JP2006057163A - Method for manufacturing cylinder block - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a cylinder block, which secures an adequate abrasion property even when required to partially change. <P>SOLUTION: A thermal-sprayed film 103 is formed on an internal circumferential surface of a bore 101a of a cylinder liner 101 by the steps of: supplying an orifice gas from an orifice gas feeder 40 to a plasma spraying device 10; converting the orifice gas into a plasma arc 41 by discharge occurring when an electric current supplied from a power supply 30 is applied to the plasma spraying device; spouting the plasma arc from a nozzle 13a of a thermal spraying gun 13 of the plasma spraying device 10; heating and melting a powder of a thermal spray material delivered from a thermal spray material feeder 20, with the plasma arc 41 spouted from the nozzle 13a; and spouting the material to the internal circumferential surface of the bore. At this time, a thermal spraying parameter is controlled according to an abrasion property which is required to be partially changed in the thermal-sprayed film 103 in a predetermined way, to control the porosity, oxide amount and hardness of the thermal-sprayed film 103. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックの製造方法に関し、特に溶射法によりボア内周面に溶射皮膜を形成するシリンダブロックの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a cylinder block of an engine, and more particularly to a method for manufacturing a cylinder block in which a thermal spray coating is formed on a bore inner peripheral surface by a thermal spraying method.

例えばエンジンのシリンダブロック本体に設けられるシリンダライナのボア内周面には、ピストンピン及びコンロッドを介してクランク軸に連結されたピストンがボア中心線方向に沿って往復動自在に装着されている。このシリンダライナのボア内周面はピストンリングやピストンに対する摺動特性を確保するために基本的に均一な面粗度に加工されている。   For example, a piston connected to a crankshaft via a piston pin and a connecting rod is mounted on a bore inner circumferential surface of a cylinder liner provided in a cylinder block body of an engine so as to be reciprocally movable along a bore center line direction. The inner circumferential surface of the bore of the cylinder liner is basically processed to have a uniform surface roughness in order to ensure sliding characteristics with respect to the piston ring and the piston.

しかし、このようなエンジンにおいては、クランク軸の回転運動に伴いピストンピンに対してボア中心線方向へのピストンスラスト力が作用することから、ピストンがピストンピン廻りに首振り挙動を起こす。そのためピストンとシリンダライナとの接触は、ピストンリングとシリンダライナのボア内周面との摺動の他にピストンスカート部とシリンダライナのボア内周面との衝突も生じる。   However, in such an engine, a piston thrust force in the direction of the bore center line acts on the piston pin as the crank shaft rotates, so that the piston swings around the piston pin. Therefore, the contact between the piston and the cylinder liner causes not only the sliding between the piston ring and the bore inner peripheral surface of the cylinder liner, but also the collision between the piston skirt portion and the bore inner peripheral surface of the cylinder liner.

そこで、最近では摩擦損失、燃費の向上、耐スカッフ性を高めるためにシリンダライナのボア内周面の面粗度を部分的に変えることがある。例えば、ピストンリングが摺動するシリンダライナのボア内周面部分の面粗度を、ピストンスカートが摺動するシリンダライナのボア内周面部分の面粗度に対して小さくし、面粗度を大きくしたボア内周面部分にオイルを保持することによって摺動特性及び耐スカッフ性を向上させたものがある。   Therefore, recently, the surface roughness of the bore inner peripheral surface of the cylinder liner may be partially changed in order to improve friction loss, fuel consumption, and scuff resistance. For example, the surface roughness of the bore inner circumferential surface portion of the cylinder liner on which the piston ring slides is made smaller than the surface roughness of the bore inner circumferential surface portion of the cylinder liner on which the piston skirt slides. Some have improved sliding characteristics and scuff resistance by retaining oil in the larger bore inner peripheral surface.

一方、シリンダライナのボア内周面における上端部分となるピストンリングが摺動するボア内周面部分よりシリンダヘッド側のボア内周部分が粗面度であると、この部分に未燃焼ガスが溜まり、NOxが発生しやすくなることから、ボア内周面の上端部分と上死点のピストンリングの上部との間の面粗度を他の部分の面粗度より小さくすることがある。   On the other hand, if the bore inner peripheral portion on the cylinder head side is rougher than the bore inner peripheral surface portion on which the piston ring, which is the upper end portion of the bore inner peripheral surface of the cylinder liner, slides, unburned gas accumulates in this portion. Since NOx is likely to be generated, the surface roughness between the upper end portion of the bore inner peripheral surface and the upper portion of the piston ring at the top dead center may be made smaller than the surface roughness of other portions.

このように面粗度が部分的に変わるシリンダライナのボア内周面をホーニングヘッドの先端に備えられた砥石でホーニング加工するときには、面粗度の小さい領域における砥石の砥石拡張圧を、面粗度の大きい領域の砥石の砥石拡張圧より低くしてホーニング加工する方法が知られている。また、面粗度の小さい領域に相当する砥石の粒度を面粗度の大きい領域に相当する砥石の粒度より細かくしてホーニング加工する方法や、面粗度の小さい領域と面粗度の大きい領域を共にホーニング加工した後に、面粗度の小さい領域のみをローラーバニッシュ仕上げ加工するシリンダブロックの仕上げ方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In this way, when honing the bore inner peripheral surface of the cylinder liner where the surface roughness is partially changed with a grindstone provided at the tip of the honing head, the grindstone expansion pressure of the grindstone in the region where the surface roughness is small is There is known a method of performing honing by lowering the grindstone expansion pressure of a grindstone in a large area. In addition, the method of honing by making the grindstone particle size corresponding to the low surface roughness region finer than the grindstone particle size corresponding to the high surface roughness region, the low surface roughness region and the high surface roughness region A cylinder block finishing method is known in which only a region having a small surface roughness is subjected to a roller burnish finish after the honing process is performed (see, for example, Patent Document 1).

