汽缸套和汽缸套的制造方法技术

本发明专利技术提供了与发动机机体有坚固机械结合的汽缸套和具有该汽缸套的铸造发动机机体的制造方法。该方法包括提供具有一外表面的铸造金属汽缸套。所述汽缸套的外表面优选经过机加工以去除由铸造工艺而产生的表面效应或缺陷。通过喷砂装置将砂粒以预定接触角度和足够的速度喷射到汽缸套的外表面，在外表面上形成空穴。这些形成的空穴具有能与发动机机体的铸造材料形成机械结合的几何形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸入式汽缸套和使用铸入式汽缸套的发动机机体。
技术介绍
内燃机汽缸膛内壁受到活塞及其密封结构的摩擦作用。在铝、铝合金或其他轻金属材料制造的发动机里，汽缸套铸入发动机机体的汽缸膛内以提供必要的抵抗磨损的作用。将铸铁汽缸套铸入到铝机体中可以在重量轻、节省燃料的铝机体发动机的膛内获得优良的铸铁磨损表面。一种已知的将汽缸套嵌入到发动机机体内的工艺包括将汽缸套定位在发动机机体的铸模中，然后将熔融的金属浇注到铸模的型腔中以形成发动机机体。浇铸完成后，铸入式缸套就会永久地嵌入在汽缸膛的铸造金属壁内。制造发动机机体所用的汽缸套一般利用传统的砂型“静态”铸造或通过离心铸造来制造。传统的砂型铸造在固化中的铸件的内径和外径处采用具有保温性的型砂，可以帮助减缓铸件的固化速度。而离心铸造技术没有这种优点。离心铸造使用旋转的永久型金属铸模，在金属铸模的内表面涂有一层薄的用耐火材料以及其他工艺填充剂和添加剂制成的涂料。由于这一涂料有限的保温性能，使离心铸件的表面有很高的固化速度，使得铸件表面附近形成不希望有的微观结构。由于固化时的铸件从里到外的散热速度情况变好，所以铸件从里到外形成的铸铁的微观结构不一均匀。这种不希望有的微观结构延伸到铸件里的深度是许多工艺因素影响的结果。这种从铸件表面向内延伸的不希望有的微观结构可能非常难于加工，而且不具备发动机工作时汽缸套内膛表面所需的长久耐磨性能。另外，被引入旋转离心铸模中的涂料可能附着或嵌入离心铸件的外表面。这些杂质必须利用独立的工序从铸件的表面清除掉。在一些场合，嵌入在铸件表面的杂质多至足以使铸件成为废品。当铸铁汽缸套用在铝机体发动机中时，需要考虑两种材料的热膨胀系数(CTF)不同所产生的影响。因为热膨胀系数不同，在某些应用情况下，发动机运转过程中汽缸套的外表面有可能和铝机体发生分离。这种分离现象发生的程度及其结果取决于发动机的设计和类型。为防止这种分离现象的发生，在某些应用场合，汽缸套和铝机体之间规定要采用机械结合。在另一些应用场合，没有这样的规定。很多汽缸套浇铸到铝机体里，在缸套和机体之间没有一点机械结合。虽然没有机械结合，但仍然希望提供铝对缸套的连续的包裹(附着)。为达到这种附着，汽缸套的表面要加工适当的螺纹以使表面粗糙化，甚至使用如喷丸等工艺在表面产生凹坑。喷丸虽然能使表面粗糙化，但不能产生可为铸造材料提供机械连接或结合的反斜度(back draft)。喷丸是由使用没有尖锐棱角的基本上是圆型的丸粒来实现的。经过喷丸的表面可以减小熔融铸造材料在铸造过程中的表面张力，使铸造材料围绕缸套的整个表面流动得更均匀和全面。对于机械结合的铸入式汽缸套的喷丸处理常用于诸如水冷式的铝机体发动机之类的在缸套和机体之间通常不需要机械结合的应用中。然而，在某些在铝机体发动机中使用铸铁汽缸套的应用中，希望或需要将铸铁缸套机械结合到铝机体上。这样的应用场合包括空气冷却的铝机体发动机以及某些水冷的铝机体发动机。由于一些原因，机械结合是需要的。例如，在某些条件下，如极度的热循环情况下，由于两种材料的热膨胀系数不同，无机械结合的缸套有可能从铝机体中分离开。缸套外表面和铝机体之间的机械结合能确保在两种材料间的良好的热传导，这种结合还可增加缸套在工作中的圆度的稳定性。为了实现铸入式铸铁缸套在铝机体发动机中的机械结合，通常采用两种途径。一种途径用于静态铸造的缸套，如美国3561104号专利(“104号专利”，其全部内容通过引用结合于此)所公开的，这种途径涉及在外表面铸造出垂直的肋片，然后在后续的加工中通过无心研磨加工出反斜度状态，并在铸入铝机体中时形成机械结合。