专利名称：基础构件、筒状内表面处理方法及其处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有筒状内表面且在该筒状内表面的已形成为粗糙表面的部位上形成有热喷镀镀层的构件。本发明还涉及筒状内表面处理方法和筒状内表面处理设备。
背景技术：
通常，内燃机的铝发动机气缸体具有设置在其缸膛中的缸套(cylinder liner)。从改善具有铝气缸体的内燃机的输出、燃料经济性及排放性能的观点以及从减小这种发动机的尺寸及重量的观点来看，对于除去在铝发动机气缸体的缸膛中使用的缸套的发动机设计存在非常高的需求。缸套的一种替代方法是采用热喷镀技术在缸膛内表面上形成热喷镀镀层。
当将热喷镀技术应用于缸膛时，采用用于喷镀熔融镀层材料的热喷镀枪在缸膛内表面上形成镀层。通过在使热喷镀枪旋转的同时使热喷镀枪在缸膛内部沿轴向移动来沉积镀层。形成热喷镀镀层之后，利用搪磨(honing)方法或其它加工方法通过磨削来精加工镀层表面。
在沉积这种热喷镀镀层之前，利用例如日本特开No.2003-213399号公报(见图2至图7)中提出的表面处理使缸膛基底材料的内表面粗化。表面粗化用于改善热喷镀镀层的附着。
发明内容
已发现当在缸膛等筒状内镗(internal cylindrical bore)的内表面上形成热喷镀镀层时，必须确保获得适当的镀层厚度。因此，在沉积热喷镀镀层之前，必须测量筒状内镗的内径。
然而，由于为了改善热喷镀镀层的附着性，在沉积热喷镀镀层之前粗化筒状内镗的内表面，所以，不能精确测量筒状内镗的内径，有时不能将热喷镀镀层制成适当厚度。
本发明的目的是在筒状内镗上沉积热喷镀镀层之前，使得能够精确测量筒状内镗的内径。
根据本发明的一个方面，提供了一种基础构件(basemember)，其主要包括筒状内镗和热喷镀镀层。筒状内镗包含粗糙表面部和设置于筒状内镗的轴向端部的内径测量表面部。内径测量表面部比粗糙表面部光滑。热喷镀镀层形成在筒状内镗的粗糙表面部上。
根据本发明的另一方面，提供了一种筒状内表面处理方法，其包括提供具有筒状内镗的基础构件；沿所述筒状内镗的内表面形成粗糙表面部；在所述筒状内镗的轴向端部形成内径测量表面部，使所述内径测量表面部比所述粗糙表面部光滑；以及在形成所述内径测量表面部之后，在所述筒状内镗的所述内表面的所述粗糙表面部上形成热喷镀镀层。
根据本发明的再一方面，提供了一种筒状内表面处理设备，其包括内径测量装置，用于测量形成在基础构件中的筒状内镗的内径，以获得所述内径的测量结果；以及品质判断部，用于判断由所述内径测量装置获得的所述内径的测量结果是否可接受，以允许施加随后的热喷镀镀层。
从以下结合附图公开了本发明优选实施例的详细说明中，本领域技术人员将显而易见本发明的这些和其它目的、特征、方面和优点。
现在，参考形成本原始公开一部分的附图
图1是根据本发明第一实施例的具有缸膛(筒状内镗)的气缸体的横截面图，热喷镀镀层形成在缸膛的筒状内表面上；图2是图1所示的气缸体的靠近曲轴箱的端部的放大剖视图；图3是一部分筒状内表面的一系列剖视图，图解应用到图1所示气缸体的缸膛的处理；图4是示出应用到图1所示气缸体的筒状内镗的处理步骤的流程图；图5是气缸体的剖视图，其中粗化处理正被施加到图1所示气缸体的基底材料的筒状内表面；图6A是一部分筒状内表面的放大剖视图，图解如何使用工具及排出的切削废料执行图4所示的基底材料表面粗化处理；图6B是一部分筒状内表面的放大剖视图，图解使用工具执行的典型螺纹切削处理；图7是控制结构的框图，将所测的内径与阈值比较，以确定内径是否可接受(即好或坏)；图8是在缸膛内表面已被粗化之后，用于在图1所示气缸体的缸膛内表面上沉积热喷镀镀层的整个热喷镀设备的示意图；图9是图1所示气缸体的剖视图，图解用搪磨工具搪磨热喷镀镀层；图10是加工流程图，图解从图3中的图(c)所示的基底材料表面粗化到图3中的图(f)所示的精加工(搪磨)的处理步骤的流程。
具体实施例方式
现在，将参考
本发明的优选实施例。本发明通过本发明实施例的下述说明的公开对于本领域的技术人员来说将变得明显，提供本发明实施例的下述说明仅为了举例说明，而不是像所附权利要求书及其等同物那样用于限定本发明。
