專利名稱：金屬墊片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬墊片(metal gasket)的制造方法，尤其適用于制造內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋(cylinder head)所用的金屬墊片。
背景技術(shù)：
關(guān)于金屬墊片，例如，眾所周知的有氣缸蓋所用金屬墊片，所述金屬墊片具有單片、或者多片疊層的基板，所述基板是在作為金屬板的不銹鋼板的表面上，涂敷橡膠涂層而形成的至少一片基板，且具備作為流體通道孔的氣缸孔和角形截面的環(huán)形凸筋(annular bead)，其中，所述氣缸孔是對應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)中氣缸體(cylinder block)的各缸徑(cylinderbore)而形成的，而所述環(huán)形凸筋形成在所述各氣缸孔的周圍。
所述氣缸蓋所用金屬墊片，插入內(nèi)燃機(jī)的氣缸體和氣缸蓋的接合面(deck)之間，由用于將氣缸蓋固定在氣缸體上的緊固螺栓所固緊，當(dāng)環(huán)形凸筋彈性變形時(shí)，利用彈力牢固地接觸氣缸蓋與氣缸體的接合面，由此，在與各缸徑相對應(yīng)的氣缸孔的周圍形成密封線(seal line)，用于阻止缸徑內(nèi)高溫高壓的燃燒氣體漏出到外部；并且，伴隨用以使內(nèi)燃機(jī)的輸出增大的燃燒氣體最高壓的增高，通常是，將副板重疊在基板上，形成段差結(jié)構(gòu)，由此，提高環(huán)形凸筋的線壓力，以提升密封性能，其中，所述副板對應(yīng)于基板的環(huán)形凸筋的部分的板厚度厚于墊片的周邊部分。而且，涂敷在構(gòu)成金屬墊片的不銹鋼板的表面上的橡膠涂層，通過進(jìn)入并填埋殘留在氣缸蓋及氣缸體的接合面中的細(xì)微工具痕或劃傷內(nèi)，而起到提高環(huán)形凸筋的密封性能的作用。
然而，近年來，伴隨內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)一步輕質(zhì)化及小型化，要求金屬墊片即便是減少所述段差結(jié)構(gòu)的必需段差量、或者取消段差，使得環(huán)形凸筋的線壓力降低，也能夠密封住高壓燃燒氣體的最高壓，但若為了滿足此要求，而使用高硬度的金屬板并且增大環(huán)形凸筋的上升角度，以使環(huán)形凸筋即便變形也較難蠕變，則存在下述問題當(dāng)進(jìn)行環(huán)形凸筋的沖壓加工時(shí)，環(huán)形凸筋的底邊會(huì)產(chǎn)生裂縫或微裂紋，并且當(dāng)將墊片裝入內(nèi)燃機(jī)中，因燃燒氣體反復(fù)施加的壓力使得氣缸體與氣缸蓋的接合面之間的空隙時(shí)而打開時(shí)而閉合，即通過所謂反復(fù)開啟而交替施加負(fù)荷時(shí)，所述微裂紋將會(huì)發(fā)展成為裂縫。
因此，之前，本申請案申請人等在國際公開WO 02/088410號(hào)手冊中，提出了下述方法使用具有低溫時(shí)效硬化特性的不銹鋼板，作為基板的金屬板，所述不銹鋼板最初硬度較低，但當(dāng)以200℃～350℃左右相對較低的處理溫度，作為時(shí)效硬化溫度，進(jìn)行時(shí)效硬化時(shí)硬度將提高；并且，在對橡膠涂層進(jìn)行加熱處理(煅燒)之前，進(jìn)行環(huán)形凸筋的沖壓加工，以防止進(jìn)行環(huán)形凸筋的沖壓加工時(shí)，因其硬度較低而引起環(huán)形凸筋局部產(chǎn)生裂縫或裂紋，并結(jié)合此后對橡膠涂層的加熱處理，使金屬板時(shí)效硬化，由此，制造出具有即使變形也較難蠕變的環(huán)形凸筋的金屬墊片。
但是，針對所述先前的金屬墊片的制造方法，本申請案發(fā)明人進(jìn)一步進(jìn)行了反復(fù)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)下述方面需要改良。即，當(dāng)為內(nèi)燃機(jī)所用的金屬墊片時(shí)，由于所述燃燒氣體的反復(fù)壓力造成反復(fù)開啟，使得環(huán)形凸筋反復(fù)地時(shí)而變形、時(shí)而稍微復(fù)原等，因此，環(huán)形凸筋也將向墊片的延伸方向產(chǎn)生微小的反復(fù)往返滑動(dòng)(所謂微動(dòng)磨損(fretting))，所以當(dāng)橡膠涂層未與基板的金屬板牢固地粘接時(shí)，橡膠涂層的部分橡膠材料會(huì)從所述金屬板上剝落，而剝落的橡膠材料有可能混進(jìn)冷卻水中，堵塞住冷卻水通道的較窄部分，導(dǎo)致冷卻性能下降。
因此，近年在制造金屬墊片時(shí)，有時(shí)采用下述方式在從卷材(coiledmaterial)(帶(hoop)材)拉出的不銹鋼板的表面上，實(shí)施連續(xù)處理，首先，涂敷底涂料(priming)，并在約300℃下對其加熱煅燒60秒左右，其次，在所述底涂料上涂敷粘合劑(adhesive agent)，并在約150℃下對其加熱90秒左右使之干燥后，在約300℃下加熱煅燒90秒左右，接著，在所述粘合劑上涂敷橡膠材料，并在約150℃下對其加熱90秒左右使之干燥后，在約270℃下加熱煅燒90秒左右，由此，使橡膠涂層牢固地粘接在不銹鋼板上，此后，為防止磨損，在所述橡膠涂層上涂敷PTFE(Polytetra Fluoroethylene，聚四氟乙烯)，并在約100℃下對其加熱10秒左右使之干燥，最后，將所述不銹鋼板切割成預(yù)定尺寸，作為基板的加壓成形用的坯材(blank material)。