また、ピストンリングやピストンスカート部に対する耐スカッフ性を高めるために、シリンダライナのボア内周面に溶射材料の粉末を吹き付けて溶射皮膜を形成する溶射法がある。この溶射法によって溶射皮膜を形成する際に、耐スカッフ性が要求されるピストンスカート部が摺動するボア内周面部分を高硬度領域とし、他の部分を低硬度領域とするシリンダブロックの製造方法が知られている(例えば、特許文献2)。   Further, in order to improve the scuff resistance against the piston ring and the piston skirt, there is a thermal spraying method in which a thermal spray coating is formed by spraying powder of a thermal spray material on the inner peripheral surface of the bore of the cylinder liner. When forming a thermal spray coating by this thermal spraying method, manufacture a cylinder block in which the inner peripheral surface portion of the bore where the piston skirt part that requires scuffing resistance slides is a high hardness region and the other part is a low hardness region A method is known (for example, Patent Document 2).

特開平7−54707号公報JP-A-7-54707 特開平8−246944号公報JP-A-8-246944

上記特許文献1に記載のシリンダブロックの仕上げ方法によると、シリンダライナの内面を砥石でホーニング加工するときに、シリンダライナのボア内周面の面粗度に相応してホーニングヘッドの先端に備えられた砥石の砥石拡張圧を変えることによって、或いはボア内周面の面粗度に相応した粒度の砥石を用いたホーニング加工によって、更にボア内周面をホーニング加工した後に面粗度の小さい領域のみをローラーバニッシュ仕上げ加工することによって、面粗度が部分的に変わるシリンダライナのボア内周面を加工することができる。   According to the cylinder block finishing method described in Patent Document 1, when the inner surface of the cylinder liner is honed with a grindstone, it is provided at the tip of the honing head according to the surface roughness of the bore inner peripheral surface of the cylinder liner. Only the region with small surface roughness after honing the bore inner peripheral surface by changing the grinding wheel expansion pressure of the grindstone or by honing using a grindstone with a grain size corresponding to the surface roughness of the bore inner peripheral surface Can be machined on the inner peripheral surface of the bore of the cylinder liner where the surface roughness changes partially.

しかし、ボア内周面の面粗度領域に応じて砥石拡張圧を変え、或いはボア内周面の面粗度領域に応じた粒度の砥石を使用することによって、更にボア内周面をホーニング加工した後に面粗度の小さい領域をローラーバニッシュ仕上げすることから、その加工が複雑になると共に面粗度が変化する部分に段差が生じるおそれがある。またホーニング加工は、ホーニングヘッドの先端に備えた砥石をボア中心線方向に所定のストロークで往復動させて行うことから、部分的に面粗度が変化する場合には、そのストロークが極めて小範囲に限定されて作業性が低下して製造コストの増加を招くことが懸念される。   However, the bore inner peripheral surface is further honed by changing the grinding wheel expansion pressure according to the surface roughness region of the bore inner peripheral surface or by using a grindstone having a particle size corresponding to the surface roughness region of the bore inner peripheral surface. Then, since the region having a small surface roughness is roller burnished, the processing becomes complicated and a step may be formed in a portion where the surface roughness changes. In addition, honing is performed by reciprocating the grindstone provided at the tip of the honing head with a predetermined stroke in the bore center line direction, so if the surface roughness partially changes, the stroke is in a very small range. However, there is a concern that workability is reduced and the manufacturing cost is increased.

一方、特許文献2によると、溶射皮膜により耐スカッフ性が要求されるボア内周面を高硬度領域とし、他の部分を低硬度領域とすることによって耐スカッフ性が確保でき、かつ加熱溶融した溶射材料の粉末を吹き付けて溶射皮膜を形成することから高硬度領域と低硬度領域との間に中間硬度領域を形成することによって高硬度領域と低硬度領域の間の段差が抑制できる。   On the other hand, according to Patent Document 2, scuff resistance can be ensured by heating the inner peripheral surface of the bore where scuff resistance is required by the sprayed coating to a high hardness region and the other portion to a low hardness region, and the melted material is heated and melted. Since the thermal spray coating is formed by spraying the powder of the thermal spray material, a step between the high hardness region and the low hardness region can be suppressed by forming an intermediate hardness region between the high hardness region and the low hardness region.

しかし、溶射皮膜の空孔率が高硬度領域から低硬度領域に移行するに従って増加し、この空孔がオイル溜まりとなることから空孔率が大きい低硬度領域ではオイルの保持量が過剰になる一方、空孔率が小さな高硬度領域ではオイルの保持量が減少して磨耗を誘発する要因となる。即ち、磨耗特性が部分的に変化する場合には十分に対応できず、ボア内周面の良好な磨耗特性が確保できないことが懸念される。   However, the porosity of the thermal spray coating increases as it shifts from the high hardness region to the low hardness region, and this hole becomes an oil reservoir, so the amount of oil retained becomes excessive in the low hardness region where the porosity is large. On the other hand, in a high hardness region where the porosity is small, the amount of oil retained decreases and becomes a factor inducing wear. That is, when the wear characteristics change partially, it is not possible to cope with it sufficiently, and there is a concern that good wear characteristics of the bore inner peripheral surface cannot be secured.