首先，参考图1，气缸体图解为根据本发明第一实施例的基本构件。气缸体1具有缸膛3，该缸膛3是具有筒状内表面5的筒状内镗。利用稍后说明的方法在缸膛内表面5上形成热喷镀镀层7(见图3中的图(d))。在形成热喷镀镀层7之后，利用稍后说明的精加工方法对其进行精加工(在该实施例中为搪磨)。图1示出在已制成粗糙表面13之后且在沉积热喷镀镀层7之前的筒状内表面5。图2示出正用构成内径测量装置或部分的内径测量仪9测量筒状内表面5的内径。
图2是气缸体1沿轴向靠近曲轴箱11的端部的放大剖视图。粗糙表面13从筒状内表面5的顶端沿轴向延伸到接近底端的位置。如图2和图6A所示，粗糙表面13具有螺旋状(螺纹状)凹进切削部15和具有也为螺旋状的细微锯齿部17的脊部16。锯齿部17邻近凹进切削部15布置。通过这样形成粗糙表面13，可改善之后沉积的热喷镀镀层7的附着性。
比粗糙表面13光滑的内径测量表面19紧接粗糙表面13形成在粗糙表面13下方的一部分筒状内表面5上。这样，如图2所示，筒状内表面5具有形成粗糙表面13的粗糙表面部A和形成内径测量表面19的内径测量部B。内径测量表面19处的缸膛3内径与切削部15的最深部15a(底部)处的缸膛3内径相同。直径比内径测量表面19大的退刀槽部(escape section)21设置在内径测量表面19的下方。在缸膛3的内表面上形成热喷镀镀层7之前，通过测量光滑内径测量表面19处的内径，可精确地测量在包含粗糙表面13的粗糙表面部A处的缸膛3内径。
特别地，如图2所示，当粗糙表面13已形成在筒状内表面5上且光滑内径测量表面19已紧接粗糙表面13形成在粗糙表面13下方时，用内径测量仪9在内径测量表面19测量缸膛3的内径。内径测量仪9包括杆9a、水平臂9b、探针9c和滚轴(roller)9d。杆9a在图2中上下方向上延伸。水平臂9b被安装到杆9a的底端。测量探针9c被设置在水平臂9b的前端。滚轴9d被设置在水平臂9b的后端。测量探针9c能够相对于水平臂9b伸缩。
为了在形成热喷镀镀层之前测量缸膛3的内径，使滚轴9d与内径测量表面19接触，且使测量探针9c在与滚轴9d接触的位置相对的位置处与内径测量表面19接触。
在测量内径之后，进行关于测量结果是否可接受(即，好或坏)的可接受性判断，且仅当结果可接受(即“好”)时，处理继续进行到随后的热喷镀镀层形成步骤。如果结果是不可接受的(即“坏”)，则中止热喷镀镀层形成步骤。
由于内径测量表面19比粗糙表面13光滑，所以在形成热喷镀镀层7之前可准确且容易地测量缸膛3的内径，可以均匀地将热喷镀镀层7制成为适当厚度。
尽管图2示出用内径测量仪9手工测量内径的情况，用三维测量仪自动测量内径也是可接受的。图3示出图2所示的缸膛3的左侧部分的视图，并图解应用到缸膛3的处理步骤。图4是示出图3所图解的处理步骤顺序的流程图。现在将参考图3和图4说明这些处理步骤。
图3中的图(a)表示铸造后的气缸体1的状态。缸膛3具有被构造成随着向下接近曲轴箱11(即从图3向下)直径减小的锥形部23。图3中的图(b)示出在用镗孔装置(未示出)对图3中的图(a)所示的锥形部23进行精镗处理(步骤S1)后的缸膛3。进行精镗以产生具有均一内径的均一直径部25。除了锥形部23的下端部外，均一直径部25跨越锥形部23的整个长度。镗孔装置包括具有工具的镗杆，所述工具围绕镗杆顶端的外周布置。通过从上方将镗杆插入缸膛3的同时旋转镗杆来完成精镗。
在形成均一直径部25之后，镗孔装置紧接均一直径部25在均一直径部25下方(缸膛3的下端处)形成向下加宽的锥形部27，并且紧接锥形部27在锥形部27下方形成图2所示的退刀槽部21。通过相对于镗孔装置的主轴偏心地旋转镗杆形成直径比均一直径部25大的锥形部27和退刀槽部21。
在图3中的图(b)所示的精镗之后，通过执行基底材料表面粗化处理在如图3中的图(c)所示的筒状内表面5的均一直径部25形成粗糙表面13(步骤S2)。图3中的图(c)对应于图2。
