löcher darin und bildet unzählige winzige Vertiefungen in der Innenoberfläche der Gussform. Wenn das geschmolzene Gusseisen dann in die Gussform eingegossen wird, hat der erzeugte Gusseiseneinsatz eine Außenoberfläche mit Dornen, die den Vertiefungen in der Innenoberfläche der Gussform entsprechen.
Wie in 9 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt, hat ein Gusseiseneinsatz 1 eine Außenoberfläche 3 mit nadelartigen Dornen 2. Wenn eine Aluminiumlegierung 4 um die Außenoberfläche 3 des Gusseiseneinsatzes 1 herum gegossen wird, wird ein Gussprodukt 5 erzeugt. Da die Außenoberfläche 3 des Gusseiseneinsatzes 1 eine Mehrzahl von Dornen 2 hat, wird die gegossene Aluminiumlegierung 4 daran gehindert, bezüglich des Gusseiseneinsatzes 1 in die durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtungen relativ verschoben zu werden, und ist reduzierten Restspannungen ausgesetzt.
Der Gusseiseneinsatz 1 löst sich jedoch von der Aluminiumlegierung 4 in die durch den Pfeil B gekennzeichneten, zu den Dornen 2 parallelen Richtungen ab. Wenn sich der Gusseiseneinsatz 1 von der Aluminiumlegierung 4 ablöst, wird der Gusseiseneinsatz 1 aus dem engen Kontakt mit der Aluminiumlegierung 4 herausgebracht und die Kontaktfläche zwischen dem Gusseiseneinsatz 1 und der Aluminiumlegierung 4 wird reduziert, wodurch die thermische Leitfähigkeit des Gussprodukts 5 gesenkt wird.
Nachdem der Gusseiseneinsatz 1 durch Gießen hergestellt wurde, muss die Innenoberfläche (Gleitoberfläche) des Gusseiseneinsatzes 1 maschinell bearbeitet werden. Wenn die Innenoberfläche des Gusseiseneinsatzes 1 maschinell be arbeitet wird, wird die Außenoberfläche 3 des Gusseiseneinsatzes 1 durch einen Klemmmechanismus festgeklemmt.
Da die Dornen 2 von der Außenoberfläche 3 des Gusseiseneinsatzes 1 hervorragen, wird die Klemmoberfläche des Klemmmechanismus in Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit den spitzen Enden der Dornen 2 gehalten. Folglich ist die Kontaktfläche zwischen der Klemmoberfläche und dem Gusseiseneinsatz 1 relativ klein. Auf Grund der relativ kleinen Kontaktfläche zwischen der Klemmoberfläche und dem Gusseiseneinsatzes 1 ist der Gusseiseneinsatz 1 nicht genau positioniert, während die Innenoberfläche des Gusseiseneinsatzes 1 maschinell bearbeitet wird. Folglich kann die Innenoberfläche des Gusseiseneinsatzes 1 maschinell nicht genau bearbeitet werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gusseiseneinsatz zu schaffen, der durch einen einfachen Prozess effektiv in einen engeren Kontakt mit einem anderen Metall gebracht werden und mit einem gewünschten Genauigkeitsgrad in Position festgeklemmt werden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Herstellung eines Gusseiseneinsatz zu schaffen, der durch einen einfachen Prozess effektiv in einen engeren Kontakt mit einem anderen Metall gebracht werden und ein erwünschtes Niveau an thermischer Leitfähigkeit aufrechterhalten kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat, wie in den Ansprüchen festgelegt, ein Gusseiseneinsatz, um den herum ein anderes Metall gegossen werden soll, eine Oberfläche für den Kontakt mit einer geschmolzenen Masse des anderen um den Gusseiseneinsatz herum zu gießenden Metalls und eine Mehrzahl von auf der Oberfläche angeordneten Vorsprüngen. Die Vorsprünge haben jeweils im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidungen oder Hälse, die sich von der Oberfläche aus zunehmend nach außen hin ausbreiten.