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、ボア内周面の部分的な変化を有する磨耗特性が確保できるシリンダブロックの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point is to provide a method of manufacturing a cylinder block that can ensure wear characteristics having a partial change in the bore inner peripheral surface.

上記目的を達成する請求項1に記載のシリンダブロックの製造方法の発明は、プラズマ溶射装置と、異なった複数種類の溶射材料の粉末を搬送ガスによって上記プラズマ溶射装置に送給する溶射材料供給装置と、異なった複数種類の作動ガスを上記プラズマ溶射装置に送給する作動ガス供給装置と、上記プラズマ溶射装置に電力供給する電力供給装置とを備え、上記作動ガス供給装置から上記プラズマ溶射装置に供給された作動ガスが上記電力供給装置から供給される電流の印加による放電によってプラズマアークとなって上記プラズマ溶射装置の溶射ガンに開口するノズルから噴射され、該ノズルから噴射するプラズマアークによって上記溶射材料供給装置からプラズマ溶射装置に送給された溶射材料の粉末を加熱溶融してボア内周面に吹き付けてボア内周面に溶射皮膜を形成するシリンダブロックの製造方法において、予め設定された溶射皮膜の部分的において変化する要求磨耗特性に基づく上記溶射材料供給装置、作動ガス供給装置、電力供給装置の少なくとも1つの制御により溶射条件を制御してボア内周面に形成される溶射皮膜の空孔率、酸化物量、硬度を制御することを特徴とする。   The invention of the cylinder block manufacturing method according to claim 1, which achieves the above object, comprises a plasma spraying device and a spraying material supply device for feeding powders of different types of spraying materials to the plasma spraying device by a carrier gas. And a working gas supply device for supplying different types of working gas to the plasma spraying device, and a power supply device for supplying power to the plasma spraying device, from the working gas supply device to the plasma spraying device. The supplied working gas becomes a plasma arc by discharge due to application of current supplied from the power supply device, and is sprayed from a nozzle that opens in a spray gun of the plasma spraying device, and the spraying is performed by the plasma arc sprayed from the nozzle. The powder of the thermal spray material fed from the material supply device to the plasma spraying device is heated and melted and blown to the inner peripheral surface of the bore. In the cylinder block manufacturing method for forming the spray coating on the inner peripheral surface of the bore, the spray material supply device, the working gas supply device, and the power supply device based on the required wear characteristics that change partially in the preset spray coating The thermal spraying conditions are controlled by controlling at least one of the above, and the porosity, oxide amount, and hardness of the thermal spray coating formed on the inner peripheral surface of the bore are controlled.

請求項2に記載の発明は、請求項1のシリンダブロックの製造方法において、 上記溶射条件の制御が、上記溶射材料供給装置による上記プラズマ溶射装置に送給される複数種類の溶射材料の粉末配合比率の制御、上記溶射材料供給装置による溶射材料の粉末の供給量制御、上記溶射材料供給装置による搬送ガス供給量の制御、上記作動ガス供給装置による上記プラズマ溶射装置に供給される作用ガスの種類の切り換え制御、上記作動ガス供給装置による複数の作用ガスの配合比率の制御、上記電力供給装置による上記プラズマ溶射装置に送給される電力供給量の制御の内の少なくとも1つの制御であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the cylinder block manufacturing method according to claim 1, wherein the spraying conditions are controlled by powder blending of a plurality of types of spraying materials supplied to the plasma spraying device by the spraying material supply device. Control of ratio, control of supply amount of sprayed material powder by the spraying material supply device, control of supply amount of carrier gas by the spraying material supply device, kind of working gas supplied to the plasma spraying device by the working gas supply device Switching control, control of the mixing ratio of a plurality of working gases by the working gas supply device, and control of the amount of power supplied to the plasma spraying device by the power supply device. Features.

請求項1の発明によると、予め設定された溶射皮膜の部分的に変化する要求磨耗特性に基づいて溶射条件を制御して、ボア内周面に形成される溶射皮膜の空孔率、酸化物量、硬度を制御することによって、ボア内周面に部分的に変化する磨耗特性が確保できる溶射皮膜が形成されたシリンダブロックを製造することができる。   According to the first aspect of the present invention, the spraying conditions are controlled on the basis of a preset required wear characteristic of the sprayed coating, and the porosity and oxide amount of the sprayed coating formed on the inner peripheral surface of the bore are controlled. By controlling the hardness, it is possible to manufacture a cylinder block formed with a sprayed coating that can ensure a partially changing wear characteristic on the inner peripheral surface of the bore.

請求項2の発明は、請求項1の溶射条件の具体的な制御を例示するものであって、要求磨耗特性に応じて各制御を単独或いは複数の制御を並行して行うことによって要求に応じた磨耗特性を有する溶射皮膜をボア内周面に形成することができる。   The invention of claim 2 exemplifies the specific control of the thermal spraying condition of claim 1, and according to the requirement by performing each control individually or in parallel with a plurality of controls according to the required wear characteristics. A sprayed coating having excellent wear characteristics can be formed on the inner peripheral surface of the bore.