如图5所示，利用与用于图3中的图(b)所示的镗孔处理类似的镗孔装置来进行基底材料表面粗化处理。工具(刀头，bit)30被安装到镗孔装置的镗杆29的顶端外周。镗杆29同时旋转和沿轴向向下移动，以沿筒状内表面5形成螺纹。最终形成的基底材料的粗糙表面具有螺旋状凹进切削部15和邻近切削部15螺旋状布置的细微锯齿部17。
图6A示出用工具30在缸膛3的均一直径部25形成的用于产生粗糙表面13的切削部15和具有细微锯齿部17的脊部16。图6B示出图解用工具201切削通常螺纹的参考例。在图6B中，工具201旋转并同时向下移动，切削的废料203沿箭头A的方向排出。结果，用通常的螺纹切削处理形成谷部205(凹部的底部)和脊部207。
同时，在图6A中，在通过工具30切削切削部15(其为与图6B的谷部205对应的凹部)的同时，排出的废料K被用来截断与切削部15的当前正被切削的部分(谷部)邻近的脊部16(其与图6B的脊部207对应)的顶部16a，从而形成细微锯齿部17。
图6A所示的工具30被构造成表面30a(面向与工具进给方向相反的方向的一侧，即向上侧)相对于水平面H的角度α1大约为30度，该角度大于图6B所示的工具201的对应角度α2。同时，表面30b(面向与工具进给方向相同的方向的一侧，即向下侧)相对于水平面H的角度β1大约为10度，该角度小于图6B所示的工具201的对应角度β2。结果，在图6A所示的情况下，在形成切削部15时排出的废料K被面向工具进给方向相反方向的倾斜表面30a推靠在邻近的脊部16。脊部16的顶部16a被废料K以形成细微锯齿部17的方式截断。
紧接在均一直径部25形成粗糙表面13之后，在锥形部27形成图2所示的内径测量表面19。使用图5所示的镗杆29和工具30形成内径测量表面19，但是工具进给速度比处理粗糙表面13时使用的工具进给速度慢。如图2所示，紧接形成粗糙表面13的粗糙表面部A在该粗糙表面部A下方形成具有内径测量表面19的内径测量部B。工具30沿缸膛3的轴向的进给速度在部分A与部分B之间的界线P处改变。通过在处理位于界线P下方的内径测量部B时减小工具进给速度，将内径测量表面19处理成比粗糙表面13光滑。
由于使用相同的工具30形成粗糙表面13和内径测量表面19二者，以及采用比用于形成粗糙表面13的工具进给速度慢的工具进给速度形成内径测量表面19，因此可将制造工艺设计成在处理粗糙表面13之后以连续的方式直接继续处理内径测量表面19，从而使处理时间能够减少且处理效率提高。
如先前说明的那样，缸膛3在内径测量表面19处的内径与缸膛3在切削部15的最深部15a处的内径相同。而且，缸膛3在内径测量表面19处的内径小于退刀槽部21的内径。图3中的图(b)所示的锥形表面27的部分27a保留在内径测量表面19与退刀槽部21之间。
如先前说明的那样，由于缸膛3在内径测量表面19处的内径与缸膛3在切削部15的最深部15a处的内径相同，因此可将制造工艺进行成从处理粗糙表面13仅通过减小工具进给速度直接继续到处理内径测量表面19。结果，可高效执行处理。
在形成了图3中的图(c)所示的粗糙表面13和内径测量表面19之后，使用图2所示的内径测量仪9测量内径D(步骤S3)。
图7是示出控制器的控制结构的框图，该控制器将所测内径D与规定下限阈值D1和规定上限阈值D2进行比较，以判断内径D是否是可接受的(即好或坏)。控制器的控制结构包括内径测量控制部分96、品质判断电路或部分97、警告显示装置或部分98以及表面粗化控制部分99。内径测量控制部分96从内径测量仪9接收测量结果。品质判断电路97用作品质判断装置，其设有存储有规定下限阈值D1和规定上限阈值D2的存储器(存储装置)。如果所测内径测量值D等于或小于下限阈值D1或大于上限阈值D2，则基础构件或气缸体1有缺陷并且测量结果是不可接受(即“坏”)。品质判断电路或部分97向警告显示装置或部分98发送用于显示警告的信号。警告显示装置98优选包含显示器等。表面粗化控制部分99控制表面粗化装备如镗杆29、工具30和搪磨装置105的操作。