Die im Wesentlichen kegelförmigen Hinterschneidungen, die sich von der Oberfläche des Gusseiseneinsatzes in mehrere verschiedenen Richtungen zunehmend nach außen hin ausbreiten, erlauben es, dass der Gusseiseneinsatz und das andere darum gegossenene Metall, z.B. eine Aluminiumlegierung, in engem Kontakt miteinander gehalten werden. Die Vorsprünge haben einen viel größeren Oberflächenbereich als die herkömmlichen Dornen. Wenn der Gusseiseneinsatz tatsächlich verwendet wird, kann die in dem Gusseiseneinsatz von einem anderen Glied, das gegen den Gusseiseneinsatz gleitet, erzeugte Wärme gut auf die Aluminiumlegierung übertragen werden. Dementsprechend hat der Gusseiseneinsatz eine hohe Wärmeabstrahlungsfähigkeit.
Die Vorsprünge haben jeweils flache Flächen an den distalen Enden der Hinterschneidungen oder Hälse, die sich von der Oberfläche des Gusseiseneinsatzes zunehmend nach außen hin ausbreiten. Folglich ist die Kontaktfläche zwischen der Außenumfangsoberfläche des Gusseiseneinsatzes und der Klemmoberfläche eines Klemmmechanismus, der den Gusseiseneinsatz in Position festklemmt, viel größer als die Kontaktfläche zwischen der Außenumfangsoberfläche der herkömmlichen Dornen und der Klemmoberfläche. Anders ausgedrückt, während die herkömmlichen Dornen und die Klemmoberfläche in Punkt-zu-Punkt-Kontakt miteinander gehalten werden, werden der Gusseiseneinsatz und die Klemmoberfläche in Fläche-an-Fläche-Kontakt miteinander gehalten. Folglich kann der Gusseiseneinsatz mit erhöhter Genauigkeit in Position festgeklemmt werden und daher mit erhöhter Genauigkeit ordentlich maschinell bearbeitet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gusseiseneinsatz durch die Beschichtung einer Innenoberfläche einer Gussform mit einem Deckschichtmaterial hergestellt, das ein thermisch isolierendes Material, ein Bindemittel, ein Trennmittel, ein oberflächenaktives Mittel und Wasser enthält, wobei eine vorhandene Atmosphäre in der Gussform durch eine inaktive Gasatmosphäre ersetzt wird und die Gussform, die mit dem Deckschichtmaterial beschichtet wurde, gedreht und gleichzeitig geschmolzenes Gusseisen in die Form eingegossen wird, um einen Gusseiseneinsatz mit einer Oberfläche für den Kontakt mit einer geschmolzenen Masse eines anderen um den Gusseiseneinsatz herum zu gießenden Metalls und einer Mehrzahl von auf der Oberfläche angeordneten Vorsprüngen und jeweils im Wesentlichen kegelförmigen Hinterschneidungen oder Hälsen, die sich von der Oberfläche aus zunehmend nach außen hin ausbreiten, herzustellen.
Genauer schwillt, wenn die Innenoberfläche der Gussform mit dem Deckschichtmaterial beschichtet wird, ein Teil des Deckschichtmaterials unter Oberflächenspannung, die durch das in dem Deckschichtmaterial enthaltene oberflächenaktive Mittel bedingt ist, nach außen hin in eine Anzahl von kugelförmigen Auswölbungen an. Foglich wird das Deckschichtmaterial mit den kugelförmigen Auswölbungen versehen, jede mit einer Hinterschneidung, die von einer Deckschichtmaterialoberfläche über die Innenoberfläche der Gussform hervorragt.
Dann wird die vorhandene Atmosphäre in der Gussform durch die inaktive Gasatmosphäre ersetzt. Deshalb bildet sich kein Oxidfilm auf der Oberfläche des geschmolzenen Gusseisens, wenn es in die Gussform eingegossen wird. Folglich wird der flüssige Zustand des geschmolzenen Gusseisens in der Gussform gut erhalten. Folglich fließt das geschmolzene Gusseisen glatt in die Form und füllt die Räume um die kugelförmigen Auswölbungen und die Hinterschneidungen herum zuverlässig. Wenn das Gusseisen in dem Gusseiseneinsatz abgekühlt ist, ist seine Oberfläche genau komplementär zu der Oberflächenkonfiguration des Deckschichtmaterials geformt.