以下、本発明によるシリンダブロックの製造方法の実施の形態を、図1及び図2を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a cylinder block manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本実施の形態に係る溶射皮膜形成装置の概略構成図、図2は溶射皮膜形成装置の要部を示す図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thermal spray coating forming apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a main part of the thermal spray coating forming apparatus.

溶射皮膜形成装置1は、エンジンのシリンダブロック本体に設けられるシリンダライナ101のボア内周面101aに溶射皮膜103を形成するものである。   The spray coating apparatus 1 forms a spray coating 103 on a bore inner peripheral surface 101a of a cylinder liner 101 provided in a cylinder block body of an engine.

この溶射皮膜形成装置1は、シリンダライナ101のボア内周面101aに向けて溶射材料を噴射して溶射皮膜103を形成するプラズマ溶射装置10と、プラズマ溶射装置10に溶射材料の粉末を供給する溶射材料供給装置20と、溶射材料を溶融する電流をプラズマ溶射装置10に印加する電力供給装置30と、溶融した溶射材料を飛行させる作動ガスをプラズマ溶射装置10に供給する作動ガス供給装置40と、溶射材料供給装置20、電力供給装置30及び作動ガス供給装置40の作動を制御する溶射制御装置50と、溶射ガン姿勢制御装置60とを備えている。   The thermal spray coating apparatus 1 sprays a thermal spray material toward the bore inner peripheral surface 101 a of the cylinder liner 101 to form the thermal spray coating 103, and supplies the thermal spray material 10 with powder of the thermal spray material. Thermal spray material supply device 20, electric power supply device 30 that applies a current for melting the thermal spray material to plasma spray device 10, and working gas supply device 40 that supplies a working gas for flying the molten thermal spray material to plasma spray device 10 The thermal spray material supply device 20, the power supply device 30, and the working gas supply device 40 are provided with a thermal spray control device 50 and a thermal spray gun attitude control device 60.

プラズマ溶射装置10は、溶射ガン保持ロボット11と、溶射ガン保持ロボット11に支持されて上下方向に延在する溶射ガン13を支持すると共に、その軸線Lを中心に回転駆動する溶射ガン回転装置12を備え、溶射ガン保持ロボット11によって溶射ガン回転装置12を軸線Lに沿って下降することにより図示しない保持治具にセットされたシリンダライナ101のボア中心線に沿って溶射ガン13の先端がシリンダライナ101のボア102内に挿入される。この溶射ガン保持ロボット11による溶射ガン13の昇降及び下降速度、即ちガン送り速度及び溶射ガン回転装置12による溶射ガン13の回転速度は、予め溶射すべきシリンダライナ101の種類及び仕様に応じて設定された溶射条件に従って溶射ガン姿勢制御装置60からの制御信号によって制御される。   The plasma spraying apparatus 10 supports a spraying gun holding robot 11 and a spraying gun 13 that is supported by the spraying gun holding robot 11 and extends in the vertical direction, and that is rotated around the axis L thereof. The tip of the spray gun 13 is a cylinder along the bore center line of the cylinder liner 101 set in a holding jig (not shown) by lowering the spray gun rotating device 12 along the axis L by the spray gun holding robot 11. It is inserted into the bore 102 of the liner 101. The raising and lowering and lowering speeds of the spray gun 13 by the spray gun holding robot 11, that is, the gun feed speed and the rotation speed of the spray gun 13 by the spray gun rotating device 12 are set in advance according to the type and specification of the cylinder liner 101 to be sprayed. It is controlled by a control signal from the spray gun attitude control device 60 according to the spraying conditions.

溶射材料供給装置20は、異なった複数の種類の溶射材料の粉末、本実施の形態では2種類の溶射材料、即ち比較的低融点の粉末Aと比較的高融点の粉末Bをそれぞれ単独で、或いは設定された配合比率で混合された粉末Aと粉末Bを共に搬送ガスによってプラズマ溶射装置10に送給する。   The thermal spray material supply device 20 is composed of a plurality of different types of thermal spray material powders, in this embodiment, two types of thermal spray materials, that is, a relatively low melting point powder A and a relatively high melting point powder B, respectively. Alternatively, both the powder A and the powder B mixed at the set blending ratio are fed to the plasma spraying apparatus 10 by the carrier gas.

この溶射材料供給装置20における粉末A及び粉末Bの供給量、粉末Aと粉末Bの配合比率、搬送ガスの供給量は、予め溶射すべきシリンダライナ101の種類及び仕様に応じて設定された溶射条件に従って溶射制御装置50からの制御信号によって制御される。   The supply amount of powder A and powder B, the blending ratio of powder A and powder B, and the supply amount of carrier gas in the spray material supply apparatus 20 are set in advance according to the type and specification of the cylinder liner 101 to be sprayed. It is controlled by a control signal from the thermal spray control device 50 according to the conditions.