由此可知，即使是在進(jìn)行橡膠涂層的加熱處理之前沖壓加工環(huán)形凸筋，若所述沖壓加工是在所述底涂料煅燒或粘合劑煅燒之后，也可能會(huì)因所述煅燒，使不銹鋼板已經(jīng)時(shí)效硬化，而無法有效地防止環(huán)形凸筋的底邊產(chǎn)生裂縫或裂紋。而且，若金屬板的時(shí)效硬化處理溫度過高，則將容易產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，因而金屬板的時(shí)效硬化處理溫度越低越好，而與此相對，如上所述一樣對橡膠涂層的加熱處理，通常是在大于等于250℃的溫度下進(jìn)行，而對底涂料的煅燒，只要是在大于等于200℃且小于250℃的溫度下加熱1分鐘左右即可。并且，已經(jīng)證實(shí)，一旦發(fā)生時(shí)效硬化后，即便在稍高的溫度下進(jìn)行再次加熱，實(shí)際上也并無影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，根據(jù)本申請案發(fā)明人的所述知識(shí)見解，有效地解決所述傳統(tǒng)技術(shù)的問題，而本發(fā)明的金屬墊片的制造方法的特征在于金屬墊片包括如下基板，所述基板是在金屬板的表面上，隔著底涂料及粘合劑來涂敷橡膠涂層而形成的，且此基板至少具備流體通道孔及環(huán)繞所述流體通道孔的環(huán)形凸筋，而在制造所述金屬墊片時(shí)，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為所述基板的金屬板，并向所述基板的金屬板上涂敷所述底涂料，在低于所述金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度的溫度下使底涂料干燥后，在所述金屬板上進(jìn)行所述環(huán)形凸筋的沖壓加工，此后，在所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度下，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化。
根據(jù)所述本發(fā)明的金屬墊片的制造方法，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為下述基板的金屬板，所述基板是在金屬板的表面上，隔著底涂料及粘合劑涂敷橡膠涂層而形成的，在所述制造方法中，通過向所述基板的金屬板上涂敷所述底涂料，在低于所述金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度的溫度下使底涂料干燥，而使底涂料在某種程度上固定之后，在所述金屬板上進(jìn)行所述環(huán)形凸筋的沖壓加工，此后，在所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度下，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化；因此，由于是在硬度仍然較低的狀態(tài)下，在金屬板上沖壓加工環(huán)形凸筋，所以即使增大環(huán)形凸筋的上升角度，也可以有效地防止環(huán)形凸筋的底邊產(chǎn)生裂縫或裂紋，而且，由于結(jié)合此后對底涂料的煅燒而使金屬板時(shí)效硬化，以提高硬度，所以能夠制造出具有即使變形也較難蠕變的環(huán)形凸筋的金屬墊片。
并且，根據(jù)本發(fā)明的金屬墊片的制造方法，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，通過溫度可以低于橡膠涂層的加熱處理溫度的底涂料煅燒，而進(jìn)行時(shí)效硬化處理，因此，能夠防止產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，從而可以制造出持久性優(yōu)異的金屬墊片。
進(jìn)而，若涂敷底涂料時(shí)，金屬板上已經(jīng)存在環(huán)形凸筋的凸部，則干燥前的底涂料容易沿著所述凸部的斜面流動(dòng)，所以底涂料容易積留在凸部的底邊附近，因此底涂料容易出現(xiàn)不均勻的涂布狀態(tài)，但是，根據(jù)本發(fā)明的金屬墊片的制造方法，向平坦的金屬板上涂敷底涂料，使所述底涂料干燥而在某種程度上固定之后，在所述金屬板上進(jìn)行環(huán)形凸筋的沖壓加工，因此，相比較于在對金屬板進(jìn)行環(huán)形凸筋的沖壓加工后再涂敷底涂料的情況，由于底涂料不會(huì)滴落或積留，所以底涂料不會(huì)出現(xiàn)不均勻的涂布狀態(tài)，因而，可以使橡膠涂層的粘接強(qiáng)度總是為穩(wěn)定強(qiáng)度。
