金属垫片制造技术

一种金属垫片，包括一个基板，在该基板上具有一个外凸的金属凸缘，该金属凸缘通过对基板进行弯曲被成形在燃烧腔室开口与基板外周部分之间，和一个被制成厚于基板上其余部分的第一厚度增大部分，用以在厚度方面形成差异，藉此，当金属垫片被置于汽缸盖与汽缸体上的接合表面之间并且由夹紧螺栓紧固起来时，使得表面压力集中在第一厚度增大部分上，来将汽缸盖与汽缸体之间的接合处封接起来。一种弹性密封材料被固定在金属凸缘的外凸部分上并且被填充在基板上相反侧的内凹部分中，来形成橡胶凸缘，并且当利用夹紧螺栓将这种垫片紧固起来时，与金属凸缘的变形相协作，所述橡胶凸缘在厚度方向上受到压缩而发生变形。这种垫片降低了生产成本，并且能够持续更长的时间周期保持一个稳定的密封性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种被夹持在对置的接合表面之间的金属垫片，尤其是涉及这样一种金属垫片，其比如通过被夹持在一部内燃发动机中汽缸体与汽缸盖上的接合表面之间而将这些接合表面封接起来。
技术介绍
在这种类型的常规金属垫片中，存在有一种比如在图51中示出的金属垫片，这种金属垫片在日本已公开专利No.6-101761中进行了描述。更具体地说，这种公知的金属垫片带有一个厚度增大部分X，该厚度增大部分X通过对基板1上燃烧腔室开口2侧的圆周部分进行回折，或者通过将一块薄垫板3安装到基板的外周部分上，而被成形在基板1上燃烧腔室开口2的内周部分处，并且这种垫片还带有一个第二厚度增大部分C，该第二厚度增大部分C薄于第一厚度增大部分X，并且通过对基板的外周部分进行回折而形成。此外，一个橡胶凸缘4被以在基板的两个表面上突起的方式固定在第一厚度增大部分X的外侧，并且一个在厚度上小于橡胶凸缘4厚度的橡胶凸缘5，被以在基板的两个表面上突起的方式固定在第二厚度增大部分C的内侧。当如前所述构造而成的金属垫片被夹持在汽缸体与汽缸盖上的接合表面之间并且由夹紧螺栓紧固起来时，橡胶凸缘4、5在厚度方向上受到压缩并发生变形，并且在紧固操作结束时，由于具有最大厚度的第一厚度增大部分X与基板上其它部分之间存在有厚度差，所以表面压力会集中在第一厚度增大部分上，并且最大的载荷也会作用在该第一厚度增大部分上。因此，在接合处形成一个四重密封，包括第一厚度增大部分X的表面压力、橡胶凸缘4的弹力、第二厚度增大部分C的表面压力以及橡胶凸缘5的弹力。还有，由于第一厚度增大部分X的厚度增大作用，防止了橡胶凸缘4总体发生塌陷，并且还由于第二厚度增大部分C的厚度增大作用，防止了橡胶凸缘5总体发生塌陷。作为第二种常规的金属垫片，其中之一比如在日本已公开的技术申请No.63-180769中进行了描述。这种金属垫片通过利用一块具有刚度的薄金属板成形一个基板，并且在该基板上成形多种孔而制成，其中，所述薄金属板比如是不锈钢板，所述孔比如是用于燃烧腔室缸筒(bore)的开口、螺栓孔、油孔的开口。这些需要密封起来的孔由一个沿着密封线设置的完整凸缘包绕起来。由于发动机工作所产生的振动幅度(vibration amplitude)而导致的重复载荷，会被施加到金属垫片上，并且为了防止所述凸缘在重复应力的作用下发生疲劳损坏，沿着基板上燃烧腔室开口侧的整个内周部分设置有厚度增大部分，来抑制在厚度方向上产生的凸缘变形的量。随着发动机重量和尺寸的逐步减小，相邻燃烧腔室开口之间的间隙变小，并且在相邻燃烧腔室开口之间的临界区域中可以设置所述凸缘和厚度增大部分的范围变窄。鉴于这种趋势，在现有技术中，已经开始在临界区域使用共享凸缘，此外，在所述临界区域的中间位置，一个具有最小宽度的厚度增大部分被成形在燃烧腔室开口之间，并且根据相邻燃烧腔室开口的周边之间的间隙，在所述临界区域的各个端部处形成一个宽度较宽的厚度增大部分。为了利用凸缘来确保一个必需的密封压力，如前所述那样，一种高刚度材料被用于所述常规基板，其中，所述凸缘会在厚度方向上发生弹性变形。此外，作为第三种常规类型的金属垫片，其中之一比如在日本已公开专利No.63-210465中予以披露。在这种金属垫片中，凸缘是一个通过对基板进行弯曲而形成的金属凸缘(参照图52)，并且如图53和54中所示，在密封线50发生会聚和分散的会聚-分散位置M处，凸缘宽度变得相对较宽，并且在密封线50发生会合之后，它们合并成一条密封线50，该密封线50逐步变窄。所述会聚-分散位置还存在另外一种形式，在日本已公开专利No.(平)1-300043中对其进行了描述。更具体地说，在本示例中，如图55中所示，一个在某一表面侧呈山脊形式突起的完整凸缘，分支成两个呈阶梯形式的半凸缘，或者从不同的角度进行审视，被分支成两个会聚成一个完整凸缘的半凸缘。