作動ガス供給装置40は、Ar、N、H等の複数種類の作動ガス、本実施の形態では2種類の第1ガス及び第2ガスをそれぞれ単独で、或いは設定された配合比率で第1ガスと第2ガスをプラズマ溶射装置10に送給する。この作動ガス供給装置40におけるプラズマ溶射装置10へ供給される第1ガスと第2ガスの切り換え、第1ガス及び第2ガスの供給量、第1ガスと第2ガスの配合比率等は、予め溶射すべきシリンダライナ101の種類及び仕様に応じて設定された溶射条件に従って溶射制御装置50からの制御信号によって制御される。 The working gas supply device 40 includes a plurality of kinds of working gases such as Ar, N 2 , and H 2 , and in the present embodiment, the two kinds of first gas and second gas are used alone or in a set blending ratio. One gas and the second gas are supplied to the plasma spraying apparatus 10. The switching between the first gas and the second gas supplied to the plasma spraying device 10 in the working gas supply device 40, the supply amounts of the first gas and the second gas, the blending ratio of the first gas and the second gas, and the like are set in advance. It is controlled by a control signal from the thermal spray control device 50 according to the thermal spraying conditions set according to the type and specification of the cylinder liner 101 to be sprayed.

また、プラズマ溶射装置10に溶射材料を溶融する電流を印加する電力供給装置30からの電気関係制御は、予め溶射すべきシリンダライナ101の種類及び仕様に応じて設定された溶射条件に従って溶射制御装置50からの制御信号に従って行われる。   The electrical control from the power supply device 30 that applies a current for melting the spray material to the plasma spraying device 10 is performed in accordance with the spraying conditions set in accordance with the type and specification of the cylinder liner 101 to be sprayed in advance. This is performed in accordance with a control signal from 50.

次に、このように構成された溶射皮膜形成装置1を用いたシリンダブロックの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the cylinder block using the sprayed-film formation apparatus 1 comprised in this way is demonstrated.

まず、溶射皮膜形成装置1による溶射皮膜103を形成する溶射工程の前処理工程として、溶射皮膜103の密着強さを向上させるために、シリンダライナ101のボア内周面101aに圧縮空気と共に粒状のブラスト材を吹き付けてショットブラスト処理を行い、シリンダライナ101のボア内周面101aを清浄化すると共に粗面化する前処理を施す。   First, as a pretreatment step of the thermal spraying process for forming the thermal spray coating 103 by the thermal spray coating apparatus 1, in order to improve the adhesion strength of the thermal spray coating 103, the bore inner peripheral surface 101a of the cylinder liner 101 is granular with compressed air. A shot blasting process is performed by spraying a blasting material to clean and roughen the bore inner peripheral surface 101a of the cylinder liner 101.

次に、前処理が施されたシリンダライナ101を、溶射皮膜形成装置1の図示しない保持治具にセットする。   Next, the pretreated cylinder liner 101 is set on a holding jig (not shown) of the spray coating apparatus 1.

溶射工程において、プラズマ溶射装置10の溶射ガン保持ロボット11によって溶射ガン13が、保持治具にセットされたシリンダライナ101のボア中心線の同軸上となる所期位置に位置決めする。   In the thermal spraying process, the thermal spray gun holding robot 11 of the plasma thermal spraying apparatus 10 positions the thermal spray gun 13 at an intended position that is coaxial with the bore center line of the cylinder liner 101 set on the holding jig.

そして、図1及び図2に示すように予め設定された溶射条件に従って溶射ガン姿勢制御装置60からの制御信号によって作動制御される溶射ガン保持ロボット11によって溶射ガン13が軸線Lに沿って下降してシリンダライナ101のボア102内に挿入される。更に、溶射ガン13は、溶射ガン回転装置12による回転と溶射ガン保持ロボット11による軸線L方向に沿う送りとが与えられる。   Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the spray gun 13 is lowered along the axis L by the spray gun holding robot 11 that is controlled by a control signal from the spray gun attitude control device 60 in accordance with preset spray conditions. Is inserted into the bore 102 of the cylinder liner 101. Further, the spray gun 13 is given rotation by the spray gun rotating device 12 and feed along the axis L direction by the spray gun holding robot 11.

一方、溶射制御装置50からの制御信号により作動ガス供給装置40から第1ガスまたは第2ガス、或いは第1ガスと第2ガスが設定された配合比率で混合した作動ガスがプラズマ溶射装置10に供給され、かつ電力供給装置30により電流を印加すると作動ガス供給装置40から供給された作動ガスが放電によりプラズマアーク41となって溶射ガン13の先端に開口するノズル13aから高速でシリンダライナ101のボア内周面103aに向かって噴射される。   On the other hand, the working gas in which the first gas or the second gas, or the first gas and the second gas are mixed at a set mixing ratio from the working gas supply device 40 by the control signal from the thermal spray control device 50 is supplied to the plasma spraying device 10. When the current is applied by the power supply device 30 and supplied from the working gas supply device 30, the working gas supplied from the working gas supply device 40 becomes a plasma arc 41 due to discharge, and the nozzle 13 a opened at the tip of the spray gun 13 at high speed. It is injected toward the bore inner peripheral surface 103a.

溶射材料供給装置20から供給される溶射材料の粉末Aまたは粉末B、或いは設定された配合比率で混合された粉末Aと粉末Bは、搬送ガスによって溶射ガン13の先端近傍に送給され、プラズマアーク41によって加熱溶融されて微粒化しつつ飛行してシリンダライナ101のボア内周面101aに溶着する。これによりボア内周面101aに所定厚さの溶射皮膜103が形成される。   The powder A or powder B of the thermal spray material supplied from the thermal spray material supply device 20 or the powder A and the powder B mixed at a set blending ratio are fed to the vicinity of the tip of the thermal spray gun 13 by the carrier gas, and plasma It is heated and melted by the arc 41 and flies while atomizing, and is welded to the bore inner peripheral surface 101 a of the cylinder liner 101. As a result, a sprayed coating 103 having a predetermined thickness is formed on the bore inner peripheral surface 101a.