另外，本發(fā)明的金屬墊片的制造方法中，較好的是，在所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度下，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化后，預(yù)置(preset)所述環(huán)形凸筋。這樣，在進(jìn)行下述預(yù)置之前，即，一旦壓模按壓到加壓成形在毛坯板上的環(huán)形凸筋，所述凸筋會(huì)因反彈力而復(fù)原之前，已經(jīng)完成了對底涂料的煅燒，所以即使在進(jìn)行此預(yù)置時(shí)因壓模產(chǎn)生摩擦，也可以防止底涂料剝落。
而且，本發(fā)明的金屬墊片的制造方法中，所述金屬墊片進(jìn)一步包括副板，所述副板由不具橡膠涂層的金屬板所構(gòu)成，且至少具有流體通道孔以及環(huán)繞所述流體通道孔的環(huán)形凸筋，在此情形下，較好的是，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為所述副板的金屬板，在對所述副板的金屬板進(jìn)行所述環(huán)形凸筋的沖壓加工之后，在所述副板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度下使所述金屬板時(shí)效硬化。這樣，由于基板的環(huán)形凸筋和副板的環(huán)形凸筋被疊層在一起，所以即便并未那么增大基板與副板中各個(gè)環(huán)形凸筋的上升角度，也可以增大墊片的環(huán)形凸筋部分的彈性變形量，并且即使是在因流體通道孔內(nèi)的高壓力而使得墊片安裝面之間的空隙增大的情況下，也可以維持環(huán)形凸筋的線壓力，以發(fā)揮高密封性能。
進(jìn)而，本發(fā)明的金屬墊片的制造方法中，較好的是，設(shè)置使所述具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板時(shí)效硬化的處理?xiàng)l件，為溫度大于等于200℃且小于250℃，時(shí)間大于等于1分鐘且小于等于5分鐘。這樣，因?yàn)槭窃谶M(jìn)行溫度低于橡膠涂層的加熱處理的底涂料煅燒時(shí)，進(jìn)行時(shí)效硬化處理，所以可以防止產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，從而可以制造出持久性優(yōu)異的金屬墊片。
進(jìn)而，本發(fā)明的金屬墊片的制造方法中，較好的是，所述具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板是例如相當(dāng)于SUS301L的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板，所述不銹鋼板在制造所述金屬板的最后階段，因平整冷軋(temperrolling)而誘發(fā)了大量的馬氏體相變(martensitic transformation)(例如，在為馬氏體(martensite)與殘余奧氏體(austenite)的復(fù)合組織的情況下面積比大于等于40％，或者為馬氏體單相組織)。所述不銹鋼板相對廉價(jià)，并且因?yàn)槭峭ㄟ^在相對較低溫度下進(jìn)行時(shí)效硬化處理而使氮化鉻從平整冷軋所誘發(fā)的馬氏體相中析出，所以使得所述馬氏體相大量存在，由此，相對于所述不銹鋼板在時(shí)效硬化前具有HV480左右的硬度，所述不銹鋼板在時(shí)效硬化后則可具有大于等于HV500的極高硬度。
并且，本發(fā)明的金屬墊片的制造方法中，較好的是，所述金屬墊片為內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋所用金屬墊片。原因是由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋所用金屬墊片尤其是曝露在高溫高壓的流體氣體中，所以環(huán)形凸筋容易蠕變，與此相對，若采用本發(fā)明的方法進(jìn)行制造，則可以獲得即便是在那樣惡劣的條件下，也能長期維持高密封性能的墊片。


圖1是表示將本發(fā)明的金屬墊片的制造方法應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋所用金屬墊片的制造工藝中的一個(gè)實(shí)施例的工序圖。
圖2是表示使用所述實(shí)施例的金屬墊片的制造方法而制造的氣缸蓋所用金屬墊片中從氣缸孔到墊片外邊緣的截面形狀的截面圖。
圖3是表示不銹鋼板的時(shí)效處理溫度與硬度之間關(guān)系的關(guān)系線圖，所述不銹鋼板是用作所述實(shí)施例的金屬墊片的制造方法中所使用的具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板。
圖4(a)是常態(tài)下的試樣拉伸測試的結(jié)果特性圖；圖4(b)是將試樣浸漬在高壽冷卻液為50％、水為50％的浸漬液(100℃)中120小時(shí)后，在常溫下進(jìn)行試樣拉伸測試后的結(jié)果特性圖；圖4(c)是將試樣浸漬在高壽冷卻液為100％的浸漬液(100℃)中120小時(shí)后，在常溫下進(jìn)行試樣拉伸測試后的結(jié)果特性圖。
圖5(a)是將試樣浸漬在溫水(95℃)中120小時(shí)后，在常溫下進(jìn)行試樣拉伸測試后的結(jié)果特性圖；圖5(b)是將試樣放置在200℃的空氣中72小時(shí)后，在常溫下進(jìn)行試樣拉伸測試后的結(jié)果特性圖。
