再制造发动机缸体的方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于再制造发动机缸体的方法。所述发动机缸体包括顶面和通路，所述通路在所述顶面处开口，并在所述发动机缸体中部分地由具有侧面和基面的沉孔限定。所述方法包括通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到所述侧面和所述基面上，从而形成与所述侧面和所述基面附着在一起的填充部件。
【专利说明】
再制造发动机缸体的方法
技术领域
[0001]本发明涉及再制造机器构件，具体涉及再制造发动机缸体。
【背景技术】
[0002]发动机用于许多类型的机器中，包括应用于建设、油气开采、采矿、发电和海洋产业中的机器。发动机通常包括具有一个或多个气缸的发动机缸体和安装在发动机缸体上的气缸盖。气缸盖封闭气缸，并且常常包括用于将空气和燃料的混合物导入气缸的燃烧室部分中的结构。活塞位于各气缸内并与曲轴连接。活塞响应于燃烧室内的燃烧事件而往复运动，由此共同地使曲轴旋转。曲轴的旋转进而可用于为机器提供动力，例如推进机器或操作其(多个)机具中的一个。
[0003]近年来再制造机器构件的领域已大幅扩大，由此延长了构件的使用寿命并且节约了资源。例如，包括发动机缸体的发动机构件已被再制造。随着时间的推移和使用，发动机缸体的多个特征结构可能被磨损或侵蚀，例如发动机缸体与气缸盖之间的界面附近的那些特征结构。再制造技术旨在解决这种磨损或侵蚀，并将发动机缸体恢复至改善的状态。
[0004]例如，发动机缸体的被磨损或侵蚀的特征结构可被加工掉，且然后可在该位置将金属插入物压配合到发动机缸体内以使发动机缸体恢复至其原始形状。然而，由于运转期间的热膨胀和收缩，插入物与发动机缸体之间可能出现微小的间隙。
[0005]此外，美国专利申请公报2011/0138596A1涉及修复柴油发动机的已由于磨损而损坏的部件，例如曲轴箱或气缸盖。‘596公报公开了使用热喷射技术如熔线式电弧喷涂以利用熔融金属的喷涂来修补部件的磨损部分。然而，因为较厚的应用容易开裂，热喷涂技术仅可用于修补较小厚度的金属。
[0006]因此，存在与再制造发动机缸体有关的改进的需求。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种用于再制造具有顶面和在该顶面处开口的通路的发动机缸体的方法。所述通路在发动机缸体中部分地由一沉孔限定，所述沉孔具有从所述顶面向下延伸的侧面和在所述顶面下方从所述侧面向内延伸的基面。所述方法包括通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到所述侧面和所述基面上，从而形成与所述侧面和所述基面附着在一起的填充部件。
[0008]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于再制造具有顶面和在该面处开口的气缸的发动机缸体的方法。所述气缸部分地由一沉孔限定，所述沉孔具有从所述顶面向下延伸的侧面和在所述顶面下方从所述侧面向内延伸的基面。所述方法包括:将遮罩部件插入到气缸内；通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到所述侧面和所述基面上，从而在所述发动机缸体与所述遮罩部件之间形成填充部件；以及除去所述遮罩部件。
[0009]根据本发明的又一个方面，一种再制造的发动机缸体包括:包括顶面的体部，所述体部由发动机缸体材料形成;在所述顶面处开口的通路;和填充部件，所述填充部件包括通过气体动力冷喷涂法沉积到所述体部上的聚积的固体粉末金属。所述通路至少部分地由所述体部和所述填充部件限定。
【附图说明】
[0010]图1是示出了发动机缸体的等轴侧视图。
[0011]图1A是示出了部分图1的发动机缸体一的放大视图，所述部分包括气缸、冷却剂通路、安装孔和润滑剂通路。
[0012]图2是沿图1A的线2-2截取并示出了冷却剂通路的特征结构的剖视图。
[0013]图3是与图2相似的剖视图，但其中冷却剂通路部分地由沉孔限定。
[0014]图4是与图3相似的剖视图，但其中固体粉末金属已被喷涂而附着到沉孔的内表面和基面，并形成填充部件。
[0015]图5是与图4相似的剖视图，但示出了填充部件的在发动机缸体的顶面上方延伸的部分。
[0016]图6是与图5相似的剖视图，但其中填充部件被机加工以使其上表面与顶面对齐，并限定出再制造通路。
[0017]图7是与图6相似的剖视图，但其中对填充部件施加了表面处理，并且其中填充部件被机加工成使得表面处理材料大体与顶面和通路的壁面对齐。
