静态垫圈及其构造方法
【专利说明】静态垫圈及其构造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求提交于2013年6月10日的美国临时专利申请N0.61/833，301以及提交于2014年6月10日的美国实用申请N0.14/300,694的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]1.
技术领域
[0004]本发明通常涉及类型为用于在夹在一起的两个构件之间形成不透气/液体密封的静态垫圈及其构造方法。
[0005]2.相关技术
[0006]当在两个卡夹在一起的构件(例如汽缸头和发动机缸体)之间形成不透气/液体密封时，通常采用具有多个层的静态汽缸头垫圈。通常，多层垫圈的至少其中一层，有时称为功能层，具有一个或多个密封球珠，以围绕开口(例如汽缸孔、冷却剂开口和/或螺栓开口)形成不透气/液体的密封。另一层，有时称为间隔层，配置为邻接功能层，以通过限制对功能层的密封球珠的压迫有利于形成围绕开口的不透气/液体的密封。
[0007]为了有利于将功能层的密封球珠压至所需高度，而不过度压迫球珠，间隔层通常成型为具有形成于间隔层的材料内的凸出的凸起。凸出的凸起通常经由高吨位压型机在压印工艺中形成。因此，压型机可塑地使间隔层的材料变形以形成凸出的凸起。不幸的是，用于形成凸出的凸起的高吨位压型机非常昂贵，占用大量空间，且安装后，需要凸出的凸起的特定尺寸和样式，从而从一种样式变成另一种样式时需要花费大量时间和工作。进一步，由于可塑地使间隔层的材料变形，材料特性不可预知地改变，从而在间隔层的材料内产生不可预知的材料特性，最终会导致间隔层原本需要的功能能力过早失效。进一步，不得已机械顿锻(upset)间隔层的材料通常导致凸出的凸起的形状和尺寸偏离实际需要的形状和尺寸，这主要是由于间隔层材料内的公差，以及用于形成凸出的凸起的压型机和工具的公差。
【发明内容】
[0008]提供有一种金属静态垫圈。所述垫圈包括至少一个金属层。所述至少一个金属层具有相反的侧面，至少一个贯通开口延伸穿过所述相反的侧面，所述贯通开口配置为与一开口对齐。至少一个金属层具有至少一个凸起的环形密封球珠。多个凸起从至少其中一个所述相反的侧面向外延伸，其中所述多个凸起从所述至少一个金属层由单独的金属块成型，且通过单独的连接接缝分别固定至所述至少一个金属层。
[0009]根据本发明的另一方面，所述至少一个金属层成型为具有凸出的环形密封球珠的单个金属层，且多个凸起连接至所述单个金属层。
[0010]根据本发明的另一方面，所述至少一个金属层包括至少一个金属功能层，其中形成有至少一个凸出的环形密封球珠，和单独的金属间隔层，其中多个凸起通过连接接缝固定至功能层和间隔层至少其中一个。
[0011]根据本发明的另一方面，所述连接接缝可由焊缝形成。
[0012]根据本发明的另一方面，所述连接接缝可由粘合剂形成。
[0013]根据本发明的另一方面，至少其中一些凸出的凸起相互之间高度不同。
[0014]根据本发明的另一方面，至少其中一些凸出的凸起相互之间外缘形状不同。
[0015]根据本发明的另一方面，功能层和间隔层具有多个相互对齐的开口，且间隔层具有围绕每一个对齐的开口的至少一部分延伸的凸出的凸起。
[0016]根据本发明的另一方面，所述垫圈为汽缸头垫圈。
[0017]根据本发明的另一方面，提供有一种构造垫圈的方法。所述方法包括提供至少一个具有相反的侧面和至少一个贯通开口的金属层，所述至少一个金属层的至少其中一个具有至少一个邻近所述至少一个贯通开口的凸出的环形密封球珠。进一步，将多个单独的金属块连接至邻近所述贯通开口的所述至少一个金属层的至少其中一个相反的侧面。
[0018]根据本发明的另一方面，所述方法可包括由单个金属层形成所述垫圈，所述单个金属层具有形成于其中的环形密封球珠和连接其上的多个凸起。
[0019]根据本发明的另一方面，所述方法可包括形成具有功能层的垫圈，所述功能层包括至少一个形成于其中的环形密封球珠，以及形成与所述功能层分开的间隔层，以及使所述多个金属凸起连接至功能层和间隔层至少其中一个。
[0020]根据本发明的另一方面，所述方法可包括通过焊接工艺将金属凸起连接至所述至少一个金属层。
[0021]根据本发明的另一方面，所述方法可包括通过检流计焊接工艺将金属凸起连接至功能层。
