镶铸用气缸套的制作方法

本实用新型涉及气缸套，尤其涉及被气缸体镶铸而形成气缸内周壁的镶铸用气缸套。此外，涉及使用该镶铸用气缸套制造气缸体的方法。

背景技术：

在适用于汽车发动机的气缸体的制造中，在气缸的内周侧配置气缸套。作为配置了气缸套的气缸体的制造方法，存在如下方法：在气缸体用的铸模内预先配置气缸套，向铸模内注入铸造材料，通过铸造材料镶铸气缸套的外周。

作为这种在气缸体的制造中在铸模内预先配置的气缸套，为了提高与气缸体之间的接合强度，目前得知在气缸套的外周面上具有多个突起的结构(例如参照专利文献1～2)。

此外，关于气缸套外周面的多个突起，目前得知关注具有收缩形状的突起，提高与气缸体的接合强度、密合性的技术(例如参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开2005-194983号公报

专利文献2：日本特开2009-264347号公报

专利文献3：日本特许第6340148号

技术实现要素：

如上所述，在气缸套的外周面上设置突起，进而将该突起的形状设为收缩的形状，由此进行提高气缸套外周面与气缸体之间的接合强度的尝试。

另一方面，在制造气缸体时，根据向配置了气缸套的气缸体的铸模内注入铸造材料，通过铸造材料镶铸气缸套的外周的方法制造。此时，注入铸模内的铸造材料有时未充分地遍及气缸套外周面的突起间区域。其结果，气缸体中与气缸套外周面的接合部分上产生空隙，由此，想到有时无法得到充足的接合强度。

本实用新型的课题在于提供一种镶铸用气缸套，通过抑制气缸体上产生的空隙，能够提高气缸套与气缸体之间的接合强度。

本发明人进行为解决上述课题的研究时，对于气缸套外周面上存在的突起，适当地调整多个突起间的间隔，由此，发现注入铸模内的铸造材料遍及气缸套外周面的突起间，变得能够抑制气缸体上产生的空隙，能够改善气缸套与气缸体之间的接合强度，完成了本实用新型。

本实用新型是在外周面上具有多个突起的镶铸用气缸套，包含满足以下的(ⅰ)及(ⅱ)的镶铸用气缸套。

(ⅰ)在所述外周面上的每1cm²上，所述突起的数量为5个以上50个以下。

(ⅱ)在气缸套的外周面的任意位置，以3.8mm的间隔平行地设定2条15.2mm×0.03mm的线时，与该2条线接触的突起数的总数为8个以下。

进一步，优选满足以下的(ⅲ)、(ⅳ)和/或(ⅴ)。

(ⅲ)选择在气缸套的外周面上的任意突起a，从该选择的突起a和与突起a相邻的突起an(n为1～7的整数)的距离近的一个开始，按顺序设为突起a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7，此时，突起a与突起an的距离ln(mm)满足下式：

(l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7)/7≥1.5。

(ⅳ)所述突起的突起面积率s(％)为5％以上20％以下，

突起面积率s(％)的定义为：从突起的基底开始300μm的位置处，每单位面积的突起的截面面积的总面积占单位面积的比例。

(ⅴ)所述突起的突起收缩率pr(％)为50％以上，

突起收缩率pr(％)的定义为：(每1cm²的收缩突起数/每1cm²的突起数)×100。

此外，本实用新型是气缸体的制造方法，包括：准备气缸体用铸模的步骤，在准备好的气缸体用铸模上配置气缸套的步骤；以及向配置了气缸套的气缸体用铸模内注入铸造材料，形成气缸体的步骤，其中，所述气缸套满足以下的(ⅰ)及(ⅱ)，

(ⅰ)在所述外周面的每1cm²上，所述突起的数量为5个以上50个以下；

(ⅱ)在气缸套的外周面的任意位置，以3.8mm的间隔平行地设定2条15.2mm×0.03mm的线时，与该2条线接触的突起数为8个以下。

通过使用本实用新型的气缸套，向铸模内注入的铸造材料遍及突起间，能够抑制气缸体上产生的空隙，能够改善气缸套与气缸体之间的接合强度。特别是，即使是铸造材料难以遍及的重力铸造法所制造的气缸体，也能够抑制气缸体上产生的空隙。