[0018]图8是沿图1A的线8-8截取并示出了气缸的特征结构的剖视图。
[0019]图9是与图8相似的剖视图，但其中气缸部分地由沉孔限定。
[0020]图10是与图9相似的剖视图，但其中固体粉末金属已被喷涂而附着到沉孔的内表面和基面，并形成填充部件。
[0021]图11是与图10相似的剖视图，但示出了填充部件在发动机缸体的顶面上方延伸的部分。
[0022]图12是与图11相似的剖视图，但其中填充部件被机加工以使其上表面与顶面对齐，并限定出再制造通路。
[0023]图13是与图12相似的剖视图，但其中对填充部件施加了表面处理，并且其中填充部件被机加工成使得表面处理材料大体与顶面和通路的壁面对齐。
[0024]图14是与图1相似的等轴侧视图，但示出了再制造之后的发动机缸体。
[0025]图14A是与图1A相似的放大视图，但示出了再制造之后的发动机缸体。
【具体实施方式】
[0026]参照附图，并从图1开始，示出了示例性的发动机缸体10。在说明其一些结构特征之后，下面将说明用于再制造发动机缸体10的方法。
[0027]发动机缸体1—般包括由发动机缸体材料形成的体部11。发动机缸体1包括多个气缸12，每个气缸都构造成接纳活塞(未示出)。例如，在所示的实施例中，发动机缸体1包括共16个气缸12，所述气缸12被分成两个气缸组:具有8个气缸12的第一气缸组14和也具有8个气缸12的第二气缸组16。两个气缸组14、16和它们各自的气缸12以“V”形构型排列。发动机缸体10还包括大体位于两个气缸组14、16下方的曲轴箱18。曲轴箱18构造成收纳由在气缸12内往复运动的活塞转动的曲轴(未示出)。
[0028]发动机缸体10构造成与一个或多个气缸盖(未示出)安装在一起。特别地，发动机缸体10的各气缸组14、16包括顶面20，并且气缸12在顶面20处开口。气缸盖可构造成安装在顶面20上。例如，一个或多个气缸盖可安装在气缸组14的顶面20上，一个或多个气缸盖可安装在气缸组16的顶面20上。
[0029]接下来参照图1A的放大视图，在发动机缸体10中可形成有用于接纳用于将气缸盖安装在发动机缸体10上的紧固件(未示出)的安装孔22。例如，若干个安装孔22可围绕各气缸12并在顶面20处开口，例如为了接纳用于将气缸盖安装在发动机缸体1上的螺栓。
[0030]发动机缸体10还包括用于冷却剂和润滑剂的通路。例如，若干个冷却剂通路24可围绕各气缸12并在顶面20处开口，例如为了与气缸盖中的相关冷却剂通路对准，以在发动机缸体10与气缸盖之间传送冷却剂。同样，多个润滑剂通路26可在顶面20处开口，例如为了与气缸盖中的相关润滑剂通路对准，以在发动机缸体10与气缸盖之间传送润滑剂。
[0031]因而，气缸12、安装孔22、冷却剂通路24和润滑剂通路26全都是发动机缸体10中的在顶面20处开口的通路。随着时间的推移和使用，这些通路可能会被磨损或侵蚀，或可能会由于别的原因而需要修复。现在说明例如为了修复这些通路而再制造发动机缸体10的方法。与冷却剂通路24(图2-7)和气缸12(图8-12)相结合地提供示例性的说明，但显然这些说明一般适用于所有在顶面20处开口的通路。
[0032]接下来参照图2，示出了其中一个冷却剂通路24的其它细节。冷却剂通路24从顶面20向下延伸到发动机缸体10内。在所示的实施例中，冷却剂通路24大体垂直于顶面20延伸，并与在顶面20下方大体围绕气缸12的冷却剂通道28连接。冷却剂通路24和冷却剂通道28彼此连接以允许冷却剂在其间流动。
[0033]如图2所示，冷却剂通路24可由体部11的壁面30限定，壁面30基本是直的并在顶面20与冷却剂通道28之间延伸。
[0034]或者，如图3所示，冷却剂通路24可部分地由体部11的沉孔32和主孔34限定。沉孔32在顶面20处开口且主孔34从沉孔32向下延伸。例如，沉孔32可能作为再制造发动机缸体10的较早的工艺的一部分已在发动机缸体10中形成，藉此插入物36(在图3中用虚线示出)位于沉孔32内。如果发动机缸体10中存在这种插入物36，则将它除去是本方法的一部分。
[0035]如果发动机缸体10尚未包括沉孔32，则对发动机缸体10进行机加工以形成沉孔32ο
[0036]沉孔32由侧面38和基面40限定。侧面38从顶面20向下延伸，并且基面40在顶面20下方从侧面38向内延伸。基面40在侧面38的大体内侧与壁面30相交。如图所示，沉孔32和主孔34可大体彼此共轴。主孔34大体由沉孔32与冷却剂通道28之间的壁面30限定。