基本上，设定下限阈值D1和上限阈值D2，以获得通过搪磨热喷镀镀层获得的最终目标内径的范围。如果沿粗糙表面13的基底材料的内径太小，则沿粗糙表面13的基底材料将露出，即，在通过搪磨处理可达到所期望的最终直径之前，所有镀层将被去除。另一方面，如果沿粗糙表面13的基底材料的内径太大，则并非沿粗糙表面13的基底材料上的所有镀层将被处理，即，当通过搪磨处理已达到所期望的最终直径时，并非所有镀层将被搪磨。
因而，下限阈值D1对应于当用特定搪磨工具、即图9所示的搪磨工具105(稍后说明)搪磨图3中的图(f)所示的热喷镀镀层表面时，沿粗糙表面13的至少一部分基底材料将露出的内径。更具体地，如果内径测量值D大于下限阈值D1，则当热喷镀镀层被搪磨时，基底材料将不会露出。相反，如果内径测量值D等于或小于下限阈值D1，则由于搪磨期间去除太多热喷镀镀层，至少一部分基底材料将露出。
同时，上限阈值D2对应于当用特定搪磨工具、即图9所示的搪磨工具105搪磨图3中的图(f)所示的热喷镀镀层时，可以处理待处理的热喷镀镀层的整个表面的内径。换句话说，上限阈值D2是在搪磨完成之后没有热喷镀镀层部分留下未被处理的值。更具体地，如果内径测量值D等于或小于上限阈值D2，则待处理的热喷镀镀层的整个表面可被处理(搪磨)。相反，如果内径测量值D大于上限阈值D2，则将有一部分或若干部分热喷镀镀层表面被搪磨工具105的搪磨油石(honing stone)109留下未处理(未接触)。
基于搪磨处理误差(变化)和热喷镀镀层沿轴向和周向的厚度分布误差(变化)(实际上是热喷镀镀层表面、即形成镀层的筒状内镗部分上特定位置处内径误差)来确定阈值D1和D2。镀层厚度沿轴向的误差(变化)主要是缸膛3沿轴向成锥形的形式，而镀层厚度沿周向的误差(变化)主要是缸膛3成椭圆而非圆形的形式。
在步骤S3中测量内径之后，品质判断电路97获得内径测量值D，并判断该内径测量值D是否大于下限阈值D1并等于或小于上限阈值D2(步骤S4)。
如果内径测量值D大于下限阈值D1并等于或小于上限阈值D2(即，如果步骤S4的结果为“是”)，则搪磨油石109的沿径向面向外(面对热喷镀镀层表面)的表面在厚度方向上处于镀层厚度的范围内，并且搪磨处理将不会由于去除太多热喷镀镀层等导致基底材料露出。此外，搪磨油石109的沿径向面向外的表面将接触热喷镀镀层整个表面，并且将不会有任何部分被搪磨油石109留下未处理(未接触)。简单地说，测量结果被判断为是可接受的，且信号被发送至图7所示的表面粗化控制部分99，以继续随后的热喷镀镀层形成步骤(步骤S5)。
相反，如果内径测量值D等于或小于下限阈值D1或大于上限阈值D2(即，如果步骤S4的结果为“否”)，则如先前说明的那样，由于在搪磨过程中去除太多热喷镀镀层导致至少一部分基底材料将露出，或者将有一部分或若干部分热喷镀镀层表面被搪磨油石109留下未处理(未接触)。换句话说，如果尝试搪磨处理则将失败。因而，筒状内镗被认为是有缺陷的且测量结果是不可接受(即“坏”)。用于显示警告的信号被发送到警告显示装置98，停止表面粗化控制部分99的操作，且丢弃有缺陷部件(步骤S6)。
在停止表面粗化控制部分99之后，研究并纠正有缺陷(坏)部件的原因(步骤S7)。如果内径测量值D等于或小于下限阈值D1，则存在图5所示的工具30的设置(安装条件)不正确或者工具30有缺口或磨损的可能。为了纠正所述问题，调节工具30的设置或者用新工具30替换工具30。如果内径测量值D大于上限阈值D2，则存在工具30的设置不正确或者在工具30的顶端上已产生切削卷边(built-up edge)的可能。为了纠正所述问题，调节工具30的设置，用新工具30替换工具30，或者去除切削卷边。
已通过调节设置、替换工具30等纠正工具30的问题之后，重新起动表面粗化控制部分99，且在现有的若仍可用的基础构件(如气缸体1)或新的基础构件(如气缸体1)上重新开始表面粗化处理。
热喷镀镀层形成步骤S5对应于图3中的图(d)。在该步骤中形成的热喷镀镀层7覆盖整个粗糙表面13和一部分内径测量表面19。热喷镀镀层7形成为镀层7的厚度在粗糙表面13上基本均匀。