附图说明

图1表示一个实施方式的气缸套的示意图及放大了其外周面的一部分的放大图的示意图。

图2表示一个实施方式的气缸套的示意图及放大了其外周面的一部分的放大图的示意图。

图3是收缩的突起的截面示意图。

图4是没有收缩的其它突起的截面示意图。

图5是表示根据显微镜的突起观察的概要的示意图。

图6表示使用通过实施例及比较例制造出的气缸套而制造的气缸体的空隙面积率。

图7表示使用通过实施例及比较例制造出的气缸套而制造的气缸体的与气缸套的接合强度。

符号说明

1块状台座

2圆筒部件

3显微镜

10、20气缸套

11、21气缸套外周面

12突起

13、13’线

具体实施方式

本实用新型的一个实施方式是在外周面上具有多个突起的镶铸用气缸套，包含满足以下的(ⅰ)及(ⅱ)的镶铸用气缸套。

(ⅰ)在所述外周面上的每1cm²上，所述突起的数量为5个以上50个以下。

(ⅱ)在气缸套的外周面的任意位置，以3.8mm的间隔平行地设定2条15.2mm×0.03mm的线时，与该2条线接触的突起数的总数为8个以下。

在本实施方式中，气缸套的外周面上存在的突起满足上述(ⅰ)及(ⅱ)，即，突起数量一定程度减少，并且，相邻的突起具有适当间隔，由此，注入铸模内的铸造材料遍及突起间，能够抑制气缸体上产生的空隙，能够改善气缸套与气缸体之间的接合强度。特别是，即使是铸造材料难以遍及各处的重力铸造法所制造的气缸体，铸造材料也遍及气缸套外周面的突起间。

气缸套的外周面所具有的突起的数量(以下也称为突起数pn)，如上述(ⅰ)所示，每1cm²通常为5个以上，优选为10个以上，此外，通常为50个以下，优选为35个以下，还优选为25个以下，更优选为20个以下，进一步优选为19个以下。

若考虑上述(ⅱ)的条件，突起数pn最好不要过多，通常在50个以下。此外，若低于5个，会有接合强度不足够的倾向。

在本实施方式中，在气缸套的外周面的任意位置上，以3.8mm的间隔平行地设定2条15.2mm×0.03mm的线时，与该2条线接触的突起数的总数为8个以下。关于与线接触的突起数，使用图1说明。

图1是一个实施方式的气缸套10的示意图及扩大其外周面11而示意性表示的图。在气缸套外周面11上，随机存在多个突起12。线13及13’长15.2mm，宽0.03mm，在气缸套外周面的任意位置上隔开3.8mm的间隔平行设定2条，对与线13及13’任意一条接触的突起(附图中阴影所表示的突起)进行计数。相邻突起的间隔越小，计算的突起数越多，间隔越宽，计算的突起数越少。

与2条线接触的突起的数量为8个以下表示相邻的突起具有适当的间隔，通过像这样相邻的突起具有适当的间隔，注入铸模内的铸造材料能够充分地遍及突起间，能够抑制气缸体的空隙，结果，能够改善气缸套与气缸体之间的接合强度。

与上述(ⅱ)的条件中的线接触的突起的数量优选为7个以下，还优选为5个以下。下限没有限制，但通常大于0，优选为1以上，还优选为2个以上。另外，优选在同一气缸套上，在2处以上对与2条线接触的突起数进行计数，其平均值作为(ⅱ)的条件中的突起的数量。

在本实施方式中，优选进一步满足以下的(ⅲ)。

(ⅲ)选择在气缸套的外周面上的任意突起a，从该选择的突起a和与突起a相邻的突起an(n为1～7的整数)的距离近的一个开始，按顺序设为突起a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7，此时，突起a与突起an的距离ln(mm)满足下式：

(l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7)/7≥1.5。

对于上述(ⅲ)式，使用图2进行说明。

图2是一个实施方式的气缸套20的示意图，以及扩大其外周面而示意性表示的图。气缸套外周面21上随机存在多个突起。将它们中的某个突起作为突起a时，按照距离a的距离从近到远的突起顺序而设为a1～a7。然后，将a与an的距离作为ln，计算各距离ln的加权平均。

上述(ⅲ)式还表示相邻的突起具有适当的间隔，上述突起间的距离ln的加权平均优选为1.5以上，更优选为1.8以上，还优选为2.0以上。上限没有限制，通常为10以下，优选为5以下，还优选为4以下。

另外，(ⅲ)的条件中突起间的距离ln的加权平均，在同一气缸套上，通过2个位置以上求得，进一步优选设为其平均值。

在本实施方式中，进一步优选满足以下的(ⅳ)。

(ⅳ)所述突起的突起面积率s(％)为5％以上20％以下。

突起面积率s(％)的定义为：从突起的基底开始300μm的位置处，每单位面积的突起的截面面积的总面积占单位面积的比例。

上述(ⅳ)表示突起的数量和/或粗细，突起面积率越大，表示突起数越多，和/或突起越粗，在本实施方式中，将突起面积率s设置为上述范围，由此，适当地形成突起间的间隙，注入铸模内的铸造材料遍及突起间。