Folglich sind die Vorsprünge des Gusseiseneinsatzes, jeder mit der im Wesentlichen kegelförmigen Hinterschneidung oder dem im Wesentlichen kegelförmigen Hals, die bzw. der sich zunehmend nach außen hin ausbreitet, fest und ordentlich auf der Oberfläche davon gebildet. Die Vorsprünge sind hochgradig wirksam, um den Gusseiseneinsatz in engem Kontakt mit der darum gegossenen Aluminiumlegierung zu halten und den Gusseiseneinsatz auch bezüglich der Aluminiumlegierung hochgradig thermisch leitfähig zu machen.
Das Deckschichtmaterial enthält 20 Gewichtsprozent bis 35 Gewichtsprozent Kieselgur als das thermisch isolierende Material, 1 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent Bentonit als das Bindemittel, 1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent Trennmittel, 5 ppm bis 50 ppm oberflächenaktives Mittel und ansonsten Wasser.
Wenn die Kieselgur weniger als 20 Gewichtsprozent betrüge, dann wäre das Deckschichtmaterial nicht thermisch isolierend. Wenn die Kieselgur mehr als 35 Gewichtsprozent betrüge, dann hätte das Deckschichtmaterial eine erhöhte Zähflüssigkeit und wäre weniger fließfähig als erwünscht. Wenn das Bentonit weniger als 1 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial seine bindende Fähigkeit verlieren und dadurch die Trennung der anderen Bestandteile davon erlauben. Wenn das Bentonit mehr als 7 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial zu zähflüssig werden, um sich zu zersetzen, nachdem der Gusseiseneinsatz in Form gegossen wurde.
Wenn das Trennmittel weniger als 1 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial seine Trennfähigkeit verlieren. Wenn das Trennmittel mehr als 5 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das in dem Trennmittel enthal tene Wasser aufgrund der Wärme des geschmolzenen Gusseisens zu einem Gas werden und würde Lunker in dem Gusseiseneinsatz erzeugen.
Wenn das oberflächenaktive Mittel weniger als 5 ppm betrüge, dann könnte es die Auswölbungen nicht kugelförmig in Form halten. Wenn das oberflächenaktive Mittel mehr als 50 ppm betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial schäumen.
Die Gussform wird mit einer Gussform-G-Zahl im Bereich von 25G bis 35G gedreht, wenn die Innenoberfläche der Gussform mit dem Deckschichtmaterial beschichtet wird. Wenn die Gussform-G-Zahl kleiner als 25G wäre, dann wären die kugelförmigen Auswölbungen nicht ausreichend verformt, was zu einem übermäßig breiten Abstand zwischen benachbarten kugelförmigen Auswölbungen führen würde. Die übermäßig breit beabstandeten kugelförmigen Auswölbungen würden den Vorsprüngen des Gusseiseneinsatzes nicht die erwünschten Hinterschneidungen geben, der dann nicht in der Lage wäre, fest an der Aluminiumlegierung zu haften. Wenn die Gussform-G-Zahl größer als 35G wäre, dann wären die kugelförmigen Auswölbungen übermäßig verformt, was zu einem übermäßig engen Abstand zwischen benachbarten kugelförmigen Auswölbungen führen würde. Die übermäßig eng beabstandeten kugelförmigen Auswölbungen würden den Durchmesser der Hälse der Vorsprünge des Gusseiseneinsatzes reduzieren, die dann dafür anfällig wären, abzubrechen.
Die Gussform-G-Zahl wird durch (die zentrifugale Beschleunigung der Gussform/die Fallbeschleunigung) dargestellt. Wenn die Gussform-G-Zahl mittels des Durchmessers D (cm) der zylindrischen Gussform und der Drehgeschwindigkeit N (U/min) der Gussform ausgedrückt wird, dann ist die Gussform-G-Zahl gleich DN²/17900 (siehe die japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nummer 2002-283025 für Details). Deshalb kann die Gussform-G-Zahl aus dem Durchmesser D und der Drehgeschwindigkeit N erhalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Zylinderblocks, der um eine Zylinderauskleidung herum als ein Gusseiseneinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegossen werden soll;
2 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht der Zylinderauskleidung, wobei die Ansicht Vorsprünge an der Zylinderauskleidung zeigt;
3 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittansicht des Zylinderblocks;
4 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittansicht, die die Weise darstellt, auf die eine Gussform mit einem Deckschichtmaterial beschichtet wird;
5 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittansicht, die die Weise darstellt, auf die ein geschmolzenes Metall in die Gussform eingegossen wird;
6 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht, die die Weise darstellt, auf die die Zylinderauskleidung durch einen Klemmmechanismus positioniert wird;
7 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht eines mit einer niedrigen Gussform-G-Zahl aufgebrachten Deckschichtmaterials;
8 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht eines mit einer hohen Gussform-G-Zahl aufgebrachten Deckschichtmaterials; und
9 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Einsatzes.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
1 zeigt in Explosionsansicht einen Zylinderblock 12, der um eine Zylinderauskleidung oder -büchse 10 als ein Gusseiseneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung herum gegossen werden soll.
