專利名稱：內(nèi)燃機(jī)氣缸座的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造內(nèi)燃機(jī)的帶襯套氣缸座的方法。
用于制造帶襯套氣缸座的方法有兩種一種是在一氣缸座中成形的開孔中壓入一個(gè)機(jī)制襯套，第二種是將一襯套在一鑄型中以不同工序加工，然后把熔融的氣缸套材料加入鑄型從而將氣缸座與襯套模制成一體。
日本專利公開號(hào)平2-37955中公開了上述制造方法，其中將一個(gè)預(yù)制襯套插入鑄型，然后把熔融的氣缸套材料加入該鑄型以使氣缸套與襯套鑄成一體，隨后機(jī)械加工該襯套。
但是，通常的方法有以下問題用上述第一種方法，需要提供與氣缸座鑄造工序無關(guān)的制造襯套的工序，于是在制造帶襯套的氣缸座時(shí)增加了所需的工序數(shù)。
用上述第二種方法，由于襯套是在與氣缸座鑄造工序無關(guān)的工序中制造，就會(huì)產(chǎn)生與第一種方法相同的問題。另外，用第二種方法還有個(gè)問題，即在襯套被置入鑄型時(shí)需要在襯套和鑄型之間提供間隙，這樣，當(dāng)襯套放在鑄型中時(shí)，由于襯套支承件的尺寸誤差會(huì)使該襯套從正確位置上錯(cuò)位。
本發(fā)明的目的是提供一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的帶襯套的氣缸座的方法，該方法減少了制造帶襯套氣缸座中需要的工序數(shù)而且防止或消除了襯套相對(duì)于氣缸座的錯(cuò)位。
根據(jù)本發(fā)明，制造用于內(nèi)燃機(jī)的帶襯套氣缸座的方法包括第一型腔成形工序，第一供料工序，第二型腔成形工序和第二供料工序。在第一型腔成形工序中，用于容放氣缸座材料和襯套材料中的一種的第一型腔成形于鑄型和型芯之間。在第一供料工序中，氣缸座材料和襯套材料中的一種被送入第一型腔。在第二型腔成形工序中，鑄型與型芯間的距離增加以便形成第一型腔，不管供給氣缸座材料和襯套材料中的哪一種，都是用來容放氣缸座材料和襯套材料中的另一種。在第二供料工序中，氣缸材料和襯套材料中的另一種被送入第二型腔。
在根據(jù)本發(fā)明的上述方法中，由于氣缸座和襯套是用同樣設(shè)備連續(xù)制造，因此不需要與氣缸座鑄造工序無關(guān)的制造工序，使得制造工序數(shù)減少。此外，由于使用同樣設(shè)備連續(xù)制造氣缸座和襯套，襯套不會(huì)在鑄型中錯(cuò)位，不像通常方法那樣襯套得在不同工序中預(yù)制，然后再以一間隙設(shè)置在鑄型中。又由于襯套相對(duì)氣缸座有一點(diǎn)點(diǎn)或者沒有錯(cuò)位，因此在氣缸座和襯套中無需提供用于吸收由錯(cuò)位造成尺寸誤差的特別壁厚。由此，可以使氣缸座和襯套的壁厚比較薄，這使發(fā)動(dòng)機(jī)變得輕而小巧。
通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明會(huì)更明確更容易理解本發(fā)明的上述和其它目的，特征及優(yōu)點(diǎn)。附圖中

圖1A-1D是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例在用于制造內(nèi)燃機(jī)的氣缸座的方法中具體工序時(shí)鑄型和型芯的橫斷面視圖；圖2A-2D是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例在用于制造內(nèi)燃機(jī)的氣缸座的方法中具體工序時(shí)鑄型和型芯的橫斷面視圖；圖3A-3D是按照本發(fā)明的第三實(shí)施例在用于制造內(nèi)燃機(jī)的氣缸座的方法中具體工序時(shí)鑄型和型芯的橫斷面視圖；圖4是一個(gè)氣缸座的橫斷面視圖，它取自垂直于缸徑軸線的平面，示出一種形式的襯套部分；圖5是一個(gè)氣缸座的橫斷面視圖，它取自垂直于缸徑軸線的平面，示出另一種形式的襯套部分；以及圖6是型芯的斜視圖。
