专利名称：内燃机的活塞与该活塞的制造方法及滑动部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在冠部铸有耐磨环的内燃机活塞和该活塞的制造方法及滑动部件。
背景技术：
众所周知，为了满足轻量化的要求，内燃机的活塞是由铝合金材料形成活塞主体。 但由于作用在该活塞上端部所具有的冠部上的燃烧压カ高，所以在所述冠部的外周形成活塞环沟槽，如果在此直接设置活塞环，则活塞环沟槽可能会出现破损。为此，在所述冠部的内部埋设耐蚀高镍铸铁(ニレジスト铸鉄即ちNi-Cr-Cu铸鉄)制的耐磨环，从而在该高强度的耐磨环的外周形成活塞环沟槽。专利文献1 (日本)特开2010-96022号公报然而，所述专利文献1所记述的活塞因为使用耐蚀高镍铸铁等単体比重大的材料作为耐磨环，所以存在活塞整体重量变大的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述现有技术中的技术问题而提出的，其目的在于提供即使具有构成活塞环沟槽的耐磨环，也能够充分抑制重量増加的内燃机活塞。第一方面的发明是一种内燃机的活塞，在冠部具有用来形成活塞环沟槽的耐磨环；该内燃机的活塞的特征在干，由将含镁20重量％以上的材料浸渍到多孔质预成型体的多孔空间内而构成的部件形成所述耐磨环，该预成型体由比活塞母材的硬度更高且比重更大的材料成型。第二方面的发明是一种在冠部具有用来形成活塞环沟槽的耐磨环的内燃机活塞的制造方法；其特征在干，由比所述活塞母材的硬度更高且比重更大的金属氧化物的粉体固化而形成预成型体，通过使比所述活塞母材的比重更小的金属材料与所述预成型体的氧化还原反应，将该金属材料浸渍到该预成型体的多孔空间内而形成所述耐磨环；然后，将所述耐磨环通过浇铸固定在所述活塞母材上。第三方面的发明是一种滑动部件，部分地设有比母材的耐磨性更高的耐磨部；其特征在干，通过使含有镁20重量％的材料浸渍到由比所述母材的硬度更高且比重更大的材料形成的多孔质预成型体的多孔空间内构成的成型体形成所述耐磨部。根据本发明，通过特殊的成型材料和成型方法形成耐磨环，由此能够抑制活塞整体重量的増加。
图1是表示本发明的实施方式所提供的柴油内燃机用活塞的侧视图；图2是图1的A-A线的剖面图；图3是表示本实施方式所提供的耐磨环的侧视图；图4(A) (C)表示通过冲压成型机形成压粉体的ェ序；
图5是本实施方式所提供的预成型体的侧视图；图6是表示通过本实施方式所提供的活塞铸造装置浇铸耐磨环的状态下装置的纵剖面图。附图标记说明1活塞；2冠部；3裙部(^力一卜部)；4开口部(工口乂部)；5 7活塞环沟槽；8耐磨环；10预成型体。
具体实施例方式以下根据附图对本发明的内燃机用活塞及其制造方法及滑动部件的实施方式及实施例进行详述。本实施方式的活塞适用于往复式柴油内燃机。[实施方式]所述活塞1由作为母材的AC8A Al-Si系铝合金一体成型，如图1及图2所示，大致形成为圆筒状，具有在冠面加上划分有燃烧室的冠部2、在该冠部2的下端外周缘上一体地设置的圆弧状的一对推力侧及反推力侧的裙部3、在该各裙部3的圆周方向的两侧端经由各连接部位连接的一对开口部4，在该各开口部4上一体形成有支撑未图示的活塞销的两端部的一对活塞销壳部如。另外，作为所述活塞1的母材，除了以所述铝合金为基体材料以外，还可以以该铝合金为基体材料而其中含有镁合金，由此能够实现活塞母材自身的轻量化。所述冠部2为厚度较厚地形成的圆盘状，在冠面加上形成构成燃烧室的、断面几乎为倒M状的凹部2b，并且在后述的铸造后的外周面上进行切削、研磨等机械加工，分别形成支撑未图示的压力平环及油环等三个活塞环的上、中、下三层活塞环沟槽5、6、7。而且，在冠部2的内部埋设作为滑动部件的耐磨环8，并且在该耐磨环8的内周侧形成环状空洞部9，使冷却油在其内部循环。如图2及图3所示，所述耐磨环8在所述冠部2的外周部被研磨后，用来形成保持最上层侧的所述压力平环的活塞环沟槽5，该耐磨环8以比所述活塞1的铝合金母材的硬度更高且比重更大的铁基金属即耐蚀高镍铸铁的压粉体为基体材料，使铝合金(Al)和镁合金(Mg)浸渍到压粉体中构成的成型体一体化地形成为圆环状。详细说明如后所述，该耐磨环8是通过本申请发明人多次的实验而成型的。所述环状空洞部9与所述耐磨环8及活塞1的中心轴线同轴配置，从所述耐磨环 8的内周面向径向内侧隔着很小的间隙，例如约3mm左右的间隙与所述耐磨环8贴近配置， 并且配置在活塞轴向上与耐磨环8彼此几乎整体重叠的位置。为了吸收燃烧室的高热并有效地进行与外部的热交换，所述耐磨环8与环状空洞部9内部的冷却油优选尽可能地靠近接近燃烧室(凹部2b)的冠部2的内部上端侧，因此， 在活塞轴向的位置上使8、9两者重叠。所述耐磨环8是考虑到所述现有技术问题而为了实现轻量化、成型作业的容易性及成型作业成本的降低等，本申请的发明人根据反复进行的以下多次实验的结果而制造出来的。[实施例]以下针对形成耐磨环8的材料及基于实验的基本成型方法进行详细的说明。