Wie in 1 gezeigt, weist der Zylinderblock 12 einen Block 14 auf, der zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung gemacht ist, um leichtere Motoren zu erzeugen. Der Zylinderblock 12 weist auch eine Mehrzahl von Zylinderauskleidungen oder -büchsen 10 (eine ist gezeigt) auf, um die herum eine Aluminiumlegierung als der Block 14 gegossen wird.
Jede der Zylinderauskleidungen 10 wird gemäß einem zentrifugalen Gussprozess aus Gusseisen gegossen. Wie in 2 gezeigt, hat die Zylinderauskleidung 10 eine Mehrzahl von auf einer Außenumfangsoberfläche 16 davon angeordneten Vorsprüngen 20, über die die Aluminiumlegierung gegossen werden soll. Jeder der Vorsprünge 20 hat eine im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidung oder einen im Wesentlichen kegelförmigen Hals 18, die bzw. der sich zunehmend nach außen hin ausbreitet und eine flache Außenfläche 21 am distalen Ende der Hinterschneidung oder des Halses 18.
Wenn die Außenumfangsoberfläche 16 der Zylinderauskleidung 10 einen Durchmesser im Bereich von 60 mm bis 100 mm hat, dann ist die Höhe jedes Vorsprungs 20 der Außenumfangsoberfläche 16 im Bereich von 0,5 mm bis 1,2 mm. Die Zylinderauskleidung 10 hat eine Innenoberfläche 10a, die als eine Gleitoberfläche dient, gegen die ein Kolben zurück und vor gleitet. Nachdem die Zylinderauskleidung 10 in Form gegossen wurde, wird die Innenoberfläche 10a maschinell bearbeitet.
Wie in 3 gezeigt, füllt, wenn der Block 14 des Zylinderblocks 12 um die Zylinderauskleidung 10 herum gegossen wird, die Aluminiumlegierung des Blocks 14 die Räume zwischen den Vorsprüngen 20 der Zylinderauskleidung 10 aus, wodurch sich kugelförmige Verbindungsstellen 22 auf dem Block 14 bilden.
Ein Prozess zur Herstellung der Zylinderauskleidung (des Gusseiseneinsatzes) 10, d.h. ein Verfahren für die Herstellung des Gusseiseneinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung, wird untenstehend beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, hat eine Gussform 30 einer Vorrichtung für zentrifugales Gießen eine Zylinderform und wird drehbar von einem (nicht gezeigten) Betätigungsglied unterstützt.
Während die Gussform 30 mit einer Gussform-G-Zahl im Bereich von 25G bis 35G gedreht wird, wird eine Innenumfangsoberfläche 34 der Gussform 30 mit einem Deckschichtmaterial 36 beschichtet. Das Deckschichtmaterial 36 enthält ein thermisch isolierendes Material, ein Bindemittel, ein Trennmittel, ein oberflächenaktives Mittel und Wasser. Genauer enthält das Deckschichtmaterial 36 20 Gewichtsprozent bis 35 Gewichtsprozent Kieselgur als das thermisch isolierende Material, 1 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent Bentonit als das Bindemittel, 1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent Trennmittel, 5 ppm bis 50 ppm oberflächenaktives Mittel und ansonsten Wasser.
Die Gussform-G-Zahl wird durch (die zentrifugale Beschleunigung der Gussform 30/die Fallbeschleunigung) dargestellt. Wenn die Gussform-G-Zahl mittels des Durchmessers D (cm) der zylindrischen Gussform 30 und der Drehgeschwindigkeit N (U/min) der Gussform 30 ausgedrückt wird, dann ist die Gussform-G-Zahl gleich DN²/17900 (siehe die japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nummer 2002-283025 für Details). Deshalb kann die Gussform-G-Zahl aus dem Durchmesser D und der Drehgeschwindigkeit N erhalten werden.