这是一种通过弯曲基板而形成的金属凸缘。此外，第四种常规类型的金属垫片在日本已公开专利No.2001-173791中予以披露。如图59中所示，这种金属垫片包括两个基板50。更具体地说，在两个基板50中，在较厚的基板(上基板)上，其位于燃烧腔室开口51侧的端部发生弯折，来形成一个厚度增大部分52，并且在各个基板50上，一个外凸凸缘53被成形在厚度增大部分52的外侧，以便高于厚度增大部分52的厚度，并且两个基板50被置放在一起，使得基板50的外凸部分相互面对。此外，在凸缘上均面朝外侧的内凹部分中填充有一种弹性密封材料54。当前述金属垫片被夹持在汽缸体和汽缸盖上对置的接合表面之间并且利用夹紧螺栓将它们紧固起来时，基板凸缘受到压缩并发生变形，降低到燃烧腔室开口内周部分上的厚度增大部分的厚度，并且填充在所述内凹部分中的弹性密封材料54受到压缩并发生变形，来由此利用一个密封压力将燃烧气体、油以及冷却水的压力密封起来，所述密封压力由一个合成力产生，该合成力包括由基板形成的基板凸缘53的弹簧力和弹性密封材料54的弹力组合而成。当然，某些常规的金属垫片不带有任何填充在内凹部分中的弹性密封材料54，并且某些常规的金属凸缘由单块基板组成。但是，在图51中示出的第一种常规金属垫片中，橡胶凸缘4、5被设置在基板1的两个表面上，并且如果第一厚度增大部分上回折部分的厚度被标记为t0，由于橡胶凸缘4被设置在基板1的各个表面上，所以橡胶凸缘4的高度比如是t0×1/2+压缩变形量((t0×1/2)×0.4(最大值的40％))。假设t0为0.5毫米，利用前述公式可以得出凸缘4的高度为0.35毫米。因此，如果基板的厚度增大，那么可以设定一个足能够适应加工精度的压缩变形量。但是，如果基板的厚度变小，那么压缩变形量将较小，从而使得难以对橡胶凸缘进行加工，加工精度变得苛刻，由此增大生产成本。由于水孔通常在橡胶凸缘4、5之间被成形在基板1上，所以橡胶凸缘4、5会被暴露在冷却水中，由此使得它们的耐用性下降。在第二种常规的金属垫片中，对于基板来说采用了一种高刚度的薄金属板，来利用凸缘的弹性变形而获得一个足够的密封压力，并且因此采用了一个厚度增大结构，来防止所述凸缘发生疲劳损坏，由于采用了高刚度的薄金属板，所以很有可能发生疲劳损坏现象。但是，发动机的进化从来没有中断，并且已经进行了许多尝试，来减小发动机的尺寸和重量、改进性能以及降低油耗，因此，存在着一种朝向燃烧温度更高和振动幅度更大方面发展的趋势。所以，即使采用了一个厚度增大结构来防止凸缘发生疲劳损坏，但是只要使用了常规的金属垫片结构，就存在着这样一种可能性，即所述凸缘困囿于会在一个比预期寿命短的时间周期中发生疲劳损坏。在发动机中，为了减轻重量和获得更好的可加工性，已经开始向铝的方向转换。当汽缸体和汽缸盖通过对铝进行铸造而制成时，会在铸造过程中产生砂眼，并且在对接合表面进行机械加工的同时，砂眼会相互贯穿，横跨由凸缘形成的密封线进行延展，导致在接合处的某些部位无法实现彻底密封。还有，在发动机中接合表面的平面加工过程中，工具痕会遗留在接合表面上。为了弥补这些工具痕，厚度大约为工具痕深度的两倍的耐热橡胶被以这样一种方式应用到垫片上，即利用一个橡胶涂层覆盖住基板的整个表面。如果精加工表面是粗糙的，那么必需增大橡胶涂层的厚度，这将导致转矩减小。正如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属垫片，包括一个由薄金属板制成的基板，所述基板具有一个或者不少于两个开口，例如螺栓孔，并且具有沿着密封线形成的凸缘，以及一个被制成厚度大于所述基板上其余部分的第一厚度增大部分，当这种金属垫片被夹持在接合表面之间并且由夹紧螺栓紧固起来时，使得表面压力集中在所述第一厚度增大部分上，并且所述凸缘在厚度方向上发生变形，来由此将对置的接合表面的接合处封接起来，其特征在于：所述凸缘以组合方式包括一个金属凸缘和一个橡胶凸缘，所述金属凸缘通过在厚度方向上对基板进行弯曲而被制成在所述基板的一个表面侧形成一个外凸部分，该外凸部分的高度大于所述第一厚度增大部分的厚度，而所述橡胶凸缘由固定于所述金属凸缘外凸部分的表面上的弹性密封材料和填充在与外凸部分相反的内凹部分中的弹性密封材料形成，其中，与所述金属凸缘的变形相协作，所述橡胶凸缘在厚度方向上受到压缩并发生变形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：植田耕作，渡边秀男，
申请(专利权)人：日本金属密封片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]