圖1A-1D圖解說明了按照本發(fā)明第一實(shí)施例的方法；圖2A-2D圖解說明了按照本發(fā)明第二實(shí)施例的方法；圖3A-3D圖解說明了按照本發(fā)明第三實(shí)施例的方法。圖4-6可用于本發(fā)明的各實(shí)施例。本發(fā)明所有實(shí)施例中的共同部分用相同標(biāo)號(hào)在這些實(shí)施例中標(biāo)出。
首先，對(duì)于本發(fā)明所有實(shí)施例的共同部分參考圖1A-1D和圖4-6作說明。
按照本發(fā)明任一實(shí)施例的用于制造帶襯套氣缸座的方法包括第一型腔成形工序，第一供料工序，第二型腔成形工序和第二供料工序。
在第一型腔成形工序時(shí)，第一型腔5成形于一鑄型1(它可包括一襯套部分成形壁)和一型芯2之間其內(nèi)用于容放氣缸座材料3和襯套材料4中的一種。例如該鑄型1包括上段1a，下段1b，以及多個(gè)側(cè)段1c。如圖6所示，型芯2包括若干個(gè)配置在一個(gè)圓上的花瓣件2a和一個(gè)軸向斜削相對(duì)花瓣件2a可軸向移動(dòng)并與花瓣件2a相接觸的芯件2b。當(dāng)相對(duì)花瓣件2a軸向滑動(dòng)該芯件2b時(shí)，芯件2b使得花瓣件2a按型芯2的徑向運(yùn)動(dòng)。在第一型腔是襯套成形腔的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的所有氣缸的第一型腔5可以彼此獨(dú)立無關(guān)，如圖4中所示，或者可以彼此成為一體，如圖5中所示。型芯2由支撐件10支承。
在第一供料工序中，將氣缸座材料3和襯套材料4中的一種送到第一型腔5。
在第二型腔成形工序中，增大鑄型1和型芯2之間的距離從而形成第二型腔6，不管送到第一型腔5的是氣缸座材料3和襯套材料4中的哪一種，型腔6用于容放兩種材料中的另一種。實(shí)現(xiàn)增大鑄型1與型芯2之間的距離是通過用另外的鑄型1’或型芯2’代替鑄型1和型芯2之一或者通過擴(kuò)張或壓縮配置在一個(gè)圓上的花瓣件2a。型芯2’由支撐件10’支承。
在第二供料工序，氣缸座材料3和襯套材料4中的另一種(即未被送到第一型腔的材料)被送入第二型腔6。
上述方法中，一個(gè)氣缸座部分和一個(gè)襯套部分使用同樣的氣缸座制造設(shè)備連續(xù)成形。因此，使用不同設(shè)備制做襯套，襯套的切割，襯套的機(jī)加工，以及將襯套置入鑄型等在通常氣缸座制造方法中需要進(jìn)行的工作均由按照本發(fā)明的氣缸座制造方法消除。另外，由于襯套部分和氣缸座部分是使用同樣設(shè)備鑄造或制造，因此不會(huì)造成在通常方法中將不同工位制造的型芯置入鑄型時(shí)產(chǎn)生的尺寸誤差。此外，不需要因尺寸誤差而增加襯套和氣缸套的厚度以便吸收誤差。從而使帶襯套的氣缸座變得輕巧。下面說明只本發(fā)明各實(shí)施例才有的部分。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的情形是襯套材料為鋁并且以熔融鋁的形式工料，氣缸座材料也是鋁。首先鑄造氣缸座，然后再鑄造襯套。
圖1A表示了第一型腔5已形成的階段，對(duì)第一型腔5來說，氣缸座材料3(鋁)已供入凝固。在第一型腔成形工序中，鑄型中比如在側(cè)段1c上形成一個(gè)第一澆口7。此外，一個(gè)第二澆口芯8設(shè)定到鑄型1上，比如在其下段1b，在鑄型上還成形一間隔9用于使第二澆口8向其移動(dòng)。部件10支承型芯2。型芯2的每個(gè)花瓣件2a具有帶突起11的外表面用來增加襯套部分與氣缸座部分的固定效果(固定強(qiáng)度)。在第一供料工序中，鋁的氣缸座材料3以熔融狀態(tài)被送入第一型腔5，然后凝固，從而鑄造缸座。
