通过搅拌摩擦焊制造气缸体和气缸套的方法技术

在气缸套（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）的内周壁上设有直径减小部分（４４），其具有锥形部分（４６），该锥形部分的直径以锥形方式减小。在气缸套（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）的顶端的外周壁上设有沿着直径方向向外伸出的大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）。在搅拌摩擦焊工具（５０）的作用下，插入气缸体主体（１８）的连通孔（１６）中的气缸套（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）接合到气缸体主体（１８）上，并使得直径减小部分（４４）和大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）位于其间。通过上述过程构成顶闭式气缸体（１０）。在气缸体（１０）中，水套（２２）的衬垫表面（１２）侧通过大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）关闭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于内燃机的气缸体、用于气缸体的气缸套、制造气缸体和气缸套的方法、以及适用于接合气缸套和气缸体主体的搅拌摩擦焊方法。
技术介绍
用于汽车等的内燃机中的一种气缸体为顶闭式(closed-deck)气缸体1，如附图的图58中所示。由于顶闭式气缸体1具有在衬垫表面3处闭合的水套2，因此顶闭式气缸体1的优点在于其比具有在衬垫表面处开口的水套的顶开式气缸体更有刚性。顶闭式气缸体1通常如下所述制造。首先，由铸模提供一型腔，并且将自崩型芯和高度耐磨的气缸套4(例如，FC套、电镀套、MMC套、基于高含量硅的铝套等)布置在该型腔中。然后，将熔融铝浇注在该型腔中，从而其包围自崩型芯和气缸套4。然后，熔融铝被冷却并结合为固态，以制成气缸体主体(block body)5。此时，将气缸套4插入气缸体主体5中。这样就形成了气缸体1，其中气缸套4布置在缸膛6中。气缸套4和气缸体主体5由不同的材料制成，因为如果气缸体主体5由基于高含量硅的铝铸成，则缸膛6趋于在其表面中具有缺陷空穴，这经常使得气缸体1有缺陷。另外，由于难于切割基于高含量硅的铝，因此气缸体1需要高的加工成本。之后，自崩型芯崩溃。将在自崩型芯崩溃时形成的空间用作水套2。如从图58可以看出，通过除去在气缸体主体5中的缸膛6之间的一部分壁而形成水套2。在如此制造的顶闭式气缸体1中，活塞(未示出)在相应缸膛6中往复运动。此时，通过引入水套2中的冷却剂去除因在活塞头部的圆周侧壁与气缸套4的内周面之间的滑动接触而产生的摩擦热。近年来，为了防止全球变暖，已经需要减少燃料量，即增加汽车等的行车里程。用于满足这种需要的一个方案是减少内燃机(并由此作为最终产品的汽车)的重量，如在日本特开昭专利公开No.59-3142、日本特开昭专利公开No.58-74850、日本特开昭专利公开No.59-79056、以及日本特开昭专利公开No.60-94230中所公开的。可通过减小顶闭式气缸体1的容积来减小顶闭式气缸体1的重量。然而，难于减小顶闭式气缸体1的容积，因为在缸膛6之间的壁厚需要足够大以在缸膛6之间容纳水套2。该缺点在具有多个气缸的多缸发动机中尤为明显。具有减小壁厚的气缸体主体5可通过高压压铸(HPDC)或精密压铸制成。然而，HPDC工艺由于非常难于采用型芯而难于铸造顶闭式气缸体1。因此，HPDC过程仅用于制造顶开式气缸体。根据精密压铸工艺，如果要减小水套2的宽度，则需要采用具有高强度且易于去除的自崩型芯。然而，这种自崩型芯难于制造。在这种情况下，在铸造气缸体主体5之后，气缸套4可插入到气缸体主体5中的缸膛6中，并且气缸套4和气缸体主体5可彼此焊接。然而，该过程可导致气缸体主体5或气缸套4因它们彼此焊接时产生的热而发生应变。另外，如果气缸体主体5通过HPDC工艺制成，则难于焊接气缸套4。如上所述，在制造具有小容积的顶闭式气缸体时遇到各种困难。
技术实现思路
本专利技术的总体目的在于提供一种制造具有小容积的顶闭式气缸体的方法。本专利技术的主要目的在于提供一种搅拌摩擦焊方法，其适用于连接气缸体和气缸套。本专利技术的另一目的在于提供一种气缸套，其可容易地搅拌摩擦焊接在气缸体上。根据本专利技术的一实施例，提供了一种气缸套，其插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括中空圆柱形主体；大直径部分，其从该中空圆柱形主体的外周壁径向向外伸出；以及台阶部，其布置在该大直径部分的外周壁上；其中，相邻气缸套的大直径部分通过所述台阶部而堆叠。所述大直径部分布置在气缸体的气缸体主体的衬垫表面中的大直径部分布置区域中。通过上述结构，在气缸体主体与气缸套之间的间隙、并且如果需要的化在气缸套之间的间隙用作水套。因此，不必在气缸体主体中设置作为一空间的水套。因此，可减小缸膛之间的壁厚以及气缸体主体的端部壁厚，从而导致容积小且重量轻的顶闭式气缸体。