Wenn die Innenumfangsoberfläche 34 der Gussform 30 mit dem Deckschichtmaterial 36 beschichtet wird, schwillt ein Teil des Deckschichtmaterials 36 unter Oberflächenspannung, die durch das in dem Deckschichtmaterial 36 enthaltene oberflächenaktive Mittel bedingt ist, von einer äußeren Deckschicht materialoberfläche 36a nach außen hin an, wodurch eine Anzahl von kugelförmigen Auswölbungen 36b an der äußeren Deckschichtmaterialoberfläche 36a gebildet wird. Jede der Auswölbungen 36b hat eine Hinterschneidung 36c.
Dann wird die Atmosphäre in der Gussform 30 durch eine inaktive Gasatmosphäre ersetzt, die ein Argongas enthält. Danach wird, wie in 5 gezeigt, geschmolzenes Gusseisen 40 in die Gussform 30 eingegossen, während die Gussform 30 mit einer Gussform-G-Zahl im Bereich von 1000 bis 135G gedreht wird.
Das geschmolzene Gusseisen 40 füllt die Gussform 30 und bedeckt die kugelförmigen Auswölbungen 36b des Deckschichtmaterials 36. Wenn das geschmolzene Gusseisen 40 anschließend abgekühlt wird, hat das geformte Gusseisen eine Oberfläche, die komplementär zu der äußeren Deckschichtmaterialoberfläche 36a und den kugelförmigen Auswölbungen 36b einschließlich der Hinterschneidungen 36c ist. Auf diese Weise wird die zylinderförmige Zylinderauskleidung 10 mit der Außenumfangsoberfläche 16 mit den darauf angeordneten Vorsprüngen 20 in der Gussform 30 gebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Deckschichtmaterial 36 das thermisch isolierende Material, das Bindemittel, das Trennmittel, das oberflächenaktive Mittel und das Wasser. Das thermisch isolierende Material weist Kieselgur auf und hat eine Funktion, das in die Gussform 30 eingegossene geschmolzene Gusseisen 40 bei einer optimalen Temperatur zu halten. Die Kieselgur wird im Bereich von 20 Gewichtsprozent bis 35 Gewichtsprozent hinzugefügt. Wenn die Kieselgur weniger als 20 Gewichtsprozent betrüge, dann wäre das Deckschichtmaterial 36 nicht thermisch isolierend. Wenn die Kieselgur mehr als 35 Gewichtsprozent betrüge, dann hätte das Deckschichtmaterial 36 eine erhöhte Zähflüssigkeit und würde weniger fließfähig als erwünscht.
Das Bindemittel hat eine Funktion, die Auswölbungen 36b in einer kugelförmigen Form zu halten und weist zum Beispiel Bentonit auf. Das Bentonit wird im Bereich von 1 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent hinzugefügt. Wenn das Bentonit weniger als 1 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial 36 seine bindende Fähigkeit verlieren und dadurch die Trennung der anderen Bestandteile davon erlauben. Wenn das Bentonit mehr als 7 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial 36 zu zähflüssig werden, um sich aufzulösen, nachdem der Gusseiseneinsatz 10 in Form gegossen wurde.
Das Trennmittel wird im Bereich von 1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent hinzugefügt. Wenn das Trennmittel weniger als 1 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial 36 seine Trennfähigkeit verlieren. Wenn das Trennmittel mehr als 5 Gewichtsprozent betrüge, dann würde das in dem Trennmittel enthaltene Wasser aufgrund der Wärme des geschmolzenen Gusseisens 40 zu einem Gas werden und würde Lunker in der Zylinderauskleidung 10 erzeugen.