除此之外，上述突起面积率s(％)除以上述(ⅰ)所定义的突起的数量pn(个)而得到的突起粗细(s/pn)优选为0.45以上，还优选为0.5以上，更优选为0.55以上，进一步优选为0.6以上，此外，优选为0.8以下，还优选为0.75以下，更优选为0.7以下。上述s/pn越大，表示突起越粗，通过满足上述范围，从而能够改善气缸套与气缸体的接合强度，因此是优选的。

在本实施方式中，进一步优选满足以下的(ⅴ)。

(ⅴ)所述突起的突起收缩率pr(％)为50％以上。

突起收缩率pr(％)的定义为：(每1cm²的收缩突起数/每1cm²的突起数)×100。

上述(ⅴ)表示，突起之中，具有收缩形状的突起在何种程度上存在。具有收缩形状的突起的比例越高，气缸套与气缸体的接合强度得到改善，因此是优选的。突起收缩率pr优选为50％以上，还优选为60％以上，更优选为70％以上，又优选为75％以上，进一步优选为80％以上。

图3是表示收缩形状的突起的一例的放大截面示意图。此外，图4是表示没有收缩的其它形状突起的一例的放大截面示意图。

如图3所示，收缩突起具有开始于外周面的基底面的高度h，典型地，从规定面开始朝向高度方向宽度渐减，具有最小粗细b。之后，朝向高度方向粗细渐增，具有最大粗细a。这样，在本说明书中，将从突起的基底面开始朝向高度方向依次具有最小粗细b，最大粗细a的突起作为收缩突起。

突起平均高度h(mm)没有特别限定，通常为0.25mm以上，优选为0.4mm以上，此外，通常为1.1mm以下，优选为0.8mm以下。另外，突起平均高度h(mm)，通过刻度盘深度计(最小单位为0.01mm)测量，在圆筒部件轴向的两端侧部分，在直径方向上相对的2个位置分别进行，将这4个位置的平均设为突起的平均高度h(mm)。

上述(ⅰ)所表示的每1cm²的突起数pn，通过三维激光测量仪求得从突起的基底开始300μm位置处的突起的等高线图，通过对1cm²范围内闭合部分的个数进行计数而求得。

此外，上述突起面积率s，通过三维激光测量仪求得从突起的基底开始300μm位置处的突起的等高线图，通过计算1cm²范围内闭合部分的突起面积的总面积在单位面积(1cm²)中所占比例而求得。

此外，通过刻度盘深度计，能够求得突起高度，通过使用显微镜、电子显微镜观察气缸套表面，能够测量和计算上述(ⅱ)及(ⅲ)所规定的数值。

收缩形状的突起，能够通过基于显微镜的观察而判断。更具体地，从圆筒部件的外周面相对于通过圆筒部件的中心点和外周面的测量点而延伸的线约45°的角度观察突起。通过观察突起，能够测量突起的最大粗细a、虽小粗细b等。另外，这里所说的突起的粗细，也可以说是观察的突起的宽度。通过图5更具体地说明观察方法。

在块状台座1上配置评价用圆筒部件2。在评价用圆筒部件2的斜上方，将连接监视电视(未图示出)的显微镜3配置为显微镜3的光轴m与垂直方向平行。显微镜3的光轴m与测定的圆筒部件2的外周面的交点设为在圆筒部件2的中心点和通过外周面的测定点而延伸的线o之间形成约45°的角度，从而观察圆筒部件2的表面上形成的突起。

下面对本实施方式的气缸套的制造方法的一例进行说明。

成为气缸套的素材的铸铁的成分未被特别限定，典型地，作为考虑了耐磨损性、耐烧结性及加工性的jisfc250相当的片状石墨铸铁的成分，能够示例如以下所示的成分。

c:3.0～3.7质量％

si:2.0～2.8质量％

mn:0.5～1.0质量％

p:0.25质量％以下

s:0.15质量％以下

cr:0.5质量％以下

其余部分：fe及不可避免的杂质。

气缸套的制造方法未被特别限定，但优选采用离心铸造法，典型地含有以下的步骤a～e。

＜步骤a：悬浮液配置步骤＞

步骤a是将耐火基材、粘结剂和水以规定的比率混合从而制成悬浮液的步骤。

作为耐火基材，典型地使用硅藻土，但不限于此。悬浮液中的硅藻土的含量通常为20质量％以上，35质量％以下，硅藻土的平均粒径通常为2μm以上，35μm以下。

作为粘结剂，典型地使用膨润土，但不限于此。悬浮液中的膨润土的含量通常为3质量％以上，9质量％以下。

此外，悬浮液中的水的含量通常为62质量％以上，78质量％以上。

＜步骤b：铸模涂料配置步骤＞

步骤b是向步骤a中配置的悬浮液中添加规定量的表面活性剂，制成铸模涂料的步骤。

表面活性剂的种类未被特别限定，组合阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂等已知的表面活性剂1种或2种以上而使用。表面活性剂的混合量相对于悬浮液100质量份，通常为0.005质量份以上，0.04质量份以下。