由于所述台阶部抵靠在缸膛的内周壁上，因此气缸套和气缸体主体在它们被搅拌摩擦焊接时不易于彼此间隔开。另外，防止了软化的材料流入水套中。根据一优选实施例，该大直径部分关闭水套在衬垫表面处的端部。根据本专利技术的另一实施例，还提供了一种气缸套，其用于插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括中空圆柱形主体；和直径减小部分，通过减小该中空圆柱形主体的内周壁的直径而提供该直径减小部分。在气缸套内周壁上的该直径减小部分允许搅拌摩擦焊工具的探针抵靠该直径减小部分，从而使得易于进行搅拌摩擦焊过程，以使气缸套的外周壁和气缸体主体的内周壁彼此可靠地接合。如此构成的气缸体具有优良的刚性。该气缸体可构造成顶开式气缸体。根据本专利技术的又一实施例，还提供了一种气缸套，其用于插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括中空圆柱形主体；直径减小部分，通过减小该中空圆柱形主体的内周壁的直径而提供该直径减小部分；以及大直径部分，其从该中空圆柱形主体的外周壁径向向外伸出。由于气缸套具有直径减小部分和大直径部分，因此气缸套具有由直径减小部分提供的优点以及由大直径部分提供的优点。气缸套应优选地具有一台阶部，其布置在大直径部分的外周壁上。由于该台阶部保持抵靠着缸膛的内周壁，因此气缸套和气缸体主体在它们被搅拌摩擦焊时不易于彼此间隔开，从而防止了软化的材料流入水套中。直径减小部分应优选地具有锥形表面，该表面的直径以锥形方式减小。在这种情况下，如果搅拌摩擦焊工具是倾斜的，则搅拌摩擦焊工具可容易地插入到气缸套中而不与气缸体主体等发生干涉。用于通用目的设计的搅拌摩擦焊工具可用于使气缸套和气缸体主体彼此容易地接合。根据本专利技术的又一实施例，还提供了一种搅拌摩擦焊方法，其通过摩擦搅拌焊使限定在第一元件中的插入孔的内壁与插入在该插入孔中的中空第二元件的外壁相接合，包括步骤在第二元件的内壁上设置宽度减小部分，该部分具有远离插入孔的开口端宽度逐渐减小的锥形表面；使搅拌摩擦焊工具的探针抵靠该锥形表面，之后使搅拌摩擦焊工具沿着该锥形表面运动；通过在转动探针时产生的摩擦热，软化并搅拌第二元件的锥形表面和外壁的材料、以及第一元件中插入孔内壁的材料，从而搅拌摩擦焊接这些材料；以及从锥形表面除去探针，之后除去宽度减小部分。根据上述方法，搅拌摩擦焊工具的探针保持抵靠第二元件的锥形表面以使搅拌摩擦焊工具倾斜。因此，搅拌摩擦焊工具保持不与第一元件干涉。当搅拌摩擦焊工具沿着锥形表面运动时，其可容易地接合第一元件中插入孔的内壁材料和第二元件的外壁材料。由于除去了宽度减小部分，因此第二元件中的中空区域具有一致的宽度。优选地，在探针从插入孔的内壁分离之后从锥形表面移除探针，并且将因从锥形表面移除探针形成的移除孔与宽度减小部分一起除去。由于没有移除孔存在，因此接合区域具有良好的外观和刚性。第一元件的优选实施例为用于内燃机的气缸体的气缸体主体。在这种情况下，缸膛用作插入孔。第二元件的优选示例为气缸套。根据本专利技术的又一实施例，还提供了一种搅拌摩擦焊方法，包括步骤将转动的搅拌摩擦焊工具嵌入具有抵靠区域的工件中；使搅拌摩擦焊工具和工件中的至少一个运动以使搅拌摩擦焊工具沿着该抵靠区域移动，用于通过摩擦热软化抵靠区域的材料，并通过搅拌摩擦焊工具搅拌抵靠区域的材料，以接合抵靠区域的材料；以及在接合抵靠区域的材料之后，从工件移除搅拌摩擦焊工具；其中，将因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气缸套（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ），其插入限定在用于内燃机的气缸体（１０）的气缸体主体（１８）中的缸膛（１６）中，包括：中空圆柱形主体（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）；大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ），其从所述中空圆柱形主体（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）的外周壁径向向外伸出；以及台阶部（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ），其布置在所述大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）的外周壁上；其中，所述相邻的气缸套（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）的所述大直径部分（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）通过所述台阶部（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）而堆叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：砂田俊秀，伊势田泰，小杉雅纪，长尾和心，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]