[0037]接下来参照图4，通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到体部11上以形成与体部11附着在一起的填充部件42。特别地，将固体粉末金属喷涂到侧面38和基面40上，并附着到这些表面上。如本发明中所使用的，术语“气体动力冷喷涂法”指的是其中固体粉末材料通过气体射流输送(喷涂)成与基底成撞击关系的涂层沉积法。在撞击后，固体粉末材料与基底和/或已经与基底附着在一起的其它固体粉末材料附着在一起，由此聚积而形成金属涂层。在气体动力冷喷涂法中，固体粉末材料在其被喷涂时未熔化。
[0038]喷涂而形成填充部件42的固体粉末金属可包括不锈钢，例如410不锈钢。喷涂而形成填充部件42的固体粉末金属还可包括镍铝材料。固体粉末金属可在任意合适的工艺参数下根据气体动力冷喷涂法喷涂。
[0039]可选择地，并且如图4所示，遮罩部件44可在固体粉末金属被喷涂以形成填充部件42之前插入到冷却剂通路24内。遮罩部件44可采用插入到主孔34内以防止固体粉末金属进入主孔34的插塞的形式。如图所示，遮罩部件44大体位于壁面30的内部和顶面20下方。由此，填充部件42可大体形成在遮罩部件44上方。
[0040]接下来参照图5，固体粉末金属可被喷涂成使得填充部件42被构建，其中填充部件42的一部分在顶面20上方延伸。如图6所示，随后可对填充部件42进行机加工以除去该部分，以使填充部件42的上表面46大体与顶面20对齐。填充部件42的上表面46大体与沉孔32的基面40相对。
[0041 ]同样如图6所示，也可对填充部件42进行机加工以形成再制造通路48。例如，可钻削填充部件42以形成由填充部件42的内表面50限定出的再制造通路48。如图所示，内表面50大体与沉孔32的侧面38相对，从上表面46向下延伸并大体穿过填充部件42。
[0042]例如通过机加工来除去遮罩部件44，并且将再制造通路48与主孔34连接成使得冷却剂能在其间传送。由此，在这些步骤之后，冷却剂通路24变成至少部分地由体部11和填充部件42限定，且尤其由主孔34和再制造通路48限定。
[0043]如图所示，可对填充部件42进行机加工以使内表面50与壁面30大体对齐。
[0044]接下来参照图7，可对填充部件42施加表面处理材料52。特别地，可对填充部件42的上表面46和内表面50施加表面处理材料52。例如，可将表面处理材料52施加成完全覆盖上表面46和内表面50。
[0045]可选择地，可能希望将填充部件42机加工成使得填充部件42与表面处理材料52的组合大体与顶面20和/或壁面30对齐。例如，且如图所示，填充部件42可被机加工成使得其上表面46位于顶面20下方且其内表面50位于壁面30的外侧。然后可增加表面处理材料52以使得表面处理材料52大体与顶面20和壁面30对齐。在将表面处理材料52施加至填充部件42之后可改表面处理材料52的其厚度或形状。
[0046]表面处理材料52可包含镍铝材料，并且可通过热喷涂法施加。如本发明中使用的，述语“热喷涂法”指的是其中将熔融的涂层材料喷涂到基底上的涂层沉积法。
[0047]接下来参照图8，示出了气缸12之一的其它细节。如上所述，气缸12构造成接纳活塞。例如，气缸12可构造成接纳气缸套(未示出)，该气缸套接纳活塞。气缸12从顶面20向下延伸到发动机缸体10中。在所示的实施例中，气缸12大体垂直于顶面20延伸。冷却剂通道28大体在顶面20下方围绕气缸12以提供用于从气缸12的区域带走热量的冷却剂。
[0048]如图8所示，气缸12可在顶面20附近部分地由体部11的壁面54限定，壁面54基本是直的并从顶面20向下延伸。
[0049]或者，如图9所示，气缸12可部分地由体部11的沉孔56和主孔58限定。沉孔56在顶面20处开口且主孔58从沉孔56向下延伸。例如，处于其初始状态下的发动机缸体10可包括沉孔56。此外，沉孔56可能作为再制造发动机缸体10的较早的工艺的一部分已在发动机缸体10中形成，在所述工艺中插入物60(在图9中用虚线示出)位于沉孔56内。如果发动机缸体10中存在这种插入物60，则作为本方法的一部分将它除去。
[0050]如果发动机缸体10尚未包括沉孔56，则对发动机缸体10进行机加工以形成沉孔56 ο[0051 ] 在任何情况下，沉孔56由侧面62和基面64限定。侧面62从顶面20向下延伸，且基面64在顶面20下方从侧面62向内延伸。基面64在侧面62的大体内侧与壁面54相交。如图所示，沉孔56和主孔58可大体彼此共轴。主孔58大体由沉孔56下方的壁面45限定。气缸12也可由主孔58下方的其它结构特征限定。