＜步骤c：铸模涂料涂布步骤＞

步骤c是在变为铸模的圆筒状模具的内周面上涂布铸模涂料的步骤。涂布方法未被特别限定，典型地使用喷雾涂布。优选在铸模涂料的涂布时，铸模涂料被涂布为如下的形式：铸模涂料层在内周面整周的范围内形成大致均匀的厚度。此外，优选在涂布铸模涂料，形成铸模涂料层时，通过使圆筒状模具旋转，施加适当的离心力。

本发明人推测在这里气缸套表面上存在的突起的制造经由下面的工序而形成。

即，被加热至规定温度的铸模的内周面上形成的铸模涂料层，铸模涂料中的水分迅速地蒸发从而产生气泡。接着表面活性剂对尺寸相对大的气泡发挥作用，尺寸相对小的气泡彼此结合，由此，在铸模涂料层的内周侧上形成凹孔。在铸模涂料层从铸模的内周面开始缓缓地干燥，形成凹孔的铸模涂料层缓缓地固化的过程中，在铸模涂料层上形成具有收缩形状的凹孔。

铸模涂料层的厚度优选在突起的高度的1.1～2.0倍的范围内选择，但不限于此。在将铸模涂料层设为该厚度时，优选将铸模的温度设为300℃以下。

＜步骤d：铸入铸铁步骤＞

步骤d是向处于旋转状态的具有干燥的铸模涂料层的铸模内铸入铸铁的步骤。此时，向凹孔中填充熔体，所述凹孔具有在之前步骤中说明的铸模涂料层的收缩形状，由此在气缸套的表面上形成收缩的突起。另外，此时也优选施加适当的离心力。

＜步骤e：取出、完成步骤＞

步骤e将制造的气缸套从铸模取出，将气缸套表面的铸模涂料层通过喷砂处理从气缸套去除，由此气缸套完成。

经过上述步骤气缸套完成，但为了减少气缸套表面的突起的数量，适当地扩大突起间隔，需要适当调整步骤a中的水的量、步骤b中的表面活性剂的种类、表面活性剂的量、铸模涂料层的厚度、铸模涂料层形成时的gno、铸入铸铁时的gno等。具体地，通过以下等设置，将气缸套表面的突起设为希望的形态变得容易。

·步骤a中水的混合量：65质量％～75质量％

·步骤b中表面活性剂的添加量：0.005质量％～0.04质量％

·步骤b中表面活性剂的种类：2种以上组合

·铸模涂料层的厚度：0.5mm～1.1mm

·gno(内衬)：20g～80g

·gno(铸入)：80g～160g

另外，gno(内衬)表示上述步骤c中形成铸模涂料层时使圆筒状模具旋转时的g(离心力)，gno(铸入)表示上述步骤d中使铸模旋转时的g(离心力)。

在本实施方式中，像这样使得锚固部指数变为指定的范围，调整圆筒部件表面的突起，由此，能够提高包含圆筒部件以及镶铸圆筒部件的外周部件的复合结构体的接合强度。

本实用新型的其它实施方式，是气缸体的制造方法，包含准备气缸体用铸模的步骤，在准备好的气缸体用铸模上配置气缸套的步骤，以及，向配置了气缸套的气缸体用铸模内注入铸造材料，形成气缸体的步骤。而且，气缸体用铸模上配置的气缸套满足上述说明的(ⅰ)及(ⅱ)。

如上述说明的那样，当制造气缸体时，尤其在通过重力铸造法制造时，通过使用满足上述(ⅰ)及(ⅱ)的气缸套，能够抑制气缸体上产生的空隙，改善气缸套与气缸体之间的接合强度。

【实施例】

接下来，通过实施例对本实用新型进行更加具体的说明，但本实用新型的范围很明显不受以下实施例的限制。

在本实施例中使用的气缸套的各种物理性质的测量方法如下。

＜突起的平均高度h(mm)＞

突起的平均高度h(mm)，通过刻度盘深度计(最小单位为0.01mm)测量。测量在圆筒部件轴向的两端侧部分，在直径方向上相对的2个位置分别进行，将这4个位置的平均作为突起的平均高度h(mm)。