另一种技术用于离心铸造的缸套，如美国6468673号专利(“673号专利”，其全部内容通过引用结合于此)所公开的，该技术涉及以一种方式利用涂覆在旋转离心铸模内侧的适当的耐火涂料，在离心缸套外侧铸造出非常粗糙的外表面。这种缸套的粗糙铸态外表面在缸套的外侧提供了毛刺、蘑菇头、以及缝隙等形状，这可提供反斜度状态，并在铸入铝机体时可形成机械结合。虽然′104号专利和′673号专利都在汽缸套和铝机体之间提供了机械结合，但它们存在一些缺点。第一，两者都涉及了汽缸套的铸态外圆表面。铸态表面的使用给铸件表面附近的铸铁微观结构带来了问题。由于接近铸件表面的高固化速度使得灰口铁铸件的表面可能出现不希望有的微观结构。与静态铸造的铸件相比这种表面效应在离心铸造的铸件中更为明显，而且这种表面效应会延伸到汽缸套的横截面内。如果一个薄壁汽缸套具有铸态外圆表面，由表面效应产生的不希望有的微观结构可能穿过截面延伸到薄壁缸套的内圆磨损表面。不希望有的微观结构延伸穿过截面可能给缸套带来制造和/或功能方面的问题。上面讨论过的方法的另一个问题在于从缸套外表面清除残余的材料。在离心铸件中，该残余材料是一种耐火涂料，它被喷涂在旋转离心铸模的内表面。在这样的离心缸套中，利用铸模涂层工艺形成的反斜度的凹坑实际上会将耐火涂料陷在缸套的表面上。在如′104号专利中所述的静态铸造中，缸套外表面的垂直铸态肋片中可能嵌入或落入砂子颗粒。这些残留的杂质妨碍了铁和铝之间的紧密结合，而这正是机械结合所要达到的目的。另外，由于铸造工艺的各种因素，控制(离心和静态铸造缸套)铸态表面的公差的能力是有限的。铸态公差也许不能严格到足以在机体中的多个汽缸套之间实现最小的间隔以及实现壁厚的最佳均匀度。人们需要一种汽缸套和用于制造该汽缸套的方法，其能够以清洁和小公差的表面实现与发动机机体的机械结合，同时在整个汽缸套的横截面上保持充分一致和希望的微观结构。本专利技术为与使用具有铸态外圆表面的汽缸套有关的这些问题提供了解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供了与发动机机体有坚固机械结合的汽缸套和具有该汽缸套的铸造发动机机体的制造方法。该方法包括提供具有一外表面的铸造金属汽缸套。在一个优选实施例中，所述汽缸套的外表面经过机加工以去除由铸造工艺而产生的表面效应或缺陷。通过喷砂装置将砂粒以预定接触角度和足够的速度喷射到汽缸套的外表面，在外表面上形成空穴。这些形成的空穴具有能与发动机机体的铸造材料形成机械结合的几何形状。本专利技术还包括一种具有基本上一致的微观结构的铸造汽缸套，其包括经过机加工的外表面；及形成在所述经机加工的外表面上的多个不规则的空穴。当与熔融材料接触时，汽缸套表面上的这些空穴有助于形成机械结合。本专利技术还包括一种铸入有汽缸套的铸造发动机机体，即，该发动机机体铸造在汽缸套的周围。所述汽缸套具有基本上一致的微观结构和有着多个不规则空穴的外表面。所述空穴在铸造过程中与构成所述发动机机体的铸造材料形成机械结合。在本专利技术的另一个实施例中，铸铁汽缸套的外表面经过机加工，去除了所有的微观结构表面效应，然后这一表面经过均匀的喷砂以在缸套的表面上提供显微凹坑和空穴，当缸套被铸入到发动机铝机体或压缩机壳体中时，这些空穴可被诸如铝之类的熔融材料所填充，从而在铸铁缸套和固化的铝之间形成机械结合。本专利技术工艺的一个优点包括在缸套外表面处形成了与发动机机体之间的坚固的机械结合，其为铸造发动机提供了缸膛稳定性，这可改善燃油消耗和减少排放。本专利技术的另一个优点是这一工艺在缸套上提供没有不希望有的微观结构表面效应的适合的机械结合表面。具体说，该工艺在喷砂之前进行机加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：　　　　提供具有一外表面的铸造金属汽缸套；　　　　以预定接触角度和足够的速度将砂粒喷射到所述外表面上，以在该外表面上形成空穴；　　　　其中，所形成的空穴具有能与铸造材料形成机械结合的几何形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文T霍尔坦，刘胜利，
申请(专利权)人：斯林格制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]