Das oberflächenaktive Mittel hat eine Funktion, die Oberflächenspannung des Deckschichtmaterials 36b zu erhöhen, um die Auswölbungen 36b in einer kugelförmigen Form zu halten. Das oberflächenaktive Mittel wird im Bereich von 5 ppm bis 50 ppm hinzugefügt. Wenn das oberflächenaktive Mittel weniger als 5 ppm betrüge, dann könnte es die Auswölbungen 36b nicht in einer kugelförmigen Form halten. Wenn das oberflächenaktive Mittel mehr als 50 ppm betrüge, dann würde das Deckschichtmaterial 36 schäumen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, nachdem die Innenumfangsoberfläche 34 der Gussform 30 mit dem Deckschichtmaterial 36 beschichtet wurde, die Atmosphäre in der Gussform 30 durch eine inaktive Gasatmosphäre ersetzt und dann das geschmolzene Gusseisen 40 in die Gussform 30 eingegossen. Deshalb bildet sich kein Oxidfilm auf der Oberfläche des geschmolzenen Gusseisens 40, wenn es in die Gussform 30 eingegossen wird. Folglich wird der flüssige Zustand des geschmolzenen Gusseisens 40 in der Gussform 30 gut erhalten. Folglich fließt das geschmolzene Gusseisen 40 glatt in die Gussform 30 und füllt die Räume um die kugelförmigen Auswölbungen 36b und die Hinterschneidungen 36c herum gut aus. Wenn das Gusseisen 40 in der Zylinderauskleidung 10 abgekühlt wird, ist seine Oberfläche genau komplementär zu der Oberflächenkonfiguration des Deckschichtmaterials 36 geformt.
Die Zylinderauskleidung 10 hat die Vorsprünge 20, jeder mit der im Wesentlichen kegelförmigen Hinterschneidung oder dem im Wesentlichen kegelförmigen Hals 18, die bzw. der sich zunehmend nach außen hin ausbreitet, die bzw. der fest und ordentlich auf der Außenumfangsoberfläche 16 davon gebildet wird. Die Vorsprünge 20 sind hochgradig wirksam, um die Zylinderauskleidung 10 in engem Kontakt mit dem darum gegossenen Block 14 zu halten und die Zylinderauskleidung 10 auch bezüglich des Blocks 14 hochgradig thermisch leitfähig zu machen.
Wie in 6 gezeigt, wird die Zylinderauskleidung 10, die in Form gegossen wurde, von einem Klemmmechanismus 50 positioniert und gehalten und wird die Innenoberfläche 10 davon von einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine ma schinell bearbeitet. Während die Innenoberfläche 10a der Zylinderauskleidung 10 maschinell bearbeitet wird, wird eine Klemmoberfläche 52 des Klemmmechanismus 50 in Fläche-zu-Fläche-Kontakt mit einigen der flachen Flächen 21 der Vorsprünge 20 der Zylinderauskleidung 10 gehalten.
Da die Klemmoberfläche 52 des Klemmmechanismus 50 die Zylinderauskleidung 10 in Fläche-zu-Fläche-Kontakt damit hält, schafft sie eine viel größere Kontaktfläche mit der Zylinderauskleidung 10, als wenn sie die Zylinderauskleidung 10 sonst in Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit den herkömmlichen Dornen 2 halten würde (siehe 9). Dementsprechend kann der Klemmmechanismus 50 die Zylinderauskleidung 10 sicher und genau in Position klemmen und es ermöglichen, dass die Innenoberfläche 10 davon maschinell genau bearbeitet werden kann.
Nachdem die Zylinderauskleidung 10 an der inneren Oberfläche 10a davon maschinell bearbeitet wurde und auf sonstige Weise maschinell bearbeitet wurde, wird die Zylinderauskleidung 10 in einer nicht gezeigten Zylinderblockgussform platziert. Dann wird ein anderes Metall, wie zum Beispiel eine Aluminiumlegierung, in die Zylinderblockgussform eingegossen, wodurch der Block 14 um die Zylinderauskleidung 10 herum gegossen wird. Auf diese Weise wird der Zylinderblock 12 hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, haben die Hinterschneidungen oder Hälse 18 der Vorsprünge 20 eine im Wesentlichen kegelförmige Form und werden so sowohl in die Umfangsrichtung (durch den Pfeil X gekennzeichnet) der Zylinderauskleidung 10 als auch in die axiale Richtung (durch den Pfeil Y gekennzeichnet) der Zylinderauskleidung 10 geformt. Deshalb werden, wie in 3 gezeigt, die Vorsprünge 20 der Zylinderauskleidung 10 und die kugelförmigen Gelenke 22 an dem Block 14 in engem Kontakt miteinander gehalten.
