圆筒内表面加工方法 |
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| 申请号 | CN201310565349.5 | 申请日 | 2007-02-09 | 公开(公告)号 | CN103668034A | 公开(公告)日 | 2014-03-26 |
| 申请人 | 日产自动车株式会社; | 发明人 | 金井晃一; 杉山精一; 盐谷英尔; 西村公男; 内山纯一; 铃木清久; 猪股纯; 寺田大辅; 清水明; 松山秀信; 长谷川清; 井伊谷隆; | ||||
| 摘要 | 一种圆筒内表面加工方法。在已在圆筒内表面上形成粗糙表面之后，热喷 镀 膜 被附着到基体构件的圆筒内表面上。锥形面构造成使轴向端部的内径比缸孔内表面的其它部分的内径大。在形成锥形面之后，搪磨热喷镀膜。在圆筒内表面形成镀层之后对热喷镀膜进行搪磨或其它机械精加工的情况下，该方法防止圆筒内表面端部的热喷镀膜剥落。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种圆筒内表面加工方法，其包括： |
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| 说明书全文 | 圆筒内表面加工方法技术领域[0002] 本发明总体涉及用于在内圆筒表面上已经形成热喷镀膜之后对内圆筒表面施以精加工处理的圆筒内表面加工方法。本发明进一步涉及具有在内圆筒表面上已经形成热喷镀膜之后对内圆筒表面进行机械加工的圆筒内表面的基体构件。 背景技术[0003] 典型地，内燃机的铝发动机气缸体具有设置在其缸孔（cylinder bore）中的气缸套。从提高具有铝气缸体的内燃机的输出、燃料燃烧效率和排气性能的观点，以及从减小该发动机的尺寸和重量的观点，非常需要去除铝气缸体的缸孔中所用气缸套的发动机设计。气缸套的一个替代是使用热喷镀技术在缸孔内表面上形成热喷镀膜。 [0004] 当对缸孔应用热喷镀技术时，使用用于喷镀熔化的喷镀材料的热喷镀枪在缸孔内表面上形成镀层。通过在转动热喷镀枪的同时在缸孔内沿轴向移动该热喷镀枪而附着该镀层。在已形成热喷镀膜之后，通过用搪磨加工或其它机械加工的研磨精加工该镀层表面。 发明内容[0006] 已发现，即使基体材料在缸孔内表面上形成热喷镀膜之前被处理以及使用搪磨或其它机械精加工来精加工，热喷镀膜在缸孔的端部也容易剥落（剥离，片状落下），因此需要改善。 [0007] 本发明的目的是在圆筒内表面上形成镀层之后对热喷镀膜进行了搪磨或其它机械精加工的情况下防止圆筒内表面端部的热喷镀膜的剥落。 [0008] 根据本发明的一方面，提供一种圆筒内表面加工方法，其基本上包括将热喷镀膜附着到基体构件的圆筒内表面上；将圆筒内表面上的热喷镀膜的内径形成为使得在圆筒内表面的轴向端部的内径大于圆筒内表面的其它部分的内径；以及在已附着热喷镀膜之后，机械加工内表面。 [0009] 根据本发明的另一方面，提供一种基体构件，其包括：圆筒内表面；和热喷镀膜，其附着在圆筒内表面上，圆筒内表面的一轴向端部被形成为使得热喷镀膜的内径在基体构件的轴向端部比在圆筒内表面的其它部分大。 [0010] 通过使覆有热喷镀膜的圆筒内表面的内径在圆筒内表面的轴向端部比在圆筒内表面的其余部分大，可防止用来对热喷镀膜进行搪磨或其它精加工的精加工工具接触内径较大的端部处的热喷镀膜。结果，可避免沿趋于导致热喷镀膜剥落的方向施加力，并可防止热喷镀膜的剥落。 附图说明[0012] 现在参考形成本原始公开的一部分的附图： [0013] 图1是根据本发明第一实施例具有在其圆筒内表面上形成热喷镀膜的缸孔的气缸体的横向剖视图。 [0015] 图3是气缸内表面一部分的一连串放大剖视图，图解对图1所示的气缸体的缸孔进行的加工。 [0016] 图4是正在对图1所示气缸体的基体材料的气缸内表面进行粗化处理的气缸体的剖视图。 [0017] 图5A是气缸内表面一部分的放大剖视图，图解如何使用工具执行图4所示的基体材料表面粗化处理以及排出的切削废料。 [0019] 图6是用于在已经粗化缸孔内表面之后将热喷镀膜附着到图1所示的气缸体的缸孔内表面上的整个热喷镀设备的示意图。 [0020] 图7是气缸内表面一部分的放大剖视图，图解热喷镀膜和该热喷镀膜所附着的表面之间的附着。 [0021] 图8是图1所示的气缸体的剖视图，图解正在用搪磨工具搪磨热喷镀膜。 [0022] 图9是图解从图3的图（c）所示的基体材料表面粗化到图3的图（f）所示的精加工（搪磨）的加工步骤流程的加工流程图。 [0023] 图10A是当搪磨磨石向上移动时力作用于热喷镀膜的方式的示意性图解，示出在镀层的底部上设置锥形面的例子。 [0024] 图10B是当搪磨磨石向上移动时力作用于热喷镀膜的方式的示意性图解，示出在镀层的底部上未设置锥形面的例子。 [0025] 图11是根据本发明第二实施例具有在其圆筒内表面上形成热喷镀膜的缸孔的气缸体的横向剖视图。 [0026] 图12是图解在已经附着热喷镀膜之后缸孔的内径如何随着从其上端到下端的移动而改变的图。 具体实施方式[0028] 首先参考图1，图解了作为根据本发明第一实施例的圆筒构件的气缸体。气缸体1具有带有内圆筒表面5的缸孔3。使用将稍后说明的方法在缸孔内表面5上形成热喷镀膜7。在形成热喷镀膜7之后，用稍后说明的精加工方法（在本实施例中的搪磨）精加工该热喷镀膜7。图1示出被附着之后且在精加工之前的热喷镀膜7。 [0029] 图2是示出图1所示气缸体1的靠近曲轴箱9的缸孔3的轴向（曲轴箱）端部的放大剖视图。靠近曲轴箱9的轴向（曲轴箱）端部在直径上大于缸孔3的其它部分，即，大于缸孔3的在轴向（曲轴箱）端部上方的其它部分。 [0030] 图3示出图2所示缸孔3的视图的左手部分，图解对缸孔内表面5进行的机械加工。图3的图（a）示出铸造（casting）之后气缸体1的状态。缸孔3具有构造为朝曲轴箱9越向下直径越小（即，从图3的显示向下）的锥形部11。 [0031] 图3的图（b）示出在图3的图（a）所示的锥形部11已经经过用镗孔装置（未示出）粗镗孔（rough boring）加工之后的缸孔3。进行粗镗孔以产生：上部15，沿该上部的整个长度具有相同的内径；然后，下端部13，其内径大于上部15的内径。镗孔装置包括镗杆，具有绕该镗杆末端的外周布置的工具。通过在将镗杆从上面插入到缸孔3中的同时旋转该镗杆而实现粗镗孔。 [0032] 通过相对于镗孔装置的主轴线偏心地旋转镗杆而形成大直径下端部13。 [0033] 在图3的图（b）所示的粗镗孔之后，通过执行基体材料表面粗化处理而在缸孔内表面5的上部15中形成如图3的图（c）所示的粗糙表面17。粗糙表面17用来增加后来将形成的热喷镀膜7的附着性。 [0034] 使用与图3的图（b）中所示粗镗孔加工所用的相似的镗孔装置来如图4所示地进行基体材料表面粗化处理。工具（刀头）21安装在镗杆19的末端外周上。镗杆19被同时旋转和沿轴向向下移动，以形成螺纹状缸孔内表面5。更具体地，如图3的图（c）所示，基体材料表面包括类似螺纹凹部的多个切削部23和其上具有交替布置在凹陷的切削部23之间的窄细齿（serration）的多个突出部25，这与日本特开2002-155350号公报（段落0002和0019）中说明的表面类似。 [0035] 图5A示出利用工具21正在形成切削部23和齿状突出部25以产生粗糙表面17。图5B示出图解利用工具201切削常规螺纹的参考例。在图5B中，工具201被旋转，同时向下移动，切削废料203沿箭头A所示方向排出。结果，通过常规螺纹切削加工形成多个谷部 205和多个峰部207。同时，在图5A中，在由工具21切削每个切削部23（作为对应于图5B的谷部205的凹部）的同时，使用排出的废料27截掉与当前切削的谷部（切削部23）相邻的峰部29的峰尖29a，由此形成齿状突出部25。 [0036] 图5A所示的工具21构造成表面21a（面对与工具的进给方向相反的方向即向上的侧）相对于水平面30的角度α1大约为30度，其大于图5B所示的工具201的对应角度α2。同时，表面21b（面对与工具的进给方向相同的方向即向下的侧）相对于水平面30的角度β1大约为10度，其小于图5B所示的工具201的对应角度β2。结果，在图5A所示的情况中，当形成切削部23时排出的废料27由面对工具进给方向的相反方向的倾斜表面21a推压相邻的峰部29。峰部29的峰尖29a以形成细齿状突出部25的方式被废料27截掉。 [0037] 在图3的图（c）中，在切削部23最深部分处的内径与下端部13的内径大致相同。在形成图3的图（c）所示的粗糙表面17之后，如图3的图（d）所示地将热喷镀膜7附着到缸孔内表面5上。热喷镀膜7被附着成相对于缸孔内表面5基本上均匀。 [0038] 图6是示出用于在已经如图3的图（c）所示地粗化缸孔内表面5之后将热喷镀膜7附着到气缸体1的缸孔内表面5上的整个热喷镀（thermal spraying）设备的示意图。该热喷镀设备包括构造成插入到缸孔3的中央的燃气熔线型（gas－fueled wire－melting type）热喷镀枪。用作热喷镀材料的铁（ferrous）金属线材37被熔化并以熔滴33的形式从热喷镀口31a排出。熔滴33被附着到缸孔3的内表面5以形成热喷镀膜7。 [0040] 线材37经由形成为垂直通过热喷镀枪31的中央部分的线材进给孔47被向下进给到热喷镀枪31内。燃料和氧气被进给到垂直通过布置在线材进给孔47外部周围的圆筒部49的气体引导通路51。燃料和氧气的混合体从气体引导通路51的下部开口51a（从图6显示的下部）流出并被点燃，以形成燃烧火焰53。 [0041] 雾化空气通路55设置在圆筒部49的外部，加速（accelerator）气体通路61形成在圆筒状隔壁57和圆筒状外壁59之间靠近外侧处。 [0042] 流动通过雾化空气通路55的雾化气体用来在冷却枪31周围部分的同时将燃烧火焰53的热向前（图6中向下）推。该雾化气体还用来将熔化的线材37向前吹。同时，流动通过加速气体通路61的加速气体用来将熔化的线材37沿与线材37已被雾化气体吹的方向交叉的方向吹熔化的线材37。结果，熔化的线材37的滴33被吹向缸孔内表面5，在缸孔内表面5上形成热喷镀膜7。 [0043] 雾化气体从雾化气体供应源67通过设有减压阀69的供气管71被供应给雾化空气通路55。加速气体从加速气体供应源73通过设有减压阀75和微粉（micro－mist）过滤器77的供气管79被供应给加速气体通路61。 [0044] 雾化空气通路55和加速气体通路61之间的隔壁57设有在轴承81上可相对于外壁59转动的转动筒部83。转动筒部83在图6中布置在隔壁57的下端部。转动叶片85设置在转动筒部83的上部外侧以定位在加速气体通路61中。流动通过加速气体通路61的加速气体作用于转动叶片85，使得转动筒部83转动。 [0045] 末端构件87被固定到转动筒部83的末端（底端）面83a且与转动筒部83一体地转动。