1金屬墊片2主板2 a、3a氣缸孔2b、3 b環(huán)形凸筋2c外周凸筋3副板具體實(shí)施方式
以下，根據(jù)圖式，通過實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此處，圖1是表示將本發(fā)明的金屬墊片的制造方法應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋所用金屬墊片的制造工藝中的一個(gè)實(shí)施例的工序圖，圖2是表示使用所述實(shí)施例的金屬墊片的制造方法而制造的氣缸蓋所用金屬墊片中從氣缸孔到墊片外周緣的截面形狀的截面圖，而圖3是表示不銹鋼板的時(shí)效處理溫度與硬度之間關(guān)系的關(guān)系線圖，所述不銹鋼板是用作所述實(shí)施例的金屬墊片的制造方法中具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，圖中，符號(hào)1表示金屬墊片，符號(hào)2表示作為基板的主板，符號(hào)3表示副板。
如圖2所示，采用所述實(shí)施例的方法而制造的氣缸蓋所用金屬墊片1，具有兩片作為基板的主板2，兩片主板2以相互對應(yīng)的凸筋彼此向同一方向突出的朝向而相互重疊，而所述兩片主板2，各自包含如下所述的不銹鋼板，所述不銹鋼板是在朝外的面及朝內(nèi)的面這兩個(gè)表面上，涂敷了例如由層厚度為15μm、硬度為81Hs(肖氏硬度，Shore Hardness)的NBR(Nitrile Butadiene Rubber，丁腈橡膠)所組成的橡膠涂層，且所述不銹鋼板具有低溫時(shí)效硬化特性(例如板厚為0.2mm、具有相當(dāng)于SUS 301L的基本成分組成的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板)，并且，所述兩個(gè)主板2各自包括多個(gè)氣缸孔2a、環(huán)形凸筋2b、未圖示的多個(gè)冷卻水孔、以及外周凸筋2c，其中，多個(gè)氣缸孔2a是分別對應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的多個(gè)缸徑而形成的，環(huán)形凸筋2b形成于各氣缸孔2a的周圍且截面形狀為角形(所謂的全凸筋(full bead)形狀)，多個(gè)冷卻水孔對應(yīng)于所述內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的冷卻水套及氣缸蓋的冷卻水孔的位置且形成在各環(huán)形凸筋2b的外側(cè)周圍，外周凸筋2c形成在整個(gè)包圍多個(gè)環(huán)形凸筋2b及位于所述多個(gè)環(huán)形凸筋2b周圍的多個(gè)冷卻水孔的位置處且截面形狀為單斜面形(所謂的半凸筋(half bead)形狀)。
如圖2所示，采用所述實(shí)施例的方法而制造的氣缸蓋所用金屬墊片1，進(jìn)而包括夾在兩片主板2之間的一片副板3，而副板3包含如下所述的不銹鋼板，所述不銹鋼板的兩個(gè)表面上雖然并不具備橡膠涂層，卻與主板2具有相同的低溫時(shí)效硬化特性(例如板厚為0.15mm、具有相當(dāng)于SUS 301L的基本成分組成的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板)，并且，與主板2一樣，副板3包含多個(gè)氣缸孔3a、環(huán)形凸筋3b、以及未圖示的多個(gè)冷卻水孔，但并不具備相當(dāng)于主板2的外周凸筋2c的外周凸筋，其中，多個(gè)氣缸孔3a是分別對應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的多個(gè)缸徑而形成的，環(huán)形凸筋3b形成于各氣缸孔2a的周圍且截面形狀為角形(所謂的全凸筋形狀)，多個(gè)冷卻水孔對應(yīng)于所述內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的冷卻水套及氣缸蓋的冷卻水孔的位置且形成在各環(huán)形凸筋3b的外側(cè)周圍。
另外，在此實(shí)施例的方法中，可用于主板2及副板3的所述亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板的化學(xué)組成，以wt％(質(zhì)量百分比)表示，本質(zhì)上包括C小于等于0.03％、Si小于等于1.0％、Mn小于等于2.0％、Cr大于等于16.0％且小于等于18.0％、Ni大于等于6.0％且小于等于8.0％、N小于等于0.2 5％，在某些情況下，還包括Nb小于等于0.30％、殘余Fe以及無法避免的雜質(zhì)，并且，所述亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板是由馬氏體與殘余奧氏體的復(fù)合組織、或者馬氏體單相組織所組成的，其中，所述復(fù)合組織是在制造所述不銹鋼板的最后階段，因平整冷軋而被調(diào)質(zhì)的、面積比大于等于40％的馬氏體與殘余奧氏體的復(fù)合組織；有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容，已揭示于前文所述的國際公開WO 02/088410號(hào)手冊中，因而此處省略說明。
