专利名称：内燃机气缸座的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造内燃机的带衬套气缸座的方法。
用于制造带衬套气缸座的方法有两种一种是在一气缸座中成形的开孔中压入一个机制衬套，第二种是将一衬套在一铸型中以不同工序加工，然后把熔融的气缸套材料加入铸型从而将气缸座与衬套模制成一体。
日本专利公开号平2-37955中公开了上述制造方法，其中将一个预制衬套插入铸型，然后把熔融的气缸套材料加入该铸型以使气缸套与衬套铸成一体，随后机械加工该衬套。
但是，通常的方法有以下问题用上述第一种方法，需要提供与气缸座铸造工序无关的制造衬套的工序，于是在制造带衬套的气缸座时增加了所需的工序数。
用上述第二种方法，由于衬套是在与气缸座铸造工序无关的工序中制造，就会产生与第一种方法相同的问题。另外，用第二种方法还有个问题，即在衬套被置入铸型时需要在衬套和铸型之间提供间隙，这样，当衬套放在铸型中时，由于衬套支承件的尺寸误差会使该衬套从正确位置上错位。
本发明的目的是提供一种制造用于内燃机的带衬套的气缸座的方法，该方法减少了制造带衬套气缸座中需要的工序数而且防止或消除了衬套相对于气缸座的错位。
根据本发明，制造用于内燃机的带衬套气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，用于容放气缸座材料和衬套材料中的一种的第一型腔成形于铸型和型芯之间。在第一供料工序中，气缸座材料和衬套材料中的一种被送入第一型腔。在第二型腔成形工序中，铸型与型芯间的距离增加以便形成第一型腔，不管供给气缸座材料和衬套材料中的哪一种，都是用来容放气缸座材料和衬套材料中的另一种。在第二供料工序中，气缸材料和衬套材料中的另一种被送入第二型腔。
在根据本发明的上述方法中，由于气缸座和衬套是用同样设备连续制造，因此不需要与气缸座铸造工序无关的制造工序，使得制造工序数减少。此外，由于使用同样设备连续制造气缸座和衬套，衬套不会在铸型中错位，不像通常方法那样衬套得在不同工序中预制，然后再以一间隙设置在铸型中。又由于衬套相对气缸座有一点点或者没有错位，因此在气缸座和衬套中无需提供用于吸收由错位造成尺寸误差的特别壁厚。由此，可以使气缸座和衬套的壁厚比较薄，这使发动机变得轻而小巧。
通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明会更明确更容易理解本发明的上述和其它目的，特征及优点。附图中
图1A-1D是按照本发明的第一实施例在用于制造内燃机的气缸座的方法中具体工序时铸型和型芯的横断面视图；图2A-2D是按照本发明的第二实施例在用于制造内燃机的气缸座的方法中具体工序时铸型和型芯的横断面视图；图3A-3D是按照本发明的第三实施例在用于制造内燃机的气缸座的方法中具体工序时铸型和型芯的横断面视图；图4是一个气缸座的横断面视图，它取自垂直于缸径轴线的平面，示出一种形式的衬套部分；图5是一个气缸座的横断面视图，它取自垂直于缸径轴线的平面，示出另一种形式的衬套部分；以及图6是型芯的斜视图。
图1A-1D图解说明了按照本发明第一实施例的方法；图2A-2D图解说明了按照本发明第二实施例的方法；图3A-3D图解说明了按照本发明第三实施例的方法。图4-6可用于本发明的各实施例。本发明所有实施例中的共同部分用相同标号在这些实施例中标出。
首先，对于本发明所有实施例的共同部分参考图1A-1D和图4-6作说明。
按照本发明任一实施例的用于制造带衬套气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时，第一型腔5成形于一铸型1(它可包括一衬套部分成形壁)和一型芯2之间其内用于容放气缸座材料3和衬套材料4中的一种。例如该铸型1包括上段1a，下段1b，以及多个侧段1c。如图6所示，型芯2包括若干个配置在一个圆上的花瓣件2a和一个轴向斜削相对花瓣件2a可轴向移动并与花瓣件2a相接触的芯件2b。当相对花瓣件2a轴向滑动该芯件2b时，芯件2b使得花瓣件2a按型芯2的径向运动。在第一型腔是衬套成形腔的情况下，发动机的所有气缸的第一型腔5可以彼此独立无关，如图4中所示，或者可以彼此成为一体，如图5中所示。型芯2由支撑件10支承。
在第一供料工序中，将气缸座材料3和衬套材料4中的一种送到第一型腔5。
在第二型腔成形工序中，增大铸型1和型芯2之间的距离从而形成第二型腔6，不管送到第一型腔5的是气缸座材料3和衬套材料4中的哪一种，型腔6用于容放两种材料中的另一种。实现增大铸型1与型芯2之间的距离是通过用另外的铸型1’或型芯2’代替铸型1和型芯2之一或者通过扩张或压缩配置在一个圆上的花瓣件2a。型芯2’由支撑件10’支承。