[0052]接下来参照图10，通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到体部11上以形成与体部11附着在一起的填充部件66。特别地，将固体粉末金属喷涂到侧面62和基面64上，并附着到这些表面上。
[0053]为了形成填充部件66而喷涂的固体粉末金属可包括不锈钢，例如410不锈钢。为了形成填充部件66而喷涂的固体粉末金属也可包括镍铝材料。固体粉末金属可在任意适合的工艺参数下根据气体动力冷喷涂法喷涂。
[0054]接下来参照图10，可在喷涂固体粉末金属以形成填充部件66之前将遮罩部件68插入到气缸12内。遮罩部件68可采用插入到主孔58内以防止固体粉末金属进入主孔58的插塞的形式。填充部件66可在遮罩部件68与发动机缸体10之间形成。如图所示，遮罩部件68在顶面20上方延伸。遮罩部件68由此在遮罩部件68与发动机缸体10之间限定出环形通道70，并且填充部件66可呈圆环形形成在环形通道70中。
[0055]接下来参照图11，可喷涂固体粉末金属以构建填充部件66，其中填充部件66的一部分在顶面20上方延伸。如图12所示，随后可对填充部件66进行机加工以除去该部分，以使填充部件66的上表面72大体与顶面20对齐。填充部件66的上表面72大体与沉孔56的基面64相对。
[0056]同样如图12所示，也可对填充部件66进行机加工以形成再制造通路74。例如，可钻削填充部件66以形成由填充部件66的内表面76限定出的再制造通路74。如图所示，内表面76大体与沉孔56的侧面62相对，从上表面72向下延伸并大体穿过填充部件66。
[0057]例如通过机加工来除去遮罩部件68。由此，再制造通路74与主孔58连接以使得冷却剂能在其间传送。由此，在这些步骤之后，气缸12变成至少部分地由体部11和填充部件66限定，且尤其由主孔58和再制造通路74限定。
[0058]如图所示，可对填充部件66进行机加工以使内表面76大体与壁面54对齐。
[0059]接下来参照图13，可对填充部件66施加表面处理材料78。特别地，可对填充部件66的上表面72和内表面76施加表面处理材料78 ο例如，可将表面处理材料78施加成完全覆盖上表面72和内表面76。
[0060]可选择地，可能希望将填充部件66形成为使得填充部件66与表面处理材料78的组合大体与顶面20和/或壁面54对齐。例如，且如图所示，可对填充部件66进行机加工以使得其上表面72位于顶面20下方且其内表面76位于壁面54外侧。可将遮罩部件68的构型选择成使得内表面76形成在壁面54的外侧。然后可增加表面处理材料78以使得表面处理材料78大体与顶面20和壁面54对齐。在将表面处理材料78施加至填充部件66之后可改变其厚度或形状。
[0061 ]表面处理材料78可包含镍铝材料，并且可通过热喷涂法施加。
[0062]工业适用性
[0063]以上说明了用于再制造发动机缸体10的方法。特别地，与在发动机缸体10的顶面20处开口的修复通路相结合地说明了各步骤。虽然文中说明的示例涉及冷却剂通路24和气缸12，但这些方法步骤一般也适用于在顶面20处开口的其它通路，包括安装孔22和润滑剂通路26。
[0064]接下来参照图14和14A，示出了已根据上述方法步骤再制造的发动机缸体10。同样，发动机缸体10包括由发动机缸体材料形成的体部11，并具有第一气缸组14和第二气缸组16。各气缸组14、16包括顶面20 ο若干条通路(12，22，24，26)在各顶面20处开口。为了修复其中一条通路，通过气体动力冷喷涂法将填充部件42、66沉积到发动机缸体1的体部11上。如上所述，填充部件42、66代表固体粉末金属的聚积。该通路由此变成至少部分地由体部11和填充部件42、66限定。可对填充部件42、66施加表面处理材料52、78。特别地，表面处理材料52、78可包括对填充部件42、66的上表面46、72和内表面50、76施加的镍铝材料。
【主权项】
1.一种再制造发动机缸体的方法，所述发动机缸体具有顶面和在所述顶面处开口的通路，所述通路在所述发动机缸体中部分地由沉孔限定，所述沉孔具有从所述顶面向下延伸的侧面和在所述顶面下方从所述侧面向内延伸的基面，所述方法包括: 通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到所述侧面和所述基面上，从而形成与所述侧面和所述基面附着在一起的填充部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述填充部件的一部分在所述顶面上方延伸，并且还包括: 机加工所述填充部件以去除位于所述顶面上方的所述部分。