當(dāng)制造具有所述三片疊層結(jié)構(gòu)的氣缸蓋所用金屬墊片1時(shí)，若使用本實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，則如圖1所示，關(guān)于主板2，首先，在步驟S1中，從不銹鋼卷材(帶材)中連續(xù)地拉出所述不銹鋼板，在步驟S2中，使用滾筒，在所述不銹鋼板的兩個(gè)表面涂敷由通常材料組成的底涂料，接著，在步驟S3中，在100℃下對所述底涂料加熱90秒鐘，進(jìn)行連續(xù)干燥，使所述底涂料大致固定在所述不銹鋼板的兩個(gè)表面上，接下來，在步驟S4中，使用級(jí)進(jìn)沖壓模(progressive pressdie)，連續(xù)地對所述不銹鋼板進(jìn)行切割加工(毛坯(blank)切割)，將所述不銹鋼板切割成具有與各個(gè)主板2相對應(yīng)的預(yù)定尺寸的毛坯板，并在切割成毛坯板之后的工序中，對毛坯板進(jìn)行用于定位的定位銷孔(knock hole)及鉆孔(bore hole)的沖壓加工。
然后，在這之后，不進(jìn)行連續(xù)處理，而變成分批處理，即，接下來，在步驟S5中，使用壓模，在所述毛坯板的各鉆孔的周圍，加壓成形所述環(huán)形凸筋2b，并且在所述毛坯板的周邊部，加壓成形所述外周凸筋2c，接著，在步驟S6中，在200℃下對所述毛坯板加熱1分鐘，從而在煅燒所述毛坯板的兩個(gè)表面上的底涂料的同時(shí)，使所述毛坯板時(shí)效硬化。此處，如圖3所示，所述不銹鋼板，通過在時(shí)效處理溫度為200℃到250℃下加熱1分鐘到5分鐘左右，而大致達(dá)到維氏硬度(Vickers hardness)HV520，因而通過所述加熱，使毛坯板、進(jìn)而使主板2維持著所謂HV520的極高硬度。
接下來，在本實(shí)施例的方法中的步驟S7中，進(jìn)行預(yù)置，即，一旦壓模按壓到加壓成形在毛坯板上的各環(huán)形凸筋2b及外周凸筋2c，所述多個(gè)凸筋會(huì)因反彈力而復(fù)原。另外，在本實(shí)施例的方法中，由于在進(jìn)行此預(yù)置前已經(jīng)完成了對底涂料的煅燒，所以不必?fù)?dān)心此預(yù)置會(huì)使底涂料剝落。接著，在此方法的步驟S8中，首先，在所述毛坯板的一側(cè)表面的底涂料上，涂敷由通常材料所組成的粘合劑，然后，在步驟S9中，在130℃下，對所述所涂敷的粘合劑加熱10分鐘使之干燥，并再次返回到步驟S8中，這一次，在所述毛坯板的另一側(cè)表面的底涂料上，涂敷所述粘合劑，然后，在步驟S9中，在130℃下，對所述所涂敷的粘合劑加熱10分鐘使之干燥，此后，在步驟S10中，在200℃下，對所述兩個(gè)表面的底涂料上的粘合劑加熱煅燒5分鐘。
接下來，在此方法的步驟S11中，首先，在所述毛坯板的一側(cè)表面的粘合劑上，涂敷由如上所述一樣的材料所組成的橡膠材料，接著，在步驟S12中，在130℃下，對所述所涂敷的橡膠材料加熱30分鐘以使之干燥，并再次返回到步驟S11中，這一次，在所述毛坯板的另一側(cè)表面的粘合劑上，涂敷所述橡膠材料，然后，在步驟S12中，在130℃下，對所述所涂敷的橡膠材料加熱30分鐘以使之干燥，此后，在步驟S13中，在250℃下，對所述兩個(gè)表面的粘合劑上的橡膠材料加熱煅燒5分鐘，由此，形成牢固粘接在所述坯材兩個(gè)表面上的橡膠涂層。
接下來，在此方法的步驟S14中，首先，在所述毛坯板的一側(cè)橡膠涂層上，涂敷由通常材料所組成的PTFE(聚四氟乙烯)，接著，在步驟S15中，在100℃下，對所述所涂敷的PTFE加熱10秒鐘以使之干燥，并再次返回到步驟S14中，這一次，在所述毛坯板的另一側(cè)橡膠涂層上涂敷所述PTFE，然后，在步驟S15中，在100℃下對所述所涂敷的PTFE加熱10秒鐘以使之干燥，此后，在步驟S16中，使用壓模，將所述坯材切割成主板2的外形，并且，在所述主板2上穿孔成形各氣缸孔2a，進(jìn)而，穿孔加工所述冷卻水孔或緊固螺栓用的螺栓孔、以及鉚釘孔(eyelethole)等。
另一方面，關(guān)于副板3，由于并未設(shè)置橡膠涂層，因此，首先，在步驟S17中，與前面的步驟S1相同，從不銹鋼卷材(帶材)中連續(xù)拉出所述不銹鋼板，接著，在步驟S18中，與前面的步驟S4相同，使用級(jí)進(jìn)沖壓模，連續(xù)地對所述不銹鋼板進(jìn)行切割加工(毛坯切割)，將所述不銹鋼板切割成具有與各個(gè)副板3相對應(yīng)的預(yù)定尺寸的毛坯板，并在切割成所述毛坯板之后的工序中，對所述毛坯板進(jìn)行用于定位的定位銷孔及鉆孔的沖壓加工。
然后，在這之后，并不進(jìn)行連續(xù)處理，而變成分批處理，即，接著在步驟S19中，與前面的步驟S5相同，使用壓模，在所述毛坯板的各鉆孔周圍加壓成形所述環(huán)形凸筋3b，然后，在步驟S20中，與前面的步驟S6相同，在200℃下對所述毛坯板加熱1分鐘，以使所述毛坯板時(shí)效硬化。此處，如圖3所示，所述不銹鋼板，通過在時(shí)效處理溫度為200℃到250℃下加熱1分鐘到5分鐘左右，而大致達(dá)到維氏硬度HV520，因而通過所述加熱，使毛坯板、進(jìn)而使副板3維持著所謂HV520的極高硬度。