如稍后说明的那样，当内径测量值D较大时，为了使镀层7较厚，用来形成镀层7的热喷镀枪31往复移动次数增加。相反，当内径测量值D较小时，为了使镀层7较薄，用来形成镀层7的热喷镀枪31往复移动次数减少。结果，在形成热喷镀镀层7之后，可使缸膛3的内径接近规定值。
图8是示意图，示出在已如图3中的图(c)所示粗化了筒状内表面5之后，用来在气缸体1的筒状内表面5上形成热喷镀镀层7的整个热喷镀设备。该热喷镀设备包括配置成插入缸膛3中央的气体燃料金属线熔融型热喷镀枪。用作热喷镀镀层材料的铁类金属线材(ferrous metal wire material)37熔融并以熔滴33的形式从热喷镀口31a排出。熔滴33沉积在缸膛3的内表面5上，以形成热喷镀镀层7。
热喷镀枪31配置成接收从金属线材供给装置35供给的铁类金属线材37、从燃料气体储藏罐39经由管43供给的燃料(例如乙炔、丙烷或乙烯气体)以及从氧气储藏罐41经由管45供给的氧气。
金属线材37经由金属线材供给孔47向下供给到热喷镀枪31中，该孔47形成为上下贯通热喷镀枪31的中央部。燃料和氧气供给到气体引导通道51中，该气体引导通道51上下贯通围绕金属线材供给孔47外侧布置的筒状部49。燃料和氧气的混合物从气体引导通道51的下端开口51a(从图8的下端)流出，并被点燃以形成燃烧火焰53。
雾化空气通道55设置在筒状部49的更外部，且加速(accelerator)空气通道61形成在更远的外部，筒状隔开壁57与筒状外壁59之间。
流经雾化空气通道55的雾化空气用来在冷却枪31的周围部分的同时向前(图8中向下)推燃烧火焰53的热。其还用来向前吹熔融金属线材37。同时，流经加速空气通道61的加速空气用来在与雾化空气吹金属线材37的方向交叉的方向上吹熔融金属线材37。结果，熔融金属线材37的小滴33被吹向筒状内表面5，且在筒状内表面5上形成热喷镀镀层7。
雾化空气从雾化空气供应源67经由设有减压阀69的空气供应管71供应到雾化空气通道55。加速空气从加速空气供应源73经由设有减压阀75和微粉过滤器77的空气供应管79供应到加速空气通道61。
雾化空气通道55与加速空气通道61之间的隔开壁57设有可相对于外壁59在轴承81上旋转的旋转筒状部83。旋转筒状部83被布置在图8中隔开壁57的下端部上。旋转叶片85设置在旋转筒状部83的上部外部上，以被定位在加速空气通道61中。流经加速空气通道61的加速空气作用于旋转叶片85，使旋转筒状部83旋转。
顶端构件87被固定到旋转筒状部83的顶端(下端)面83a，使其与旋转筒状部83一体地旋转。排出通道89贯通的突出部91设置在顶端构件87的一部分周缘上。排出通道经由轴承81与加速空气通道61连通。上述用于排出熔滴33的热喷镀口31a设置在排出通道89的顶端处。
在热喷镀枪31沿缸膛3的轴向往复移动的同时，设有热喷镀口31a的顶端构件87与旋转筒状部83一体地旋转。这样，大体上缸膛3的整个内表面5可涂有热喷镀镀层7。
在使用象图8所示的热喷镀设备将热喷镀镀层7沉积到缸膛3的筒状内表面5之后，根据由品质判断电路97获得的内径测量值D通过适当地设定热喷镀枪31沿缸膛3的轴向往复移动的次数来调节热喷镀镀层7的厚度。更具体地，当内径测量值D较大时，热喷镀枪31往复移动次数增加，以使镀层7较厚。相反，当内径测量值D较小时，热喷镀枪31往复移动次数减少，以使镀层7较薄。结果，在形成热喷镀镀层7之后，可使缸膛3的内径接近规定值。
也可以通过改变所供应的热喷镀镀层材料(图8所示的金属线材37)的量来调节热喷镀镀层7的厚度。换句话说，在测量内径之后，可根据测量结果改变镀层材料的量和用来形成热喷镀镀层7的其它热喷镀条件。在图4所示流程的步骤S4与S5之间改变热喷镀枪31沿轴向往复移动的次数和其它热喷镀条件。
结果，可以将用来以规定镀层7厚度形成热喷镀镀层7的镀层材料的量保持到所需的最小量，可使与热喷镀处理相关的材料成本最小化。而且，当内径测量值D等于或小于下限阈值D1或者大于上限阈值D2时，可阻止形成热喷镀镀层，从而避免镀层材料的浪费。