圖1B表示形成第二型腔6的型芯卸除工序。當(dāng)接觸型芯的花瓣件2a表面的氣缸座材料已凝固，芯件2b按箭頭12所標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，使得配置花瓣件2a的圓的直徑減小而形成間隙13。然后，含有花瓣件2a和芯件2b的型芯2利用該間隙13向上運(yùn)動(dòng)并被卸除。
然后，如圖1C所示，另一個(gè)比原型芯2小但是也包括若干花瓣件2a’和芯件2b’的型芯2’被插入鑄型1，使得用于形成襯套部分的第二型腔6在其內(nèi)并在鑄成的氣缸座部分旁邊成形。型芯2’由支撐件10’支承。另外，第二澆口8芯利用間隔9向下運(yùn)動(dòng)從而形成第二澆口14。
圖1C表示第二供料工序以后的狀態(tài)。一種熔融態(tài)襯套材料4(如具有高含量硅的過共晶結(jié)晶鋁A390通過第二澆口14送入第二型腔6。該襯套材料4凝固成襯套部分。襯套部分與氣缸座部分合成一體，并通過突起11與氣缸座部分相固定。
圖1D表示產(chǎn)品卸除工序。襯套材料4已凝固后，下段1b和側(cè)段1c被移走，由于斜削的結(jié)構(gòu)，花瓣件2’收縮或減小尺寸，使得形成一個(gè)間隙15用于卸取鑄成的產(chǎn)品。型芯2’和支撐件10’利用間隙15按箭頭12’的方向向上運(yùn)動(dòng)，并從該產(chǎn)品卸除。此后，從上段1a取下鑄成產(chǎn)品16。對(duì)應(yīng)于第一和第二澆口的產(chǎn)品16的凸緣部分被機(jī)械加工去除。
在本發(fā)明第一實(shí)施例中由于每個(gè)包括花瓣件2a，2a’和芯件2b，2b’的合成型芯2，2’用來作各自的型芯2，2’，因此型芯2，2’的擴(kuò)張和收縮以及用另一型芯2’替換型芯2是容易的，這樣第一型腔5和第二型腔6的成形也容易。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的情況是襯套材料為鋁并且以粉沫形式輸送，氣缸座材料為鋁。如圖2A-2D中所示，首先鑄造氣缸座部分，然后成形襯套部分。
圖2A表示第一型腔成形工序和第一供料工序后的階段，第一型腔已經(jīng)形成，對(duì)第一型腔來說鋁的氣缸座材料3已送入凝固。在鑄型1的下段1b，形成用于供給自粉末源來的粉末通入第二型腔的澆口18。
圖2B表示第二型腔成形工序和第二供料工序后的階段。在第二型腔成形工序中，型芯2被用比原型芯2小的型芯2’替換。第二型腔6是在氣缸座部分旁邊內(nèi)部成形。在第二供料工序中輸送的是粉末狀襯套材料4，通過注射或抽吸經(jīng)第二粉末材料供給澆口18送入第二型腔6以裝滿第二型腔6。
圖2C表示粉末的襯套材料4裝滿第二型腔后的狀態(tài)，替換型芯2’的芯件2b’已按箭頭12A標(biāo)示的軸向方向運(yùn)動(dòng)以便擴(kuò)張花瓣件2a’。由于型芯2’的擴(kuò)張，粉末襯套材料4受壓而增加密度與型芯2’擴(kuò)張的同時(shí)，澆口18被型芯2’封閉，剩余在澆口18中的粉末通過抽吸裝置(未示出)回收。
然后，第二型腔6中的粉末襯套材料4通過加熱型芯2’，比如用電磁感應(yīng)裝置而變成固體。加熱已經(jīng)送入第二型腔4的粉末材料4可以在壓緊粉末材料而增加其密度之后進(jìn)行，或者不需壓緊和密度增加工序。
圖2D表示用于以鑄型和型芯卸除產(chǎn)品的工序。在此工序中，下段1b和側(cè)段1c已取走后，芯件2b’按箭頭12A’所示方向移動(dòng)從而收縮或壓縮型芯2’。然后，產(chǎn)品1b便從上段1a和型芯2’卸除。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，由于粉末材料是用來做襯套材料4，因此不需要提供鑄造襯套部分的那一部分，這樣就簡(jiǎn)化了鑄造設(shè)備。在壓緊粉末材料的情況下，材料密度增加就會(huì)產(chǎn)生高質(zhì)量襯套部分。