3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 机加工所述填充部件以形成再制造通路。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通路是气缸、冷却剂通路、润滑剂通路和安装孔中的一者。5.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在喷涂固体粉末金属之前，对所述发动机缸体进行机加工以形成所述沉孔。6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在喷涂固体粉末金属之前，将遮罩部件插入到所述通路内，和 在喷涂固体粉末金属之后，去除所述遮罩部件。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述填充部件呈环形形成在所述遮罩部件与所述发动机缸体之间。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通路在所述发动机缸体中还部分地由从所述沉孔向下延伸的主孔限定，并且还包括: 防止固体粉末金属进入所述主孔。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机缸体还包括位于所述沉孔内的插入物，并且还包括: 在喷涂固体粉末金属之前，去除所述插入物。10.根据权利要求1所述的方法，还包括: 向所述填充部件施加表面处理。11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述填充部件包括与所述侧面大体相对的内表面和与所述基面大体相对的上表面，并且其中施加表面处理包括通过热喷涂法向所述内表面和所述上表面施加镍铝材料。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固体粉末金属包括不锈钢或镍铝材料。13.—种再制造具有顶面和在所述顶面处开口的气缸的发动机缸体的方法，所述气缸部分地由沉孔限定，所述沉孔具有从所述顶面向下延伸的侧面和在所述顶面下方从所述侧面向内延伸的基面，所述方法包括: 将遮罩部件插入到所述气缸内， 通过气体动力冷喷涂法将固体粉末金属喷涂到所述侧面和所述基面上，从而在所述发动机缸体与所述遮罩部件之间形成填充部件，以及 去除所述遮罩部件。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述填充部件的一部分在所述顶面上方延伸，并且还包括: 机加工所述填充部件以除去所述顶面上方的所述部分。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述发动机缸体还包括位于所述沉孔内的插入物，并且还包括: 在喷涂固体粉末金属之前，去除所述插入物。16.根据权利要求13所述的方法，还包括: 向所述填充部件施加表面处理。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述填充部件包括与所述侧面大体相对的内表面和与所述基面大体相对的上表面，并且其中施加表面处理包括以通过热喷涂法施加的镍铝材料覆盖所述内表面和所述上表面。18.一种再制造的发动机缸体，包括: 包括顶面的体部，所述体部由发动机缸体材料形成， 在所述顶面处开口的通路，和 填充部件，所述填充部件包括通过气体动力冷喷涂法沉积在所述体部上的聚积的固体粉末金属， 所述通道至少部分地由所述体部和所述填充部件限定。19.根据权利要求18所述的再制造的发动机缸体，还包括:在所述填充部件上的表面处理材料。20.根据权利要求19所述的再制造的发动机缸体，其中，所述填充部件包括与所述侧面大体相对的内表面和与所述基面大体相对的上表面，并且其中所述表面处理材料包括在所述内表面和所述上表面上的镍铝材料。
【文档编号】B05D1/12GK106050462SQ201610217622
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月8日 公开号201610217622.9, CN 106050462 A, CN 106050462A, CN 201610217622, CN-A-106050462, CN106050462 A, CN106050462A, CN201610217622, CN201610217622.9
【发明人】T·辛普森, A·奥斯泰恩, J·莫斯, C·格雷厄姆, B·梅杜鲁, R·夏普
【申请人】卡特彼勒公司