接下來，在本實(shí)施例的方法的步驟S21中，與前面的步驟S7相同，進(jìn)行預(yù)置，即，一旦壓模按壓到加壓成形在毛坯板上的各環(huán)形凸筋3b，所述多個(gè)凸筋會(huì)因反彈力而復(fù)原。另外，本實(shí)施例的方法中，由于在此預(yù)置之前已經(jīng)完成了對底涂料的煅燒，所以不必?fù)?dān)心此預(yù)置會(huì)使底涂料剝落。接著，在此方法的步驟S22中，與前面的步驟S16相同，使用壓模，將所述坯材切割成副板3的外形，并且，在所述副板3上穿孔成形各氣缸孔3a，進(jìn)而，穿孔加工所述冷卻水孔或緊固螺栓用的螺栓孔、以及鉚釘孔等。
這樣形成主板2及副板3后，在步驟S23中，按照下述朝向?qū)善靼?重疊，即，使所述兩片主板2中相對應(yīng)的環(huán)形凸筋2b彼此之間以及外周凸筋2c彼此之間相互向同一方向(圖2中為上方)突出，并且，在所述兩片主板2之間，按照下述朝向插入副板3，即，使副板3的環(huán)形凸筋3b朝向與主板2的環(huán)形凸筋2b相反的方向(圖2中為下方)而突出，并利用鉚釘孔將所述三片墊片結(jié)構(gòu)板2、3相互鉚合固定，由此，形成如圖2所示的氣缸蓋所用金屬墊片。
根據(jù)所述實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板，作為主板2的不銹鋼板，主板2是在不銹鋼板的表面上隔著底涂料及粘合劑來涂敷橡膠涂層而形成的，在所述制造方法中，將所述底涂料涂敷在主板2的不銹鋼板上，并在低于所述不銹鋼板的低溫時(shí)效硬化溫度的溫度100℃時(shí)，使所述底涂料干燥，由此，使底涂料在某種程度上固定之后，對所述不銹鋼板進(jìn)行環(huán)形凸筋2b的沖壓加工，此后，在主板2的不銹鋼板的低溫時(shí)效硬化溫度范圍內(nèi)的溫度200℃時(shí)，一面煅燒所述底涂料，一面使所述不銹鋼板時(shí)效硬化，因此，由于是在硬度仍然較低、為HV480左右的狀態(tài)下，在不銹鋼板上沖壓加工環(huán)形凸筋2b，所以即使增大環(huán)形凸筋2b的上升角度，也可以有效地防止環(huán)形凸筋2b的底邊產(chǎn)生裂縫或裂紋，而且，由于結(jié)合此后對底涂料的煅燒而使不銹鋼板時(shí)效硬化，以將硬度提高到HV520左右，所以，可以制造出具有即使變形也難以蠕變的環(huán)形凸筋2b的金屬墊片。
并且，根據(jù)本實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的不銹鋼板，通過一種進(jìn)行溫度可以低于橡膠涂層的加熱處理的底涂料煅燒，而進(jìn)行時(shí)效硬化處理，所以，可以防止產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，從而可以制造出持久性優(yōu)異的金屬墊片。
進(jìn)而，根據(jù)此實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，將底涂料涂敷在平坦的不銹鋼板上，使所述底涂料干燥而在某種程度上固定后，對所述不銹鋼板進(jìn)行環(huán)形凸筋2b的沖壓加工，因此，相比對不銹鋼板進(jìn)行環(huán)形凸筋2b的沖壓加工之后再涂敷底涂料的情況，底涂料不會(huì)滴落或積存，所以底涂料不會(huì)出現(xiàn)不均勻的涂布狀態(tài)，因而可以使橡膠涂層的粘接強(qiáng)度總是為穩(wěn)定強(qiáng)度。
圖4(a)～(c)及圖5(a)、(b)，表示在各種條件下，對多個(gè)成形前涂布所對應(yīng)試樣(表示為成形前)、及多個(gè)成形后涂布所對應(yīng)試樣(表示為成形后)實(shí)施拉伸測試后的粘接強(qiáng)度結(jié)果，其中，多個(gè)成形前涂布所對應(yīng)試樣是對應(yīng)于在凸筋成形前進(jìn)行底涂料涂布的金屬墊片，在平坦的不銹鋼板上均勻地涂敷底涂料，并通過粘合劑而在底涂料上粘接橡膠涂層而形成的，而多個(gè)成形后涂布所對應(yīng)試樣是對應(yīng)于在凸筋成形后進(jìn)行底涂料涂布的金屬墊片，在平坦的不銹鋼板上，薄薄地且不均勻地涂敷底涂料，并通過粘合劑而在底涂料上粘接橡膠涂層而形成的。
此處，圖4(a)表示在常態(tài)下對所述多個(gè)試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果，圖4(b)表示將所述多個(gè)試樣，浸漬在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液所用的高壽冷卻液(LLCLong Life Coolant)“CCI”為50％、水為50％的浸漬液(100℃)中120小時(shí)，此后在常溫下對所述多個(gè)試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果，圖4(c)表示將所述多個(gè)試樣，浸漬在高壽冷卻液“CCI”為100％的浸漬液(100℃)中120小時(shí)，此后在常溫下對所述多個(gè)試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果，另外，圖5(a)表示將所述多個(gè)試樣浸漬在溫水(95℃)中120小時(shí)，此后在常溫下對所述多個(gè)試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果，圖5(b)表示將所述多個(gè)試樣放置在200℃的空氣中72小時(shí)，此后在常溫下對所述多個(gè)試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果。