ここで、溶射皮膜103の空孔率、酸化物量、硬度は溶射途中において溶射制御装置50からの制御信号によって溶射材料供給装置20からプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料を変えることによって、即ち、溶射材料供給装置20からプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料である粉末A、粉末Bのそれぞれを単独、或いは粉末Aと粉末Bを設定された配合比率で混合して供給することによって空孔率、酸化物の生成量、硬度が簡単に制御できる。   Here, the porosity, oxide amount, and hardness of the thermal spray coating 103 are changed by changing the thermal spray material supplied from the thermal spray material supply device 20 to the plasma thermal spray device 10 by a control signal from the thermal spray control device 50 during the thermal spraying, that is, The powder A and the powder B, which are the thermal spray materials supplied from the thermal spray material supply device 20 to the plasma thermal spray device 10, are emptied individually or by mixing and supplying the powder A and the powder B in a set blending ratio. Porosity, oxide production, and hardness can be easily controlled.

また、溶射するときの溶射温度を下げるような溶射条件の変更、例えば、溶射制御装置50からの制御信号によって、電力供給装置30からプラズマ溶射装置10に供給する電流値を下げ、或いは作動ガス供給装置40からプラズマ溶射装置10に供給される作動ガスを、例えば第1ガスがAr(アルゴン)、第2ガスがH(水素)の場合、第2ガスを減少させることによって、或いは第1ガスを増加させることによって溶射皮膜103の空孔率を増加させる制御ができる。また、溶射材料供給装置20からプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料を比較的低融点の粉末Aから比較的高融点の粉末Bに変えることによって粉末の溶融状態が変化して溶射皮膜103の空孔率が増加する。更に、粉末Aと粉末Bの配合比率を比較的低融点の粉末Aが減少し比較的高融点の粉末Bが増加する側に変更することによっても粉末の溶融状態が変化して溶射皮膜103の空孔率が増加する。 Further, by changing the spraying conditions so as to lower the spraying temperature when spraying, for example, the control signal from the spray control device 50 lowers the current value supplied from the power supply device 30 to the plasma spray device 10 or supplies the working gas. For example, when the first gas is Ar (argon) and the second gas is H 2 (hydrogen), the working gas supplied from the apparatus 40 to the plasma spraying apparatus 10 is reduced by reducing the second gas or the first gas. It is possible to control to increase the porosity of the thermal spray coating 103 by increasing. Further, by changing the thermal spray material supplied from the thermal spray material supply apparatus 20 to the plasma thermal spray apparatus 10 from the powder A having a relatively low melting point to the powder B having a relatively high melting point, the molten state of the powder is changed and the thermal spray coating 103 is formed. Porosity increases. Further, by changing the blending ratio of the powder A and the powder B to the side where the powder A having a relatively low melting point is decreased and the powder B having a relatively high melting point is increased, the molten state of the powder is changed. Porosity increases.

一方、溶射するときの溶射温度を上げるような溶射条件の変更、例えば、溶射制御装置50からの制御信号によって、電力供給装置30からプラズマ溶射装置10に供給する電流値を上げ、或いは作動ガス供給装置40からプラズマ溶射装置10に供給される作動ガスの第2ガスを増加することによって、或いは第1ガスを減少させることによって溶射皮膜103の空孔率を低減することができる。また、溶射材料供給装置20からプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料を比較的高融点の粉末Bから比較的低融点の粉末Aに変えることによって、更に、粉末Aと粉末Bの配合比率を比較的低融点の粉末Aが増加し比較的高融点の粉末Bが減少する側に変更することによって溶射皮膜103の空孔率を低減することができる。   On the other hand, the current value supplied from the power supply device 30 to the plasma spraying device 10 is increased or the working gas is supplied by changing the spraying conditions so as to increase the spraying temperature when spraying, for example, by a control signal from the spraying control device 50. The porosity of the thermal spray coating 103 can be reduced by increasing the second gas of the working gas supplied from the apparatus 40 to the plasma spraying apparatus 10 or by decreasing the first gas. Further, by changing the thermal spray material supplied from the thermal spray material supply apparatus 20 to the plasma thermal spray apparatus 10 from the relatively high melting point powder B to the relatively low melting point powder A, the blending ratio of the powder A and the powder B is further increased. The porosity of the thermal spray coating 103 can be reduced by changing to the side where the powder A having a relatively low melting point increases and the powder B having a relatively high melting point decreases.

なお、溶射材料供給装置20における搬送ガスを増加させることによってプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料を増加させ、或いは溶射ガン保持ロボット11による溶射ガン13の送り速度を減速及び溶射ガン回転装置12による溶射ガン13の回転速度を減速することで、溶射皮膜13の厚さが増大制御される。   In addition, the spraying material supplied to the plasma spraying device 10 is increased by increasing the carrier gas in the spraying material supply device 20, or the feed rate of the spraying gun 13 by the spraying gun holding robot 11 is reduced and the spraying gun rotating device 12. The thickness of the thermal spray coating 13 is controlled to increase by decelerating the rotational speed of the thermal spray gun 13.