在第二供料工序，气缸座材料3和衬套材料4中的另一种(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，一个气缸座部分和一个衬套部分使用同样的气缸座制造设备连续成形。因此，使用不同设备制做衬套，衬套的切割，衬套的机加工，以及将衬套置入铸型等在通常气缸座制造方法中需要进行的工作均由按照本发明的气缸座制造方法消除。另外，由于衬套部分和气缸座部分是使用同样设备铸造或制造，因此不会造成在通常方法中将不同工位制造的型芯置入铸型时产生的尺寸误差。此外，不需要因尺寸误差而增加衬套和气缸套的厚度以便吸收误差。从而使带衬套的气缸座变得轻巧。下面说明只本发明各实施例才有的部分。
本发明的第一实施例的情形是衬套材料为铝并且以熔融铝的形式工料，气缸座材料也是铝。首先铸造气缸座，然后再铸造衬套。
图1A表示了第一型腔5已形成的阶段，对第一型腔5来说，气缸座材料3(铝)已供入凝固。在第一型腔成形工序中，铸型中比如在侧段1c上形成一个第一浇口7。此外，一个第二浇口芯8设定到铸型1上，比如在其下段1b，在铸型上还成形一间隔9用于使第二浇口8向其移动。部件10支承型芯2。型芯2的每个花瓣件2a具有带突起11的外表面用来增加衬套部分与气缸座部分的固定效果(固定强度)。在第一供料工序中，铝的气缸座材料3以熔融状态被送入第一型腔5，然后凝固，从而铸造缸座。
图1B表示形成第二型腔6的型芯卸除工序。当接触型芯的花瓣件2a表面的气缸座材料已凝固，芯件2b按箭头12所标方向运动，使得配置花瓣件2a的圆的直径减小而形成间隙13。然后，含有花瓣件2a和芯件2b的型芯2利用该间隙13向上运动并被卸除。
然后，如图1C所示，另一个比原型芯2小但是也包括若干花瓣件2a’和芯件2b’的型芯2’被插入铸型1，使得用于形成衬套部分的第二型腔6在其内并在铸成的气缸座部分旁边成形。型芯2’由支撑件10’支承。另外，第二浇口8芯利用间隔9向下运动从而形成第二浇口14。
图1C表示第二供料工序以后的状态。一种熔融态衬套材料4(如具有高含量硅的过共晶结晶铝A390通过第二浇口14送入第二型腔6。该衬套材料4凝固成衬套部分。衬套部分与气缸座部分合成一体，并通过突起11与气缸座部分相固定。
图1D表示产品卸除工序。衬套材料4已凝固后，下段1b和侧段1c被移走，由于斜削的结构，花瓣件2’收缩或减小尺寸，使得形成一个间隙15用于卸取铸成的产品。型芯2’和支撑件10’利用间隙15按箭头12’的方向向上运动，并从该产品卸除。此后，从上段1a取下铸成产品16。对应于第一和第二浇口的产品16的凸缘部分被机械加工去除。
在本发明第一实施例中由于每个包括花瓣件2a，2a’和芯件2b，2b’的合成型芯2，2’用来作各自的型芯2，2’，因此型芯2，2’的扩张和收缩以及用另一型芯2’替换型芯2是容易的，这样第一型腔5和第二型腔6的成形也容易。
本发明的第二实施例的情况是衬套材料为铝并且以粉沫形式输送，气缸座材料为铝。如图2A-2D中所示，首先铸造气缸座部分，然后成形衬套部分。
图2A表示第一型腔成形工序和第一供料工序后的阶段，第一型腔已经形成，对第一型腔来说铝的气缸座材料3已送入凝固。在铸型1的下段1b，形成用于供给自粉末源来的粉末通入第二型腔的浇口18。
图2B表示第二型腔成形工序和第二供料工序后的阶段。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’替换。第二型腔6是在气缸座部分旁边内部成形。在第二供料工序中输送的是粉末状衬套材料4，通过注射或抽吸经第二粉末材料供给浇口18送入第二型腔6以装满第二型腔6。
图2C表示粉末的衬套材料4装满第二型腔后的状态，替换型芯2’的芯件2b’已按箭头12A标示的轴向方向运动以便扩张花瓣件2a’。由于型芯2’的扩张，粉末衬套材料4受压而增加密度与型芯2’扩张的同时，浇口18被型芯2’封闭，剩余在浇口18中的粉末通过抽吸装置(未示出)回收。
然后，第二型腔6中的粉末衬套材料4通过加热型芯2’，比如用电磁感应装置而变成固体。加热已经送入第二型腔4的粉末材料4可以在压紧粉末材料而增加其密度之后进行，或者不需压紧和密度增加工序。
图2D表示用于以铸型和型芯卸除产品的工序。在此工序中，下段1b和侧段1c已取走后，芯件2b’按箭头12A’所示方向移动从而收缩或压缩型芯2’。然后，产品1b便从上段1a和型芯2’卸除。