Die Zylinderauskleidung 10 und der Block 14 werden daran gehindert, in die durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtungen versetzt oder verschoben zu werden, so dass die in den dazwischenliegenden Regionen 15 (siehe 1) des Zylinderblocks 12 erzeugten Restspannungen reduziert werden können. Die Zylinderauskleidung 10 und der Block 14 werden auch daran gehindert, sich voneinander in die durch den Pfeil B gekennzeichneten Richtungen abzulösen, so dass die Stärke der engen Haftung zwischen der Zylinderauskleidung 10 und dem Block 14 nicht reduziert werden kann.
Ferner werden die Zylinderauskleidung 10 und der Block 14 durch einen großen Oberflächenbereich in engem Kontakt miteinander gehalten. Dementsprechend kann die Wärme, die in der Zylinderauskleidung 10 erzeugt wird, wenn der Kolben zurück und vor gegen die Zylinderauskleidung 10 gleitet, effektiv auf den Block 14 übertragen werden, so dass der Zylinderblock 12 eine hohe Wärmeabstrahlungsfähigkeit hat.
Die Gussform-G-Zahl der Gussform 30 wird im Bereich von 25G bis 35G gewählt, wenn das Deckschichtmaterial 36 auf die Gussform 30 aufgetragen wird. Wenn die Gussform-G-Zahl kleiner als 25G wäre, dann würden, wie in 7 gezeigt, die kugelförmigen Auswölbungen 36b nicht ausreichend verformt werden, was zu einem übermäßig breiten Abstand H1 zwischen benachbarten kugelförmigen Auswölbungen 36b führen würde. Die übermäßig breit beabstandeten kugelförmigen Auswölbungen 36b könnten den Vorsprüngen 20 der Zylinderauskleidung 10 nicht die erwünschten Hinterschneidungen 18 geben, die dann nicht fest an dem Block 14 haften könnte.
Wenn die Gussform-G-Zahl größer als 35G wäre, dann würden, wie in 8 gezeigt, die kugelförmigen Auswölbungen 36b übertrieben verformt werden, was zu einem übermäßig engen Abstand H2 zwischen benachbarten kugelförmigen Auswölbungen 36b führen würde. Die übermäßig eng beabstandeten kugelförmigen Auswölbungen 36b würden den Durchmesser der Hälse 18 der Vorsprünge 20 der Zylinderauskleidung 10 reduzieren, die dann dafür anfällig würden abzubrechen.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die Höhe jedes Vorsprungs 20 von der Außenumfangsoberfläche 16 im Bereich von 0,5 mm bis 1,2 mm. Wenn die Höhe jedes Vorsprungs 20 weniger als 0,5 mm betrüge, dann es wäre schwierig, die Hinterschneidungen oder Hälse 18 in der gewünschten Form herzustellen, die dann nicht fest an dem Block 14 haften könnten. Wenn die Höhe jedes Vorsprungs 20 mehr als 1,2 mm betrüge, dann wären die Hälse 18 der Vorsprünge 20 unerwünscht länglich und könnten möglicherweise abbrechen.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Zylinderauskleidung 10 als ein Gusseiseneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Bremsklötze für zum Beispiel Bremstrommeln als ein Gusseiseneinsatz anwendbar.
Wenn ein Bremsklotz eine äußere Abmessung von etwa 130 mm hat, dann sollten die Vorsprünge auf dem Bremsklotz vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm haben.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Gusseiseneinsatz eine Mehrzahl von auf der Oberfläche angeordneten Vorsprüngen. Die Vorsprünge haben jeweils im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidungen oder Hälse, die sich zunehmend von der Oberfläche in mehrere verschiedene Richtungen nach außen hin ausbreiten. Die im Wesentlichen kegelförmigen Hinterschneidungen ermöglichen es, dass der Gusseiseneinsatz und das darum gegossene andere Metall, z.B. eine Aluminiumlegierung, in engem Kontakt miteinander gehalten werden. Die Vorsprünge haben einen viel größeren Oberflächenbereich als die herkömmlichen Dornen. Wenn der Gusseiseneinsatz tatsächlich verwendet wird, kann die in dem Gusseiseneinsatz erzeugte Wärme gut auf die Aluminiumlegierung übertragen werden. Dementsprechend hat der Gusseiseneinsatz eine hohe Wärmeabstrahlungsfähigkeit.