一方、溶射材料供給装置20における搬送ガスを減少させることによってプラズマ溶射装置10に供給される溶射材料を減少し、或いは溶射ガン保持ロボット11による溶射ガン13の送り速度を増速及び溶射ガン回転装置12による溶射ガン13の回転速度を増速することで、溶射皮膜13の厚さが減少制御される。   On the other hand, the spraying material supplied to the plasma spraying device 10 is decreased by reducing the carrier gas in the spraying material supply device 20, or the feed rate of the spraying gun 13 by the spraying gun holding robot 11 is increased and the spraying gun rotating device. By increasing the rotational speed of the thermal spray gun 13 by 12, the thickness of the thermal spray coating 13 is controlled to decrease.

従って、プラズマ溶射装置10の溶射ガン13を軸線L方向に送りながら回転を与え、シリンダライナ101のボア内周面101aに溶射材料を溶着させて溶射皮膜103を形成する溶射工程において、予め実験やシミュレーション等によって設定された溶射皮膜103の部分的に変化する要求磨耗特性に基づいて、溶射条件を制御して溶射皮膜103の空孔率、酸化物量、硬度の制御が可能になり、要求に応じた磨耗特性を有する溶射皮膜103をボア内周面101aに形成することができる。   Therefore, in the spraying process in which the spraying gun 13 of the plasma spraying device 10 is rotated while being fed in the direction of the axis L, and the spraying material is welded to the bore inner peripheral surface 101a of the cylinder liner 101 to form the sprayed coating 103, an experiment or Based on the partially changed required wear characteristics of the thermal spray coating 103 set by simulation or the like, it becomes possible to control the porosity, oxide amount and hardness of the thermal spray coating 103 by controlling the thermal spraying conditions. A sprayed coating 103 having wear characteristics can be formed on the bore inner peripheral surface 101a.

即ち、予め実験やシミュレーション等によって設定された溶射皮膜103の部分的に変化する要求磨耗特性に基づく溶射制御装置50から制御信号により、溶射材料供給装置20によるプラズマ溶射装置10に送給される溶射材料の粉末Aと粉末Bの粉末配合比率の制御、溶射材料の粉末A及び粉末Bのプラズマ溶射装置10への供給量の制御、搬送ガス供給量の制御、作動ガス供給装置40によるプラズマ溶射装置10に供給される第1ガスと第2ガスとの切り換え制御、プラズマ溶射装置10に供給される第1ガスと第2ガスの供給量の制御、電力供給装置30によるプラズマ溶射装置10に送給される電力供給量の各制御の1つ或いはこれら制御の内の適宜複数の制御を並行して行うことによって、更に溶射ガン姿勢制御装置60からの制御信号によってプラズマ溶射装置10の溶射ガン保持ロボット11による溶射ガン13の送り速度及び溶射ガン回転装置12による溶射ガン13の回転速度を制御することによって溶射皮膜103の空孔率、酸化物量、硬度の制御が可能になり、要求に応じた磨耗特性を有する溶射皮膜103をボア内周面101aに形成することができる。   That is, the thermal spray supplied to the plasma spraying apparatus 10 by the thermal spray material supply apparatus 20 by a control signal from the thermal spray control apparatus 50 based on the required wear characteristics that partially change of the thermal spray coating 103 set in advance by experiments or simulations. Control of powder mixing ratio of powder A and powder B of material, control of supply amount of powder A and powder B of sprayed material to plasma spraying device 10, control of supply amount of carrier gas, plasma spraying device by working gas supply device 40 10, switching control between the first gas and the second gas supplied to 10, control of the supply amounts of the first gas and the second gas supplied to the plasma spraying device 10, and supply to the plasma spraying device 10 by the power supply device 30. By performing one of each control of the supplied power amount or a plurality of appropriate controls among these controls in parallel, the spray gun attitude control device 60 further By controlling the feed rate of the spray gun 13 by the spray gun holding robot 11 of the plasma spray device 10 and the rotation speed of the spray gun 13 by the spray gun rotating device 12 according to the control signal, the porosity, oxide amount and hardness of the spray coating 103 are controlled. Therefore, it is possible to form the sprayed coating 103 having wear characteristics according to the demand on the bore inner peripheral surface 101a.

このボア内周面101aの溶射皮膜103が形成されたシリンダライナ101は、鋳包み工程において、アルミニウム合金等のシリンダブロック本体に鋳包まれてシリンダブロックが形成され、これにより、ボア内周面101aの部分的な変化を有する磨耗特性が確保できるシリンダブロックが得られる。   The cylinder liner 101 on which the thermal spray coating 103 of the bore inner peripheral surface 101a is formed is cast into a cylinder block body made of an aluminum alloy or the like in a casting process to form a cylinder block, whereby the bore inner peripheral surface 101a. A cylinder block can be obtained that can ensure wear characteristics having partial changes in the following.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態で溶射材料が粉末Aと粉末Bの2種類の場合を例に説明したが3種類以上の異なった複数種であってもよい。同様に作動ガスが第1ガスと第2ガスの2種類の場合を例に説明したが3種類以上の異なった複数種に設定することもできる。更に、上記実施の形態では、シリンダライナ101のボア内周面101aに溶射皮膜103を形成する場合を例に説明したが、シリンダライナを用いることなくシリンダブロック本体にボアを形成したボア内周面に上記同様に溶射皮膜103を形成することもできる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the thermal spray materials are two types of powder A and powder B has been described as an example, but three or more different types may be used. Similarly, the case where the working gas is two types of the first gas and the second gas has been described as an example, but three or more different types can be set. Furthermore, in the above embodiment, the case where the sprayed coating 103 is formed on the bore inner peripheral surface 101a of the cylinder liner 101 has been described as an example. However, the bore inner peripheral surface in which the bore is formed in the cylinder block body without using the cylinder liner. Alternatively, the thermal spray coating 103 can be formed in the same manner as described above.