在用象图8所示的热喷镀设备将热喷镀镀层7沉积到筒状内表面5之后，通过如图3中的图(e)所示的磨削来加工缸膛3的包括内径测量表面19的下部。尽管图3中的图(e)未示出，但也加工缸膛3的上端部(步骤S8)。使用与图5所示相同类型的镗孔装置来完成缸膛3的上端和下端的所述磨削，该镗孔装置用于图3中的图(c)所示的粗糙表面形成处理。
如图3中的图(e)所示，被磨削的缸膛3的下端部包括内径测量表面19、紧接内径测量表面19在内径测量表面19上方的粗糙表面13的邻近部分、位于粗糙表面13的邻近部分上的热喷镀镀层7部分、以及位于内径测量表面19下方的退刀槽部21。于是，在形成热喷镀镀层7之后，内径测量表面19与热喷镀镀层7在内径测量表面19附近的一部分一起被去除。
下端部分被磨削成筒状表面93形成在缸膛3的最底部，以及直径沿向上方向缩小的锥形表面95形成在筒状表面93上方。锥形表面95从缸膛3的基底材料跨过热喷镀镀层7的整个厚度而形成。
由于通过磨削处理去除在缸膛3的轴向端部处的附着性差的部分热喷镀镀层7，所以可防止热喷镀镀层7在随后的搪磨处理期间由于差附着性部分中出现的应力而导致的脱落，可提高气缸体制造工艺的生产率。另外，可防止用气缸体1制造的内燃机中使用的活塞滑动阻力(sliding resistance)导致的热喷镀镀层7的脱落，可提高发动机制品的耐久性和可靠性。
当去除热喷镀镀层7的附着性差的部分时，邻近部分的良好附着热喷镀镀层7也被去除。结果，磨削处理后留下的热喷镀镀层7可相对于基底材料可靠地保持高度附着性。
当去除热喷镀镀层7的附着性差的部分时，缸膛3的一些基底材料也被去除。结果，即使一个缸膛3与下一缸膛存在磨削部分的直径及/或位置的变化，也能够可靠地去除热喷镀镀层7的附着性差的部分。
如图3中的图(e)所示，在磨削缸膛3的下端部之后，搪磨热喷镀镀层7以精加工其表面(步骤S9)。图9是示出正用搪磨工具105搪磨热喷镀镀层7的气缸体1的剖视图。搪磨工具105具有搪磨头107，该搪磨头107设有例如四个磨石109，该磨石109含有由金刚石或其它适于磨削的材料制成的磨粒。磨石109沿圆周方向等间隔地围绕搪磨头107布置。
用于径向向外扩张磨石109的扩张部件设置在搪磨头107内。在搪磨处理期间，扩张部件用规定压力使磨石109压向缸膛3的内表面5。
通过旋转搪磨工具105同时沿轴向往复移动搪磨工具105磨削即搪磨热喷镀镀层7的表面。搪磨工艺完成筒状内表面5的处理。可将搪磨工艺设计成包括利用不同颗粒尺寸(粒度)的磨石执行的一系列粗加工和精加工步骤。
尽管附图中未示出，用于内径测量的空气排出口设置在搪磨头107的外周上。在搪磨处理期间，空气从空气排出口排出，并且使用用于探测空气排出压力并将其转化为指示内径的电信号的空气测微计测量内径。当所测内径值达到规定值时结束搪磨处理。
由于仅当内径测量值D大于下限阈值D1且等于或小于上限阈值D2(D1＜D≤D2)时、即当应用到筒状内表面5的表面粗化处理的结果良好时才对热喷镀镀层7执行搪磨处理，因此，所需搪磨的量可最小化，且搪磨油石109的磨损量可最小化，从而有利于降低制造成本。
搪磨完成之后，冲洗缸膛3的内部(步骤S10)。
对于至此说明的实施例，基于规定阈值D1和D2来判断筒状内表面5上形成的内径测量表面19处的内径测量结果是否可接受(即好或坏)。仅当测量结果良好时才执行随后的在筒状内表面5上形成热喷镀镀层7的步骤。结果，可避免镀层材料的浪费，且可适当地控制热喷镀镀层7(镀层7的表面位置处)的厚度，使得可防止在形成热喷镀镀层7之后发现有缺陷部件(有缺陷气缸体)的情况。
图10示出从图3中的图(c)所示的基底材料表面粗化(热喷镀前的基底材料预处理)及形成内径测量表面19到图3中的图(f)所示的搪磨处理的处理步骤的流程。在基底材料表面粗化之后且在热喷镀镀层7沉积之前，掩模构件(图中未示出)被附加到气缸体1的上端部及曲轴箱11内部，以防止镀层材料附着到不需要镀层的部分。
在热喷镀镀层材料之后，去除掩模构件，且如图3中的图(e)所示磨削下端部分附件部位(内径测量表面去除处理)。最后，搪磨镀层。
如上所述，通过旋转搪磨头107同时沿轴向移动搪磨头107来进行搪磨处理。当到达最底端时，搪磨头107在向上移动的同时继续旋转。重复执行所述上下往复运动。