(第一工序)首先，作为耐磨环8的基体材料，粉碎作为金属氧化物(铁基材料)的耐蚀高镍铸铁的切粉，压缩该切粉，预成型为作为多孔质压粉体的预成型体10。基本上称该预成型体 10为压粉体，但为方便起见，直到将Al和Mg的熔液浸渍到以下的多孔空间内的第七工序之前都将其称为预压粉体。所述耐蚀高镍铸铁的切粉在实验上通常通过试验研究用的小型振动研磨机，经过约8小时的敲打、4小时的研磨，共计12小时的粉碎得到，其平均粒径(μ m)分级为50、100、 200、400、600、800、1000。(第二工序)接着，通过图4所示的普通冲压成型机11对所述耐蚀高镍铸铁的切粉进行加压， 形成图5所示的预成型体10。即首先如图4(A)所示，在成型模具12的圆柱状型腔12a内从下方插入内插了成型销13a的下冲头13，以保持定位的状态，在型腔1 内填充所述耐蚀高镍铸铁的切粉14。接着，如图4(B)所示，从型腔12a的上方向下插入上冲头15，与所述下冲头13 — 起从上下方向以规定的压力对所述切粉14进行加压，形成作为圆筒状压粉体的预成型体 10。之后，如图4(C)所示，只要使下冲头13与上冲头15同步上升，从成型模具12中取出所述预成型体10就可得到图5所示的外径为16mm、内径为8mm、高度为IOmm的圆筒状的预成型体10。在实验中，在通过所述冲压成型机11进行成型作业时，改变所述上、下冲头13、15 的冲程，使所述预成型体10的成型密度(g/cm3)分别变化为3、4、5、6、7、7. 8。该耐蚀高镍铸铁的预成型体10以铁(Fe)为基体材料，如表1所示，以最大(Max)、 最小(Min)含量的方式分别表示出所包含的碳(TC)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、镍 (Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)等材料。表 权利要求
1.一种内燃机的活塞，在冠部具有用来形成活塞环沟槽的耐磨环，该内燃机的活塞的特征在干，由将含镁20重量％以上的材料浸渍到多孔质预成型体的多孔空间内而构成的部件形成所述耐磨环，该预成型体由比活塞母材的硬度更高且比重更大的材料成型。
2.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述多孔质预成型体通过固化金属粉体而成型。
3.如权利要求2所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述预成型体为压粉体。
4.如权利要求2所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述预成型体的粉体的平均粒径设定为100 μ m以上且密度设定为3. Og/cm3以上。
5.如权利要求2所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述粉体为铁基金属。
6.如权利要求5所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述粉体由耐蚀高镍铸铁形成。
7.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述活塞母材为铝合金材料。
8.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在干，所述活塞母材为镁合金材料。
9.一种在冠部具有用来形成活塞环沟槽的耐磨环的内燃机活塞的制造方法，其特征在干，由比所述活塞母材的硬度更高且比重更大的金属氧化物的粉体固化而形成预成型体， 通过使比所述活塞母材的比重更小的金属材料与所述预成型体的氧化还原反应，将该金属材料浸渍到该预成型体的多孔空间内而形成所述耐磨环； 然后，将所述耐磨环通过浇铸固定在所述活塞母材上。
10.一种滑动部件，部分地设有比母材的耐磨性更高的耐磨部，该滑动部件的特征在干，通过使含有镁20重量％的材料浸渍到由比所述母材的硬度更高且比重更大的材料形成的多孔质预成型体的多孔空间内构成的成型体形成所述耐磨部。
全文摘要
提供一种内燃机的活塞、该活塞的制造方法及滑动部件。该活塞虽然具有构成活塞环沟槽的、比重大的耐磨环，但能够充分抑制重量的增加。一种内燃机的活塞(1)，在冠部(2)具有用来形成活塞环沟槽(5)的耐磨环(8)，由多孔质预成型体(10)形成所述耐磨环(8)，该多孔质预成型体(10)是通过压缩比活塞(1)的铝合金(Al)母材的硬度更高且比重更大的耐蚀高镍铸铁的切粉而形成的压粉体，预成型体的平均粒径设定为100～1000μm以上且密度设定为3.0～6.0g/cm3以上，预成型体的加热温度为1000℃，加热时间为30分钟。而且设定浸渍预成型体、浸透到多孔质的多孔空间内的铝合金与镁合金的熔液中所述镁合金量在60～90重量％的范围内。
文档编号B22F3/26GK102562349SQ20111036132
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年12月28日
发明者佐佐木正登, 佐藤贵范, 高桥智一 申请人:日立汽车系统株式会社