[0022]根据本发明的另一方面，所述方法可包括通过粘合剂将金属凸起连接至所述至少一个金属层。
[0023]根据本发明的另一方面，所述方法可包括提供至少其中一些金属凸起相互之间具有不同的高度。
[0024]根据本发明的另一方面，所述方法可包括提供至少其中一些金属凸起相互之间具有不同的外缘形状。
[0025]在能够分别将凸起连接至金属垫圈层时，相较于试图顿锻所述金属垫圈层的材料以获得类似的结构，任意数量的复杂结构或凸起阵列能够快速便宜地成型。进一步，在各个凸起设置为单独的材料时，相较于可塑顿锻的止动器，凸起的阵列形成的最后的止动器的刚性和材料特性受到严格控制且是已知的。进一步，用于构造具有连接其上的凸起的金属垫圈层的安装工序快速，且容易改变，以根据需要形成不同的凸起样式，不需要过度的费用和时间。进一步，用于形成具有连接其上的凸起的金属垫圈层的设备能够做到相对于用于形成铸造金属垫圈层的高吨位压型机尺寸相对较小、花费相对较少。另外，用于形成垫圈的各个层的压型机吨位越小，占用的空间相对于用于形成铸造止动器的压型机越小得多。
【附图说明】
[0026]当结合以下优选实施例及最佳方式、所附权利要求和附图的具体说明考虑时，根据本发明构造的垫圈以及其构造方法的这些和其它方面、特征以及优势将变得更容易理解，其中:
[0027]图1为根据本发明的一个方面构造的一种多层垫圈的部分拆开的平面视图；
[0028]图2为图1中的垫圈沿线2-2剖开的部分截面图；
[0029]图3为根据本发明的一个方面构造的图1中的垫圈的间隔层的部分透视视图；
[0030]图3A为图3中的间隔层的侧视图；
[0031]图4为根据本发明的另一方面构造的一种间隔层的部分透视视图；
[0032]图4A为图4中的间隔层的侧视图；
[0033]图5A_f5D所示为根据本发明的另一方面构造的一种间隔层的一部分的平面视图；
[0034]图6A-6I所示为根据本发明的另一方面构造的一种间隔层的一部分的平面视图；
[0035]图7为根据本发明的另一方面构造的一种垫圈的类似于图2的视图；
[0036]图8为根据本发明的另一方面构造的一种垫圈的类似于图2的视图。
【具体实施方式】
[0037]更具体地参照附图，图1所示为根据本发明的一个方面构造的一种静态垫圈10的部分拆开的平面视图，所示为多层静态垫圈，以下简称为垫圈，其为实例而不具有限制作用。垫圈10可构造为汽缸头垫圈，接纳于发动机缸体和汽缸头(未示出)之间，但是其它密封应用也是能够预见的。垫圈10具有至少一个功能层，且在如图2所示的截面图中，为具有一对上下功能层12、14，其为实例而不具有限制作用，且如此处所示，为具有上下功能层12、14之间的中间间隔层16，其也为实例而不具有限制作用。功能层12、14设置为邻接间隔层16的相反的侧面18、20，这样间隔层16就夹在功能层12、14之间且与功能层12、14邻接，其中各个层12、14、16可保持独立，且能够相互分开，或者可相互固定，例如通过焊缝、敲弯钉头钉牢或者铆钉(未示出)，优选的是在垫圈10的最外缘处或附近。功能层12、14分别具有开口 22，其尺寸能够与间隔层16上的开口 24对齐，其中各个开口 22、24分别相互轴向对齐，同时汽缸孔25密封。此外，功能层12、14和间隔层16具有多个相互对齐的另外的开口，例如在从汽缸孔25向外径向间隔的垫圈10的边缘区域，其中所述另外的开口可用作螺栓开口 26以及冷却剂或油通道27，其为实例而不具有限制作用。功能层12、14分别具有一个或多个压缩球珠，例如从层12、14的大致平整的平面向外延伸的半和/或全压缩密封球珠28，以有利于围绕汽缸孔25和其它开口 26、27形成不透气密封。为了进一步有利于围绕汽缸孔25和剩余的对齐的开口 26、27形成良好可靠的不透气密封，间隔层16和/或功能层12、14的至少其中一个，以及图2中所示的间隔层16具有多个单独的、不连续的凸出的止动器，也称为凸起32，从至少其中一个侧面18、20向上且向外延伸，以防止过度压缩和压扁功能层12、14中的密封球珠28，其中图2中所示的间隔层16具有平面主体30，所述平面主体30由具有相反的侧面18、20的平面金属板构造。凸起32由单独的刚性金属块和单独的材料块从各个层上形成，凸起32单独地各自固定连接至各个层，所示为连接至间隔层16的金属板主体30，并通过连接接缝34固定至金属板主体30。凸起32的高度和形状防止围绕汽缸孔25延伸且在边缘区域的密封球珠28由于汽缸