本発明に係るシリンダブロックの製造方法の実施の形態を説明する溶射皮膜形成装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermal spray coating formation apparatus explaining embodiment of the manufacturing method of the cylinder block which concerns on this invention. 溶射皮膜形成装置の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of a thermal spray coating formation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 溶射皮膜形成装置
10 プラズマ溶射装置
11 溶射ガン保持ロボット
12 ガン回転装置
13 溶射ガン
13a ノズル
20 溶射材料供給装置
30 電力供給装置
40 作動ガス供給装置
41 プラズマアーク
50 溶射制御装置
60 溶射ガン姿勢制御装置
101 シリンダライナ
101a ボア内周面
102 ボア
103 溶射皮膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal spray coating apparatus 10 Plasma spray apparatus 11 Thermal spray gun holding robot 12 Gun rotation apparatus 13 Thermal spray gun 13a Nozzle 20 Thermal spray material supply apparatus 30 Electric power supply apparatus 40 Working gas supply apparatus 41 Plasma arc 50 Thermal spray control apparatus 60 Thermal spray gun attitude control apparatus 101 Cylinder liner 101a Bore inner peripheral surface 102 Bore 103 Thermal spray coating

Claims (2)

プラズマ溶射装置と、異なった複数種類の溶射材料の粉末を搬送ガスによって上記プラズマ溶射装置に送給する溶射材料供給装置と、異なった複数種類の作動ガスを上記プラズマ溶射装置に送給する作動ガス供給装置と、上記プラズマ溶射装置に電力供給する電力供給装置とを備え、上記作動ガス供給装置から上記プラズマ溶射装置に供給された作動ガスが上記電力供給装置から供給される電流の印加による放電によってプラズマアークとなって上記プラズマ溶射装置の溶射ガンに開口するノズルから噴射され、該ノズルから噴射するプラズマアークによって上記溶射材料供給装置からプラズマ溶射装置に送給された溶射材料の粉末を加熱溶融してボア内周面に吹き付けてボア内周面に溶射皮膜を形成するシリンダブロックの製造方法において、
予め設定された溶射皮膜の部分的において変化する要求磨耗特性に基づく上記溶射材料供給装置、作動ガス供給装置、電力供給装置の少なくとも1つの制御により溶射条件を制御してボア内周面に形成される溶射皮膜の空孔率、酸化物量、硬度を制御することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
A plasma spraying device, a thermal spray material supply device that feeds powders of different types of thermal spray materials to the plasma thermal spray device by a carrier gas, and a working gas that delivers different types of working gases to the plasma thermal spray device A supply device and a power supply device for supplying power to the plasma spraying device, wherein the working gas supplied from the working gas supply device to the plasma spraying device is discharged by applying a current supplied from the power supply device. A plasma arc is sprayed from a nozzle that opens to a spray gun of the plasma spraying device, and the sprayed material powder is heated and melted from the spraying material supply device to the plasma spraying device by the plasma arc sprayed from the nozzle. In the manufacturing method of a cylinder block, sprayed on the inner peripheral surface of the bore to form a sprayed coating on the inner peripheral surface of the bore ,
It is formed on the inner peripheral surface of the bore by controlling the spraying condition by controlling at least one of the above-mentioned sprayed material supply device, working gas supply device, and power supply device based on the required wear characteristics that change partially in the preset sprayed coating. A method for producing a cylinder block, comprising controlling the porosity, oxide amount, and hardness of a thermal spray coating.
上記溶射条件の制御が、
上記溶射材料供給装置による上記プラズマ溶射装置に送給される複数種類の溶射材料の粉末配合比率の制御、上記溶射材料供給装置による溶射材料の粉末の供給量制御、上記溶射材料供給装置による搬送ガス供給量の制御、上記作動ガス供給装置による上記プラズマ溶射装置に供給される作用ガスの種類の切り換え制御、上記作動ガス供給装置による複数の作用ガスの配合比率の制御、上記電力供給装置による上記プラズマ溶射装置に送給される電力供給量の制御の内の少なくとも1つの制御であることを特徴とする請求項1に記載のシリンダブロックの製造方法。
Control of the above spraying conditions
Control of the powder blending ratio of a plurality of types of thermal spray materials fed to the plasma spraying device by the thermal spray material supply device, control of the amount of powder sprayed by the thermal spray material supply device, and carrier gas by the thermal spray material supply device Control of supply amount, switching control of the type of working gas supplied to the plasma spraying device by the working gas supply device, control of a mixture ratio of a plurality of working gases by the working gas supply device, and the plasma by the power supply device 2. The method of manufacturing a cylinder block according to claim 1, wherein the control is at least one of control of the amount of electric power supplied to the thermal spraying device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010665A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Coating a piston running surface of a cylinder bore of an internal combustion engine of a motor vehicle

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