上述第一和第二實(shí)施例中，雖然用較小尺寸的花瓣件2a’替換了較大尺寸的花瓣件2a，如果花瓣件2a的外表面上的突起轉(zhuǎn)換在襯套部分的內(nèi)表面(例如，在襯套部分的內(nèi)側(cè)表面被機(jī)械加工和增加機(jī)加工量的情況下)這種替換并非必須進(jìn)行。
本發(fā)明的第三實(shí)施例的情況是襯套材料4是鑄鐵并且以熔融金屬形式輸送，氣缸座材料是鋁。首先鑄造氣缸座部分，然后形成襯套部分，因?yàn)殍T鐵具有比鋁高的熔點(diǎn)。
圖3A表示第一型腔成形工序和第一供料工序之后的階段，鑄型1有一個(gè)襯套部分成形壁1d。在第一型腔成形工序，第一型腔5成形于襯套部分成形壁1d與型芯2之間。在第一供料工序，熔融的鑄鐵襯套材料4通過注射或抽吸經(jīng)第一澆口19被送入第一型腔5以裝滿該型腔。襯套部分成形壁1d在上段1a被整體成形。襯套部分成形壁1d限定出由多個(gè)襯套形成的整體襯套的外表面如圖5中所示。型芯2設(shè)置在鑄型1中具有擴(kuò)張的花瓣件2a，該襯套部成形壁1d設(shè)置的位置在由擴(kuò)張花瓣件2a外表面隔開一個(gè)襯套部分的厚度處(第一型腔5的厚度)。當(dāng)熔融鑄鐵的襯套材料送入第一型腔5以裝滿該型腔時(shí)，一種冷卻劑(如冷卻水)經(jīng)過在襯套部成形壁1d上加工的冷卻通道20而流動(dòng)，從而促使熔融金屬的凝固。最可取的是，襯套部成形壁1d用具有高熱傳導(dǎo)性的銅基材料制作。
在圖3B所示的工序中，襯套部分成形壁1d橫向移動(dòng)，然后向上取出(按箭頭12B標(biāo)出的方向)。襯套部分成形壁1d的橫向運(yùn)動(dòng)可以通過一種與型芯的花瓣件或一個(gè)圓柱體相似的機(jī)構(gòu)而進(jìn)行。在襯套部成形壁1d卸取出之前，當(dāng)襯套部分中的鑄鐵已凝固但澆口19中的鑄鐵尚未凝固之時(shí)，停止注射或抽吸熔融鑄鐵，于是澆口19中的鑄鐵返回到鑄鐵源。
在圖3C中所示工序，鑄型1中置入了一個(gè)水套成形型芯1e和若干個(gè)側(cè)面型芯1c，然后將鋁的氣缸座材料3以熔融態(tài)注入第二型腔從而形成氣缸座部分。圖3D表示的狀態(tài)是，已經(jīng)取走下段1b和側(cè)段1c而型芯2已經(jīng)收縮并按箭頭12B’所示向上方向運(yùn)動(dòng)。然后，從上段卸取一個(gè)產(chǎn)品16(一個(gè)帶襯套的氣缸座)。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，由于熔融鑄鐵首先已經(jīng)完全凝固，然后輸送熔融鋁3，因此在澆鑄氣缸座部分過程中的襯套部分不熔化。
圖4和圖5表示兩種襯套形式。更具體說，在圖4形式的襯套部分中，內(nèi)燃機(jī)所有缸體的襯套成形腔是彼此獨(dú)立的。因此，在相鄰的襯套部分之間具有氣缸座材料3。最好，這種形式的襯套應(yīng)用于本發(fā)明第一和第二實(shí)施例。在圖5形式的襯套部分中，內(nèi)燃機(jī)所有缸體的襯套成形腔彼此成整體。這種形式的襯套部分最好應(yīng)用于本發(fā)明第三實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，獲得了以下優(yōu)點(diǎn)第一，由于襯套部分和氣缸座部分是用相同設(shè)備連續(xù)成形，因此制造過程中可以減少所需的工序數(shù)目。另外，在制造帶襯套氣缸座過程中尺寸精度被改善，使得可以減薄襯套部分和氣缸座部分的厚度，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)，而且使發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊。