当图9所示的搪磨头107到达最底端时，磨石109的底端位于热喷镀镀层7的下方。结果，可搪磨热喷镀镀层7的整个表面。
尽管热喷镀镀层7的一些部分95a保留在如图3中的图(e)所示的锥形表面95上，但如图3中的图(f)所示，在搪磨处理之后，通过搪磨处理去除了热喷镀镀层7的大部分锥形部95a。
术语通解在理解本发明的范围时，这里所用的术语“包含”及其派生词意欲作为指明所声明的特征、元件、组件、组、整体、和/或步骤的存在而并不排除其它未声明的特征、元件、组件、组、整体、和/或步骤的存在的开放型术语。前述也适用于具有相似含义的词，例如“包括”、“具有”及其派生词等术语。同样，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或者“元件”当单独使用时可具有单个部分或多个部分的双重含义。这里所用的程度术语例如“基本上”、“大约”和“近似”意为使最终结果不明显改变的所改变内容合理偏离量。
虽然仅选择优选实施例来说明本发明，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离如所附权利要求限定的本发明的范围的前提下进行各种变化和修改。例如，可根据需要和/或希望改变各种组件的尺寸、形状、位置或朝向。示出彼此直接连接或接触的组件可在其间布置中间结构。一个元件的功能可由两个元件进行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可在另一实施例中采用。无需在某一实施例中同时存在所有的优点。每个与现有技术相比独特的特征，单独或与其它特征结合，也应视为申请人的进一步发明的单独说明，包括由该特征体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅用作说明，并不用于象所附权利要求及其等同物那样限定本发明。
本申请要求于2006年3月7日提交的日本专利申请No.2006-061429以及于2006年11月10日提交的日本专利申请No.2006-305492的优先权。日本专利申请No.2006-061429和No.2006-305492的全部内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种基础构件，其包括筒状内镗，其包含粗糙表面部和设置于所述筒状内镗的轴向端部的内径测量表面部，所述内径测量表面部比所述粗糙表面部光滑；以及热喷镀镀层，其形成在所述筒状内镗的所述粗糙表面部上。
2.根据权利要求1所述的基础构件，其特征在于，使用用于形成所述粗糙表面部的工具处理所述内径测量表面部。
3.根据权利要求2所述的基础构件，其特征在于，通过用一边旋转一边沿轴向移动的所述工具进行切削来形成所述粗糙表面部和所述内径测量表面部，所述工具的轴向进给速度在处理所述内径测量表面部时比在处理所述粗糙表面部时慢。
4.根据权利要求1所述的基础构件，其特征在于，所述内径测量表面部的内径与由所述粗糙表面部的凹部的底部确定的所述粗糙表面部的最大内径相同。
5.一种筒状内表面处理方法，其包括提供具有筒状内镗的基础构件；沿所述筒状内镗的内表面形成粗糙表面部；在所述筒状内镗的轴向端部形成内径测量表面部，使所述内径测量表面部比所述粗糙表面部光滑；以及在形成所述内径测量表面部之后，在所述筒状内镗的所述内表面的所述粗糙表面部上形成热喷镀镀层。
6.根据权利要求5所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，使用用于形成所述筒状内镗的所述粗糙表面部的工具形成所述内径测量表面部。
7.根据权利要求6所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，通过用一边旋转一边沿轴向移动的所述工具进行切削来形成所述粗糙表面部和所述内径测量表面部，所述工具的轴向进给速度在处理所述内径测量表面部时比在处理所述粗糙表面部时慢。