具有从中通过的排出通路89的突出部91设置在末端构件87的外周的一部分上。该排出通路与加速气体通路61通过轴承81连通。前述的用于排出熔滴33的热喷镀口31a设置在排出通路89的末端。 [0046] 在热喷镀枪31沿缸孔3的轴向往复移动的同时，具有热喷镀口31a的末端构件87与转动筒部83一体地转动。以该方式，缸孔3的基本上整个内表面5能被覆上热喷镀膜7。 [0047] 在已用如图6所示那样的热喷镀设备将热喷镀膜7附着到缸孔内表面5上之后，缸孔3在下端部13附近的部分通过图3的图（e）所示的研磨进行精加工。使用图4所示那样的镗孔装置，即，如用来进行图3的图（c）所示上部15的粗化的镗孔装置，来进行该研磨。 [0048] 图3的图（e）对应于图2。现在，将用图2说明对下端部13进行的研磨加工。图2中的双点划线表示图3的图（d）所示的状态，即，研磨之前的状态。由双点划线表示的部分，即，未粗化的下端部13及其上方的粗糙表面17的下端部被研磨，使得热喷镀膜7和由双点划线表示的基体材料的已粗化和未粗化部分被去除。 [0049] 由双点划线表示的部分被研磨成在缸孔3的最底部形成圆筒面99，在圆筒面99的上方形成直径沿向上方向变窄的锥形面101。锥形面101形成为从缸孔3的基体材料横跨热喷镀膜7。通过以该方式形成锥形面101，使在缸孔内表面5上形成热喷镀膜7之后存在的缸孔3的内径在缸孔3的靠近曲轴箱的端部大于沿缸孔3的其余部分。 [0050] 刚才说明的研磨去除了热喷镀膜7的下端（从图3显示的下端）的部分。结果，热喷镀膜7的更可能具有差或低附着度的部分被去除，余下的热喷镀膜7相对于缸孔3（气缸体1）的形成该热喷镀膜7的基体材料表面具有高附着度。例如，即使如图7所示在热喷镀膜7和热喷镀膜7端部处（最容易发生间隙的地方）的基体材料的表面之间产生间隙103，存在间隙103的部分也将被去除，膜7的其它部分将具有优良的附着性。 [0051] 由于去除了热喷镀膜7的附着性差的部分，可防止在形成热喷镀膜7之后执行搪磨加工期间由于在不良附着部分发生的应力而导致热喷镀膜7剥落，并可提高气缸体制造加工的生产率。另外，可防止由在制造有气缸体1的内燃机中所用的活塞的滑动阻力引起的热喷镀膜7的剥落，可提高发动机产品的耐用性和可靠性。 [0052] 当热喷镀膜7的附着性差的部分被去除时，热喷镀膜7的附着性好的相邻部分也被去除。结果，能可靠地确保研磨加工之后剩余的热喷镀膜7具有相对于基体材料表面的良好附着性。 [0053] 当热喷镀膜7的附着性差的部分被去除时，缸孔3的一些基体材料也被去除。结果，即使各个缸孔3之间直径不同和/或被研磨的位置有差异，也能可靠地去除热喷镀膜7的附着性差的部分。 [0054] 在已如图3的图（e）所示研磨缸孔3的下端部之后，搪磨热喷镀膜7以精加工其表面。图8是示出利用搪磨工具105对热喷镀膜7进行搪磨的气缸体1的剖视图。搪磨工具105具有设有例如包含由金刚石或其它适于研磨的材料制成的研磨颗粒的四个磨石109的搪磨头107。磨石109以沿圆周方向的相等间隔布置在搪磨头107的圆周上。 [0055] 用于将磨石109径向向外扩张（expand）的扩张装置设在搪磨头107的内侧。在搪磨加工期间，扩张装置以规定压力使磨石109压靠缸孔3的内表面5。 [0056] 通过旋转搪磨工具105同时沿轴向往复移动该搪磨工具105来研磨，即，搪磨热喷镀膜7的表面。搪磨加工完成了缸孔内表面5的加工。可将搪磨加工设计成包括一连串利用不同颗粒大小（粒径）的磨石执行的粗精加工（rough finishing）和精细加工（fine finishing）步骤。 [0057] 图9示出从图3的图（c）所示的基体材料表面粗化（热喷镀之前基体材料的预处理）到图3的图（f）所示的精加工（孔精加工）的加工步骤流程。在基体材料表面粗化之后和在热喷镀膜的附着之前，将掩蔽构件（图中未示出）安装到气缸体1的上端部和曲轴箱9内，以防止喷镀材料附着到不需要镀层的部分。 [0058] 在热喷镀喷镀材料之后，去除掩蔽构件，如图3的图（e）所示研磨下端部13的附近（下端镀层去除处理）。最后，搪磨镀层（孔精加工）。 [0059] 通过沿轴向移动搪磨头107的同时旋转搪磨头107来进行搪磨加工。当到达最底端时，在继续旋转搪磨头107的同时向上移动搪磨头107。重复执行该上下往复运动。当图8所示的搪磨头107到达最底端时，磨石109的下端位于热喷镀膜7的下方。结果，可搪磨热喷镀膜7的整个表面。 [0060] 由于沿向上方向变窄的锥形面101形成在热喷镀膜7的底部，当搪磨头107已到达最底位置且正被向上移动时，可如图10A地分解磨石109施给热喷镀膜7的锥形面101的向上力F。磨石109在被推靠热喷镀膜7表面的同时向上移动，引起的向上力F以垂直于锥形面101的分力P和平行于锥形面101的分力Q作用于锥形面101。 [0061] 结果，尤其归因于垂直分力P，力沿将热喷镀膜7压靠基体材料表面的方向作用于锥形面101，可防止热喷镀膜7的下端部的剥落。换句话说，如图10A所示，锥形面101产生了具有比热喷镀膜7的其它部分更大内径的部分，且该大直径使得在该部分（即，在锥形面101）避免与工具（磨石109）接触。结果，抑制了沿引起热喷镀膜7剥离的方向作用的力，可防止热喷镀膜7的剥落。 [0062] 相反地，当在热喷镀膜7的下端不设置锥形面、热喷镀膜7的下端具有与基体材料的表面基本上垂直的垂直面7a时，如图10B所示，磨石109接触热喷镀膜7的最底端部的侧面。因此，当磨石109在压靠热喷镀膜7的表面的同时向上移动时，大的向上力F作用于垂直面7a，热喷镀膜7更容易剥离。 [0063] 在本实施例中，锥形面101的存在减少了必须在下端进行的搪磨量，使得可以缩短加工时间。 [0064] 在本实施例中，当下端部13的附近在图3的图（e）所示的加工步骤中被研磨时，下端部13的不需要热喷镀膜7的部分也被去除。因此，在搪磨加工期间无需从不需要热喷镀膜7的部分去除热喷镀膜7。结果，可缩短搪磨加工的加工时间，可延长搪磨工具的使用寿命，可提高生产率。 [0065] 尽管在搪磨加工之后，热喷镀膜7的部分101a的一些残留在图3的图（e）所示的锥形面101上，但如图3的图（f）所示，锥形面101的该部分101a的大部分被搪磨加工去除。 [0066] 第二实施例 [0067] 现在，参考图11，将说明根据第二实施例的气缸体1A。考虑到第一和第二实施例之间的相似性，为了简洁，省略第二实施例的与第一实施例的部分相似的部分的说明。第二实施例的与第一实施例的部分相似的部分将由字母“A”表示。 [0068] 图11示出在已附着热喷镀膜7A之后和在精加工（搪磨）执行完之前缸孔3A的状态。在第二实施例中，粗镗孔加工与第一实施例的粗镗孔加工（图3的图（b）所图解的）的不同之处在于不形成大直径下端部13。与第一实施例类似，在将热喷镀膜7A附着到缸孔内表面5A上之前粗化基体材料的表面（如图3的图（c）所示），以提高热喷镀膜7A的附着性。曲轴箱9A位于缸孔3A的下端。 [0069] 如图11所示，在缸孔3A的整个垂直长度L上形成热喷镀膜7A。长度M的下端部形成为具有越向上越窄的锥形面101A。锥形面101A上方的热喷镀膜7A部分具有基本上均匀的内径。换句话说，使位于缸孔3A靠近曲轴箱9A的端部的热喷镀膜7A的部分比热喷镀膜7A的其余部分更薄。 [0070] 在图12中，实线曲线示出在已附着热喷镀膜7A之后缸孔5A的内径如何随着从上端到下端的移动而改变。曲线清楚地表示内径在下端增大。虚线曲线表示在基体材料预处理之后的内径；热喷镀膜7A在该直径上附着。单点划线表示在热喷镀膜7A已经经过精加工（搪磨加工）之后的内径。 [0071] 以与第一实施例类似的方式使用图6所示的热喷镀设备附着热喷镀膜7A。热喷镀加工与第一实施例的不同之处在于在靠近曲轴箱9A的端部从热喷镀枪31喷镀少于在缸孔内表面5A的其余部分喷镀的喷镀材料。在热喷镀期间，图6所示的热喷枪31的轴向移动速度保持基本上恒定。 [0072] 使在缸孔3A靠近曲轴箱9A的端部处的热喷镀膜7A部分更薄的另一方法是增加热喷镀枪31在端部的轴向移动速度。还一种方法是以某方式上下往复移动热喷镀枪31，该方式是热喷镀枪31停止朝曲轴箱9A运动（即，图11中向下）并开始朝气缸盖运动（即，图11中向上）的折返点随着喷镀加工的进行逐渐朝气缸盖安装端（即，向上）移动。在该两种方法中，喷镀材料从热喷镀枪31的排出率保持基本上恒定。 [0073] 在已形成热喷镀膜7A之后，图8所示的搪磨装置用来以与第一实施例的图3的图（f）图解的方式相同的方式搪磨，即，精加工热喷镀膜7A。 [0074] 在第二实施例中，同样，在热喷镀膜7A的下部设置沿向上方向变窄的锥形面101A。结果，当搪磨头107到达缸孔3A的最底端并开始向上移动时，可防止因为如参考图 10A和10B在第一实施例中前述的同样原因而发生热喷镀膜7A的下端部的剥落。 [0075] 同样，在第二实施例中，由于在附着热喷镀膜7A之后执行的唯一加工是仅用来精加工缸孔内表面5A的搪磨加工，无需包括用于从缸孔内表面5A不需要镀层的部分去除热喷镀膜的加工（例如，图3的图（e）图解的研磨加工）。结果，与第一实施例相比，可缩短加工时间。 [0076] 术语通解 [0077] 在理解本发明的范围时，这里所用的术语“包含”及其派生词意欲作为指明所声明的特征、元件、组件、组、整体、和/或步骤的存在而并不排除其它未声明的特征、元件、组件、组、整体、和/或步骤的存在的开放型术语。前述也适用于具有相似含义的词，例如“包括”、“具有”及其派生词等术语。同样，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或者“元件”当单独使用时可具有单个部分或多个部分的双重含义。这里所用的程度术语例如“基本上”、“大约”和“近似”意为使最终结果不明显改变的所改变内容合理偏离量。 [0078] 虽然仅已挑选出实施例来例证本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离如所附权利要求限定的本发明的范围的前提下进行各种变化和修改。例如，可根据需要和/愿望改变各种组件的尺寸、形状、位置或定向。示出彼此直接连接或接触的组件可在其间布置中间结构。一个元件的功能可由两个元件进行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可在另一实施例中采用。无需在某一实施例中同时存在所有的优点。每个相比现有技术独特的特征，单独或与其它特征结合，也应该由申请人认作进一步发明的单独说明，包括由该特征体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅用来说明，并不用于像所附权利要求及其等同物那样限定本发明。 |
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