根據(jù)所述多個(gè)測試的結(jié)果可知，在各種條件下，成形前涂布所對應(yīng)試樣相比于成形后涂布所對應(yīng)試樣具有穩(wěn)定的粘接強(qiáng)度，據(jù)此，也可以明了，根據(jù)本實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，可以使橡膠涂層的粘接強(qiáng)度總是為較穩(wěn)定的強(qiáng)度。
進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，金屬墊片1進(jìn)一步包括副板3，副板3由不具橡膠涂層的不銹鋼板所構(gòu)成，且至少具備作為流體通道孔的氣缸孔3a、以及環(huán)繞氣缸孔3a的環(huán)形凸筋3b，在此情況下，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板作為副板3的不銹鋼板，對副板3的不銹鋼板進(jìn)行環(huán)形凸筋3b的沖壓加工后，在副板3的不銹鋼板的低溫時(shí)效硬化溫度范圍內(nèi)的溫度200℃時(shí)，使所述不銹鋼板時(shí)效硬化，因此，主板2的環(huán)形凸筋2b與副板3的環(huán)形凸筋3b疊層在一起，因而即便并不增大主板2及副板3上各自的環(huán)形凸筋2b、3b的上升角度，也可以使墊片1的環(huán)形凸筋部分的彈性變形量增大，因此，即使是因缸徑內(nèi)的燃燒氣體的高壓力，而使得接合面之間的空隙變大的情況下，也能夠維持環(huán)形凸筋2b、3b的線壓力，而發(fā)揮高密封性能。
進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，使具有低溫時(shí)效硬化特性的不銹鋼板時(shí)效硬化的處理?xiàng)l件為溫度大于等于200℃且小于250℃、時(shí)間大于等于1分鐘且小于等于5分鐘，因而是在溫度低于橡膠涂層的加熱處理的底涂料煅燒時(shí)，進(jìn)行時(shí)效硬化處理，所以可以防止產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，從而可以制造出持久性優(yōu)異的金屬墊片1。
進(jìn)而，根據(jù)此實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，具有低溫時(shí)效硬化特性的不銹鋼板為亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板，所述亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板是在制造的最后階段因平整冷軋而誘發(fā)了大量的馬氏體相變(例如，在為馬氏體與殘余奧氏體的復(fù)合組織的情況下面積比為大于等于40％，或者為馬氏體單相組織)，而由于所述不銹鋼板相對廉價(jià)，所以可以低價(jià)抑制墊片的材料費(fèi)用，并且，因?yàn)槭峭ㄟ^在相對低溫度下進(jìn)行時(shí)效硬化處理而使氮化鉻從平整冷軋所誘發(fā)的馬氏體相中析出，所以使得所述馬氏體相大量存在，由此，相對于所述不銹鋼板在時(shí)效硬化前具有HV480左右的硬度，所述不銹鋼板在時(shí)效硬化后則可具有大于等于HV500的極高硬度。
并且，根據(jù)此實(shí)施例的金屬墊片的制造方法，可以制造出內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋所用的金屬墊片1，而由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋所用金屬墊片尤其是曝露于高溫且高壓的流體氣體中，所以環(huán)形凸筋容易蠕變，但是，因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例的方法而制造出的金屬墊片1較難蠕變，所以即使在較低的線壓力下，也可以發(fā)揮高密封性能，因此，可以制造出即使在如上所述的惡劣條件下，也可以長時(shí)間維持高密封性能的金屬墊片。
以上，根據(jù)圖例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于所述例，例如，可以省去副板3，用一片或兩片主板2構(gòu)成金屬墊片，另外，也可以使用不銹鋼板以外的板材，作為具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，例如可以使用鋁合金板、或銅合金板等。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法而制造的金屬墊片，并不限用于氣缸蓋，也可以用于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)的歧管(manifold)、或用于內(nèi)燃機(jī)以外的用途。