在本发明的第二实施例中，由于粉末材料是用来做衬套材料4，因此不需要提供铸造衬套部分的那一部分，这样就简化了铸造设备。在压紧粉末材料的情况下，材料密度增加就会产生高质量衬套部分。
上述第一和第二实施例中，虽然用较小尺寸的花瓣件2a’替换了较大尺寸的花瓣件2a，如果花瓣件2a的外表面上的突起转换在衬套部分的内表面(例如，在衬套部分的内侧表面被机械加工和增加机加工量的情况下)这种替换并非必须进行。
本发明的第三实施例的情况是衬套材料4是铸铁并且以熔融金属形式输送，气缸座材料是铝。首先铸造气缸座部分，然后形成衬套部分，因为铸铁具有比铝高的熔点。
图3A表示第一型腔成形工序和第一供料工序之后的阶段，铸型1有一个衬套部分成形壁1d。在第一型腔成形工序，第一型腔5成形于衬套部分成形壁1d与型芯2之间。在第一供料工序，熔融的铸铁衬套材料4通过注射或抽吸经第一浇口19被送入第一型腔5以装满该型腔。衬套部分成形壁1d在上段1a被整体成形。衬套部分成形壁1d限定出由多个衬套形成的整体衬套的外表面如图5中所示。型芯2设置在铸型1中具有扩张的花瓣件2a，该衬套部成形壁1d设置的位置在由扩张花瓣件2a外表面隔开一个衬套部分的厚度处(第一型腔5的厚度)。当熔融铸铁的衬套材料送入第一型腔5以装满该型腔时，一种冷却剂(如冷却水)经过在衬套部成形壁1d上加工的冷却通道20而流动，从而促使熔融金属的凝固。最可取的是，衬套部成形壁1d用具有高热传导性的铜基材料制作。
在图3B所示的工序中，衬套部分成形壁1d横向移动，然后向上取出(按箭头12B标出的方向)。衬套部分成形壁1d的横向运动可以通过一种与型芯的花瓣件或一个圆柱体相似的机构而进行。在衬套部成形壁1d卸取出之前，当衬套部分中的铸铁已凝固但浇口19中的铸铁尚未凝固之时，停止注射或抽吸熔融铸铁，于是浇口19中的铸铁返回到铸铁源。
在图3C中所示工序，铸型1中置入了一个水套成形型芯1e和若干个侧面型芯1c，然后将铝的气缸座材料3以熔融态注入第二型腔从而形成气缸座部分。图3D表示的状态是，已经取走下段1b和侧段1c而型芯2已经收缩并按箭头12B’所示向上方向运动。然后，从上段卸取一个产品16(一个带衬套的气缸座)。
在本发明的第三实施例中，由于熔融铸铁首先已经完全凝固，然后输送熔融铝3，因此在浇铸气缸座部分过程中的衬套部分不熔化。
图4和图5表示两种衬套形式。更具体说，在图4形式的衬套部分中，内燃机所有缸体的衬套成形腔是彼此独立的。因此，在相邻的衬套部分之间具有气缸座材料3。最好，这种形式的衬套应用于本发明第一和第二实施例。在图5形式的衬套部分中，内燃机所有缸体的衬套成形腔彼此成整体。这种形式的衬套部分最好应用于本发明第三实施例。
根据本发明，获得了以下优点第一，由于衬套部分和气缸座部分是用相同设备连续成形，因此制造过程中可以减少所需的工序数目。另外，在制造带衬套气缸座过程中尺寸精度被改善，使得可以减薄衬套部分和气缸座部分的厚度，减轻发动机，而且使发动机紧凑。
第二，用包含花瓣件和芯件的型芯，使型腔的成形容易，制造工序被简化。
第三，通过用粉末材料作衬套材料并加热粉末材料使其凝固，无需进行浇铸衬套部分，使得为此的铸造设备被简化。
第四，在加热粉末材料前通过型芯的花瓣件压紧粉末材料，使粉末材料的密度增加并且改善了衬套部分的质量。
最后，在衬套材料为铸铁而气缸座材料为铝的情况下，先浇铸衬套部分，然后浇铸气缸座部分，可以防止在铸造气缸座部分时衬套部分的熔化。
虽然结合具体实施例已说明了本发明，但该领域的专业人员将会理解，对所示实施例所做的各种变更和变换，不偏离本发明的新颖教导和优点。因此，可以理解，所有这些变更和变换均在以下权利要求所限定的本发明范围之内。
权利要求
1.一种制造内燃机气缸座的方法，其特征在于，包括的工序是在一铸型和一型芯之间形成第一型腔，其内用于容放气缸座材料和衬套材料中的一种；将所述气缸座材料和衬套材料中的一种送入所述第一型腔；增大所述铸型和所述型芯之间的距离以形成第二型腔，不管已输送的所述气缸座材料和衬套材料中一种是哪一种，该型腔用于容放气缸座材料和衬套材料中的另一种；将所述气缸座材料和衬套材料中的另一种送入所述第二型腔。
2.按照权利要求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个圆上的花瓣件和一个相对所述花瓣件可轴向移动的芯件，所述第二型腔成形工序包括通过移动所述芯件而减小由花瓣件限定的直径。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征是，其中在所述第二型腔成形工序过程中，所述型芯由另一个尺寸不同于该型芯的型芯替换。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征是还包括连续铸造气缸座并成形衬套部分以便形成一个产品并从铸型和型芯卸除该产品。