＜突起数pn(个)＞

突起数pn(个)在使用非接触式三维激光测量仪，测量圆筒部件的外周面而得到1cm×1cm的等高线图后，对由该等高线图中的高度300μm的等高线所围合的区域的数量进行计数而求得。与突起的高度的测量相同，测量在圆筒部件轴向的两端侧部分，在直径方向上相对的2个位置分别进行，将这4个位置的平均作为每1cm²的突起数pn。

＜突起收缩率pr(％)＞

通过使用显微镜(株式会社hirox制电子显微镜kh-1300)观察突起，观察该突起是不是收缩的突起，每1cm²的收缩突起数除以pn，乘以100，由此作为收缩率pr(％)。另外，突起收缩率设为4个位置测量的平均值。

＜突起面积率s(％)、突起粗细(s/pn)＞

通过三维激光测量仪求得从突起的基底开始300μm位置处的突起的等高线图，通过计算1cm²范围内闭合部分的突起面积的总面积在单位面积(1cm²)中所占比例而求得突起面积率s(％)，通过将突起面积率s(％)除以上述求得的突起数pn(个)，求得突起的粗细(s/pn)。

＜与线接触的突起数，相邻突起间距离的加权平均＞

根据使用了显微镜的气缸套表面的观察取得图像，在该图像上，隔开3.8mm的间隔平行设定2条15.2×0.03mm的线，对于该线接触的突起的数量进行计数。此外，在同样取得的图像中，选择任意的突起a，测量与突起a相邻的突起an的距离ln(n为1～7的整数)，求得其加权平均。另外，由1个气缸套测量了4个位置。

实验：

·铸模涂料的配置

使用以下表1所示的原料，配置了铸模涂料1～3。另外，关于表1中的表面活性剂，在铸模涂料1及铸模涂料3中，使用具有烃基和酸酯基的阴离子表面活性剂和乙醇酰胺型非离子表面活性剂的组合，在铸模涂料2中，使用具有烃基和酸酯基的阴离子表面活性剂和poe烷基醚型非离子表面活性剂的组合。

【表1】

表1

·气缸套的制作

使用以下成分的熔体通过离心制作了各实施例及比较例的气缸套。铸造成的气缸套的成分为：

c:3.4质量％

si:2.4质量％

mn:0.7质量％

p:0.12质量％

s:0.035质量％

cr:0.25质量％

其余部分：fe及不可避免的杂质z(jisfc250相当)。

使用表1所示的铸模涂料制作了实施例1、2及比较例1的气缸套。另外，在任意的实施例中，步骤c中的圆筒状模具的温度设定为180℃～300℃的范围内，并且将gno(内衬)设为55g而形成了铸模涂料层。其中，关于铸模涂料层的厚度，通过在各实施例中进行适当变更，使适当突起的高度变更。此外，关于步骤d之后，将gno(铸入)设为120g而执行铸铁的铸入以外，任意实施例都以相同的条件实施。对此后得到的铸铁制圆筒部件的内周面进行切削加工，调整壁厚为5.5mm。

这样进行而得到的铸铁制圆筒部件的尺寸为外径(包含突起的高度的外径)85mm、内径74mm(壁厚5.5mm)，轴向的长度为130mm。制作的气缸套的突起的形状表示在表2中。

【表2】

表2

※分别表示在圆筒部件轴向的两端侧部分，在直径方向上相对的2个位置分别进行，这4个位置的平均值

·气缸体的制造

使用实施例1、2及比较例1的气缸套，按以下条件制造气缸套与气缸体的接合体，评价得到的气缸体的空隙面积率和与气缸套的接合强度。

铸造方法：砂模重力铸造

衬里预热：350℃1小时

铝材质：ac4b

热处理：500℃6小时及160℃6小时

得到的气缸套与气缸体的接合体通过以下方法测量气缸体的空隙率。

ⅰ)研磨包含气缸套和铝块的表面的样品截面。

ⅱ)研磨后，拍摄3张包含上述表面的照片。

ⅲ)测量各照片各自的空隙面积率(拍摄视野对应的表面的间隙比例(％))，将其平均作为空隙面积率。

接下来，通过以下方法测量气缸套与气缸体的接合强度。

使用拉伸试验机(岛津制作所制，万能试验机：ag-5000e)，通过夹具固定圆筒部件和外周部件的一个，在与两个部件的接合面垂直的方向上对另一个施加拉伸强度。将两个部件分离时的拉伸强度作为接合强度。

结果表示在图6及图7中。另外，结果是对以同样的方法制造的气缸体进行15次评价的结果。