這樣，根據(jù)所述本發(fā)明的金屬墊片的制造方法，由于是在硬度仍然較低的狀態(tài)下，在金屬板上沖壓加工環(huán)形凸筋，所以即便增大環(huán)形凸筋的上升角度，也可以有效地防止環(huán)形凸筋的底邊產(chǎn)生裂縫或裂紋，并且，因?yàn)榻Y(jié)合此后的底涂料煅燒而使金屬板時(shí)效硬化，以提高硬度，所以可以制造出具有即使變形也較難蠕變的環(huán)形凸筋的金屬墊片。并且，由于使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，在溫度可以低于橡膠涂層的加熱處理的底涂料煅燒時(shí)，進(jìn)行時(shí)效硬化處理，所以能夠防止產(chǎn)生粗大的沉淀物，而所述粗大的沉淀物是造成疲勞破壞的原因，從而可以制造出持久性優(yōu)異的金屬墊片。
權(quán)利要求
1.一種金屬墊片的制造方法，其特征在于金屬墊片包括如下的基板，所述基板是在金屬板的表面上，隔著底涂料及粘合劑涂敷橡膠涂層而形成的，且至少具備流體通道孔及環(huán)繞所述流體通道孔的環(huán)形凸筋，而在制造所述金屬墊片時(shí)使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為所述基板的金屬板，將所述底涂料涂敷在所述基板的金屬板上，并在低于所述金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度的溫度下使之干燥后，在所述金屬板上對所述環(huán)形凸筋進(jìn)行沖壓加工，此后，以所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬墊片的制造方法，其特征在于以所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化后，預(yù)置所述環(huán)形凸筋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬墊片的制造方法，其特征在于所述金屬墊片進(jìn)一步包括副板，所述副板由不具有橡膠涂層的金屬板所構(gòu)成，且至少具備流體通道孔及環(huán)繞所述流體通道孔的環(huán)形凸筋，且使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為所述副板的金屬板，在所述副板的金屬板上對所述環(huán)形凸筋進(jìn)行沖壓加工后，以所述副板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度，使所述金屬板時(shí)效硬化。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的金屬墊片的制造方法，其特征在于使所述具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板時(shí)效硬化的處理?xiàng)l件為，溫度大于等于200℃且小于250℃，時(shí)間大于等于1分鐘且小于等于5分鐘。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的金屬墊片的制造方法，其特征在于所述具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板為亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板，所述亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼板在制造所述金屬板的最后階段，因平整冷軋而誘發(fā)大量馬氏體相變。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的金屬墊片的制造方法，其特征在于所述金屬墊片是內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋所用的金屬墊片。
全文摘要
一種金屬墊片的制造方法，其特征在于在制造具有如下所述基板的金屬墊片時(shí)，所述基板是在金屬板的表面上，隔著底涂料及粘合劑涂敷橡膠涂層而形成的，且至少具備流體通道孔及環(huán)繞所述流體通道孔的環(huán)形凸筋，于所述制造方法中，使用具有低溫時(shí)效硬化特性的金屬板，作為所述基板的金屬板，并將所述底涂料涂敷在所述基板的金屬板上，在低于所述金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度的溫度下使底涂料干燥后，在所述金屬板上對所述環(huán)形凸筋進(jìn)行沖壓加工，此后，在所述基板的金屬板的低溫時(shí)效硬化溫度下，一面煅燒所述底涂料，一面使所述金屬板時(shí)效硬化。由此，可以制造出具有即使變形也較難蠕變的環(huán)形凸筋并且持久性優(yōu)異的金屬墊片。
文檔編號(hào)C22C38/58GK101014789SQ200580027679
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月24日
發(fā)明者佐佐木浩滿, 三角憲史, 矢島崇, 宮下將史, 桂井隆, 西山忠夫, 村上康則 申請人:日本利克雷斯工業(yè)株式會(huì)社, 本田技研工業(yè)株式會(huì)社