Die Vorsprünge haben jeweils flache Flächen an den distalen Enden der Hinterschneidungen oder Hälse, die sich zunehmend von der Oberfläche des Gusseiseneinsatzes nach außen hin ausbreiten. Folglich ist die Kontaktfläche zwischen der Außenumfangsoberfläche des Gusseiseneinsatzes und der Klemmoberfläche eines Klemmmechanismus, der den Gusseiseneinsatz in Position festklemmt, viel größer als die Kontaktfläche zwischen der Außenumfangsoberfläche der herkömmlichen Dornen und der Klemmoberfläche. Folglich kann der Gusseiseneinsatz mit erhöhter Genauigkeit in Position festgeklemmt werden und kann daher ordentlich mit erhöhter Genauigkeit maschinell bearbeitet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gusseiseneinsatz derart hergestellt, dass die Vorsprünge durch einen einfachen Prozess fest auf der Oberfläche des Gusseiseneinsatz gebildet werden. Jeder der Vorsprünge hat eine im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidung oder einen im Wesentlichen kegelförmigen Hals und die Hinterschneidung hat einen kugelförmigen Kontaktteil. Die Vorsprünge sind hochgradig wirksam, um den Gusseiseneinsatz in engem Kontakt mit der Aluminiumlegierung oder einem ähnlichen Guss darum zu halten und auch den Gusseiseneinsatz bezüglich der Aluminiumlegierung oder Ähnlichem hochgradig thermisch leitfähig zu machen.

Claims

Gusseiseneinsatz (10), um den ein anderes Metall zu gießen ist, aufweisend: Eine Oberfläche (16) für den Kontakt mit einer geschmolzenen Masse des anderen Metalls, das um den Gusseiseneinsatz (10) zu gießen ist; und eine Mehrzahl von Vorsprüngen (20), die auf der Oberfläche (16) angeordnet sind und jeweils im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidungen (18) haben, die sich von der Oberfläche (16) aus zunehmend nach außen hin ausbreiten, wobei die Vorsprünge (20) jeweils an distalen Enden davon flache Flächen (21) haben, wobei die Hinterschneidungen (18) jeweils kugelförmige Kontaktteile haben und das äußere Metall um die kugelförmigen Kontaktteile herum gegossen wird, und wobei der Gusseiseneinsatz (10) eine Zylinderrohrauskleidung (10) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Gusseiseneinsatzes, das folgende Schritte aufweist: Beschichtung einer inneren Oberfläche einer Gussform (30) mit einem Deckschichtmaterial (36), das ein thermisch isolierendes Material, ein Bindemittel, ein Trennmittel, ein oberflächenaktives Mittel und Wasser enthält; Ersetzung einer bestehenden Atmosphäre in der Gussform (30) mit einer inaktiven Gasatmosphäre; und Drehung der Gussform (30), die mit dem Deckschichtmaterial (36) beschichtet wurde, und gleichzeitiges Eingießen von geschmolzenem Gusseisen (40) in die Gussform (30), um einen Gusseiseneinsatz (10) zu erzeugen, der eine Oberfläche (16) für einen Kontakt mit einer geschmolzenen Masse eines anderen Metalls hat, das um den Gusseiseneinsatz (10) zu gießen ist, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen (20), die auf der Oberfläche (16) angeordnet sind und jeweils im Wesentlichen kegelförmige Hinterschneidungen (18) ha ben, die sich von der Oberfläche (16) aus zunehmend nach außen hin ausbreiten, wobei die Vorsprünge (20) jeweils an distalen Enden davon flache Flächen (21) haben, wobei die Hinterschneidungen (18) jeweils kugelförmige Kontaktteile haben und das andere Metall um die kugelförmigen Kontaktteile herum gegossen wird, und wobei das Deckschichtmaterial (36) 20 Gewichtsprozent bis 35 Gewichtsprozent Kieselgur als das thermisch isolierende Material, 1 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent Betonit als das Bindemittel, 1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent Trennmittel, 5 ppm bis 50 ppm oberflächenaktives Mittel und ansonsten Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gussform (30) bei einer Gussform-G-Nummer in einem Bereich von 25G bis 35G gedreht wird, wenn die innere Oberfläche der Gussform (3) mit dem Deckschichtmaterial (36) beschichtet wird.