第二，用包含花瓣件和芯件的型芯，使型腔的成形容易，制造工序被簡(jiǎn)化。
第三，通過用粉末材料作襯套材料并加熱粉末材料使其凝固，無需進(jìn)行澆鑄襯套部分，使得為此的鑄造設(shè)備被簡(jiǎn)化。
第四，在加熱粉末材料前通過型芯的花瓣件壓緊粉末材料，使粉末材料的密度增加并且改善了襯套部分的質(zhì)量。
最后，在襯套材料為鑄鐵而氣缸座材料為鋁的情況下，先澆鑄襯套部分，然后澆鑄氣缸座部分，可以防止在鑄造氣缸座部分時(shí)襯套部分的熔化。
雖然結(jié)合具體實(shí)施例已說明了本發(fā)明，但該領(lǐng)域的專業(yè)人員將會(huì)理解，對(duì)所示實(shí)施例所做的各種變更和變換，不偏離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。因此，可以理解，所有這些變更和變換均在以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造內(nèi)燃機(jī)氣缸座的方法，其特征在于，包括的工序是在一鑄型和一型芯之間形成第一型腔，其內(nèi)用于容放氣缸座材料和襯套材料中的一種；將所述氣缸座材料和襯套材料中的一種送入所述第一型腔；增大所述鑄型和所述型芯之間的距離以形成第二型腔，不管已輸送的所述氣缸座材料和襯套材料中一種是哪一種，該型腔用于容放氣缸座材料和襯套材料中的另一種；將所述氣缸座材料和襯套材料中的另一種送入所述第二型腔。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，其中所述型芯包括若干配置排在一個(gè)圓上的花瓣件和一個(gè)相對(duì)所述花瓣件可軸向移動(dòng)的芯件，所述第二型腔成形工序包括通過移動(dòng)所述芯件而減小由花瓣件限定的直徑。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，其中在所述第二型腔成形工序過程中，所述型芯由另一個(gè)尺寸不同于該型芯的型芯替換。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是還包括連續(xù)鑄造氣缸座并成形襯套部分以便形成一個(gè)產(chǎn)品并從鑄型和型芯卸除該產(chǎn)品。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述第一型腔和所述第二型腔中的一個(gè)是襯套成形型腔，所述內(nèi)燃機(jī)的所有氣缸的襯套成形型腔是彼此獨(dú)立的。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述第一型腔和所述第二型腔中的一個(gè)是襯套成形型腔，所述內(nèi)燃機(jī)的所有氣缸的襯套成形型腔是彼此成整體的。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述襯套材料是鋁并且以熔融鋁的形式進(jìn)行輸送，所述氣缸座材料是鋁。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是首先在所述第一型腔中鑄造一個(gè)氣缸座部分，然后在所述第二型腔中成形一個(gè)襯套部分。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是還包括所述型芯設(shè)置有突起的外表面用以增加襯套部分與氣缸座部分的固定強(qiáng)度。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征是還包括在所述鑄型中成形一個(gè)第一澆口，所述鑄型上設(shè)置一個(gè)第二澆口芯，還成形一間隔用于使所述第二澆口芯向其移動(dòng)，其中通過所述第一澆口將所述氣缸座材料和襯套材料中的一種以熔融態(tài)送入所述第一型腔，然后經(jīng)過所述第二澆口將所述氣缸座材料和襯套材料中的另一種以熔融態(tài)送入所述第二型腔。