8.根据权利要求5所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，所述内径测量表面部被形成为所述筒状内镗在所述内径测量表面部处的内径与由所述粗糙表面部的凹部的底部确定的所述粗糙表面部的最大内径相同。
9.根据权利要求5所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，还包括测量所述内径测量表面部的内径，以获得所述内径测量表面部的内径测量结果；以及判断所述内径测量表面部的所述内径测量结果的可接受性，然后仅当所述测量结果被判断为可接受时，在所述筒状内镗的所述内表面的所述粗糙表面部上形成所述热喷镀镀层。
10.根据权利要求9所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，基于规定阈值判断所述内径测量表面部的所述内径测量结果的可接受性。
11.根据权利要求9所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，当所述内径测量表面部的所述内径测量结果的内径测量值等于或小于第一规定阈值且大于第二规定阈值时，所述内径测量结果的可接受性被判断为可接受，从而在形成所述热喷镀镀层之后，可沿所述粗糙表面部在整个所述热喷镀镀层上进行搪磨处理，而不会有至少一部分所述基础构件通过所述热喷镀镀层的所述搪磨处理而露出。
12.根据权利要求5所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，还包括测量所述内径测量表面部的内径，以获得所述内径测量表面部的内径测量结果；以及基于所述内径测量表面部的所述内径测量结果，调节用于在所述粗糙表面部上形成所述热喷镀镀层的喷镀条件。
13.根据权利要求12所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，通过使用用于喷镀熔融镀层材料的、在旋转的同时在所述筒状内镗内往复移动的热喷镀枪在所述粗糙表面部上形成所述热喷镀镀层；以及被调节的所述喷镀条件包括所述热喷镀枪在所述筒状内镗内往复移动的次数。
14.根据权利要求13所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，调节所述喷镀条件包括随着所述内径测量表面部的所述内径测量结果变大，增加所述热喷镀枪往复移动的次数。
15.根据权利要求9所述的筒状内表面处理方法，其特征在于，还包括在形成所述热喷镀镀层之后，将所述内径测量表面部与所述内径测量表面部附近的所述热喷镀镀层一起去除。
16.一种筒状内表面处理设备，其包括内径测量装置，用于测量形成在基础构件中的筒状内镗的内径，以获得所述内径的测量结果；以及品质判断部，用于判断由所述内径测量装置获得的所述内径的测量结果是否可接受，以允许施加随后的热喷镀镀层。
17.根据权利要求16所述的筒状内表面处理设备，其特征在于，所述品质判断部还被配置成基于规定阈值判断内径测量表面部的所述测量结果的可接受性。
18.根据权利要求17所述的筒状内表面处理设备，其特征在于，所述品质判断部被配置成当内径测量值等于或小于第一规定阈值且大于第二规定阈值时，判断为所述内径的测量结果是可接受的，从而在形成所述热喷镀镀层之后，可沿粗糙表面部在整个所述热喷镀镀层上进行搪磨处理，而不会有至少一部分所述基础构件通过所述热喷镀镀层的所述搪磨处理而露出。
全文摘要
本发明提供一种基础构件、筒状内表面处理方法及其处理设备。在缸膛(3)的筒状内表面上沉积热喷镀镀层之前，形成粗糙表面(13)以增大热喷镀镀层的附着性。在完成形成粗糙表面之后，在筒状内表面的轴向端部上形成比粗糙表面光滑的内径测量表面。用内径测量仪在内径测量表面测量缸膛的内径。基于测量结果确定热喷镀镀层的适当厚度。
文档编号F16J10/04GK101033533SQ20071008008
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者西村公男, 内山纯一, 杉山精一, 池田明弘 申请人:日产自动车株式会社