5.按照权利要求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个是衬套成形型腔，所述内燃机的所有气缸的衬套成形型腔是彼此独立的。
6.按照权利要求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个是衬套成形型腔，所述内燃机的所有气缸的衬套成形型腔是彼此成整体的。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征是所述衬套材料是铝并且以熔融铝的形式进行输送，所述气缸座材料是铝。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征是首先在所述第一型腔中铸造一个气缸座部分，然后在所述第二型腔中成形一个衬套部分。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征是还包括所述型芯设置有突起的外表面用以增加衬套部分与气缸座部分的固定强度。
10.按照权利要求7所述的方法，其特征是还包括在所述铸型中成形一个第一浇口，所述铸型上设置一个第二浇口芯，还成形一间隔用于使所述第二浇口芯向其移动，其中通过所述第一浇口将所述气缸座材料和衬套材料中的一种以熔融态送入所述第一型腔，然后经过所述第二浇口将所述气缸座材料和衬套材料中的另一种以熔融态送入所述第二型腔。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征是还包括在一个铸成产品从所述铸型和所述型芯上取出后去除已凝固在所述第一浇口和所述第二浇口中的部分所述气缸座材料和所述衬套材料。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征是所述衬套材料是铝并以粉末形式输送，所述气缸座材料是铝。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征是首先在所述第一型腔中一个铸造气缸座部分，然后在所述第二型腔成形一个衬套部分。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征是，还包括所述型芯设置有突起的外表面用于使一个衬套部分固定到一个气缸座部分。
15.按照权利要求12所述的方法，其特征是，还包括在所述铸型中形成第一浇口和第二浇口，其中通过该第一浇口将所述气缸座材料和衬套材料中的一种以熔融态送入所述第一型腔，通过所述第二浇口将所述气缸座材料和衬套材料中的另一种以粉末形式送入所述第二型腔。
16.按照权利要求12所述的方法，其特征是，所述衬套材料已关入并装满所述第二型腔之后，粉末状的该衬套材料受压以增大密度，然后加热该衬套材料使其凝固。
17.按照权利要求12所述的方法，其特征是，所述衬套材料已送入并装满所述第二型腔之后，粉末状的衬套材料不经过受压而加热使其凝固。
18.按照权利要求1所述的方法，其特征是，所述衬套材料是铸铁并且以熔融态进行输送，所述气缸座材料是铝。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征是首先铸造衬套部分，然后铸造气缸座部分。
20.按照权利要求18所述的方法，其特征是还包括所述铸型设置有一个衬套部分成形壁，使得所述衬套部分成形壁与所述型芯之间的空间限定出所述第一型腔，其中所述衬套材料被以熔融态送入所述第一型腔。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征是，还包括提供用铜制的所述铸型的所述衬套部分成形壁，所述成型壁内加工有冷却通道，其中当所述衬套材料送入所述第一型腔时，使一股冷却水经过所述冷却通道流动。
全文摘要
一种制造内燃机用的带衬套气缸座的方法包括的工序是在铸型和型芯之间形成第一型腔，在第一型腔送入气缸座材料和衬套材料中的一种，通过扩张或收缩型芯或者用另一型芯替换原型芯而形成第二型腔，将气缸座材料和衬套材料中的另一种送入第二型腔。带衬套气缸座用相同设备连续制造。
文档编号B22D19/00GK1158771SQ9612151
公开日1997年9月10日 申请日期1996年12月3日 优先权日1995年12月4日
发明者柴田幸宏, 冈口茂树, 唐木满寻 申请人:丰田自动车株式会社