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征是還包括在一個(gè)鑄成產(chǎn)品從所述鑄型和所述型芯上取出后去除已凝固在所述第一澆口和所述第二澆口中的部分所述氣缸座材料和所述襯套材料。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述襯套材料是鋁并以粉末形式輸送，所述氣缸座材料是鋁。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征是首先在所述第一型腔中一個(gè)鑄造氣缸座部分，然后在所述第二型腔成形一個(gè)襯套部分。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，還包括所述型芯設(shè)置有突起的外表面用于使一個(gè)襯套部分固定到一個(gè)氣缸座部分。
15.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，還包括在所述鑄型中形成第一澆口和第二澆口，其中通過該第一澆口將所述氣缸座材料和襯套材料中的一種以熔融態(tài)送入所述第一型腔，通過所述第二澆口將所述氣缸座材料和襯套材料中的另一種以粉末形式送入所述第二型腔。
16.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，所述襯套材料已關(guān)入并裝滿所述第二型腔之后，粉末狀的該襯套材料受壓以增大密度，然后加熱該襯套材料使其凝固。
17.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，所述襯套材料已送入并裝滿所述第二型腔之后，粉末狀的襯套材料不經(jīng)過受壓而加熱使其凝固。
18.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述襯套材料是鑄鐵并且以熔融態(tài)進(jìn)行輸送，所述氣缸座材料是鋁。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征是首先鑄造襯套部分，然后鑄造氣缸座部分。
20.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征是還包括所述鑄型設(shè)置有一個(gè)襯套部分成形壁，使得所述襯套部分成形壁與所述型芯之間的空間限定出所述第一型腔，其中所述襯套材料被以熔融態(tài)送入所述第一型腔。
21.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征是，還包括提供用銅制的所述鑄型的所述襯套部分成形壁，所述成型壁內(nèi)加工有冷卻通道，其中當(dāng)所述襯套材料送入所述第一型腔時(shí)，使一股冷卻水經(jīng)過所述冷卻通道流動(dòng)。
全文摘要
一種制造內(nèi)燃機(jī)用的帶襯套氣缸座的方法包括的工序是在鑄型和型芯之間形成第一型腔，在第一型腔送入氣缸座材料和襯套材料中的一種，通過擴(kuò)張或收縮型芯或者用另一型芯替換原型芯而形成第二型腔，將氣缸座材料和襯套材料中的另一種送入第二型腔。帶襯套氣缸座用相同設(shè)備連續(xù)制造。
文檔編號(hào)B22D19/00GK1158771SQ9612151
公開日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1996年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月4日
發(fā)明者柴田幸宏, 岡口茂樹, 唐木滿尋 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社