用于使用嵌入件制造铸造部件的方法

申请号 CN201480053033.0 申请日 2014-09-25 公开(公告)号 CN105705273B 公开(公告)日 2017-06-13
申请人 马勒国际有限公司; 发明人 乌尔里希·比朔夫贝格尔; 斯特凡·该萨勒曼;
摘要 本 发明 涉及用于使用嵌入件(1)制造 铸造 部件(6)的方法,包括如下步骤:a)提供包括嵌入主体(2)的嵌入件(1),所述嵌入主体(2)具有外表面(3),b)使用由 二 氧 化 硅 制成的适配层(4)对所述外表面(3)进行涂覆,c)将所述嵌入件(1)布置在模具中,d)为了制造铸造零件,以适配的方式使用 铝 合金 (7)铸造所述嵌入件和所述适配层。所述 铝合金 (7)具有至少0.3%的镁成分的重量比例,优选至少0.5%的镁成分的重量比例。
权利要求

1.一种用于使用嵌入件(1;1’)制造铸造部件(6;6’)的方法,包括以下步骤:
a)提供具有嵌入主体(2;2’)的嵌入件(1;1’),所述嵌入主体(2;2’)具有圆周面(3;
3’),
b)使用由制成的适配层(4;4’)对所述圆周面(3;3’)进行涂覆,c)将所述嵌入件(1;1’)布置在铸造模中,
d)为了制造所述铸造部件(6;6’)而使用合金(7;7’)将所述嵌入件(1;1’)和所述适配层(4;4’)完全定铸造封装,
所述铝合金(7;7’)具有至少0.3%的镁的重量比例。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于
所述铝合金(7;7’)具有至少0.5%的镁的重量比例。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于
-所述嵌入件(1)为气缸衬筒,并且所述铸造部件(6)为用于内燃机气缸体,或者-所述嵌入件(1’)为活塞环槽座,并且所述铸造部件(6’)为用于内燃机的活塞。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于所述方法步骤b)包括以下子步骤b1)和b2):
b1)将硅树脂施加至所述圆周面(3;3’),
b2)将硅树脂矫正为通过对所述嵌入本体(2;2’)加热的方式形成二氧化硅
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于在根据步骤b2)矫正为形成二氧化硅之前所述硅树脂具有从5μm至10μm的层厚。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于在根据步骤b1)施加至所述圆周面(3;3’)之前使用溶剂对所述硅树脂进行稀释。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于步骤b)包括以下子步骤b1)和b2):
b1)将所述嵌入件(2)浸入到包括玻璃的溶液中,
b2)通过对所述嵌入本体(2)加热的方式将所述水玻璃矫正为形成二氧化硅。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于所述水玻璃包括Na2O3Si。
9.如权利要求4所述的方法,其特征在于在步骤b2)中所述嵌入主体(2;2’)被加热至
400度或更高的温度
10.一种气缸衬筒,在根据如权利要求3至9中任一项所述的方法中制造,具有衬筒主体(2),所述衬筒主体(2)具有圆周面(3),所述衬筒主体(2)的所述圆周面(3)涂覆有由二氧化硅制成的适配层(4)。
11.一种气缸体,通过如权利要求3至9中任一项所述的方法制造,
-具有至少一个如权利要求10所述的气缸衬筒,
-具有包装所述适配层(4)并且使所述气缸衬筒相对于所述气缸体完整的铝合金(7)。
12.一种活塞环槽座,在根据如权利要求3至9中任一项所述的方法中制造,具有环主体(2’),所述环主体(2’)具有圆周面(3’),所述环主体(2’)的所述圆周面(3’)至少部分地涂覆有由二氧化硅制成的适配层(4’)。
13.一种用于内燃机的活塞,通过如权利要求3至9中任一项所述的方法制造,-具有至少一个如权利要求11所述的活塞环槽座,
-具有包装适配层(4’)并且使所述活塞环槽座相对于所述活塞完整的铝合金(7’)。

说明书全文

用于使用嵌入件制造铸造部件的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于制造铸造部件的方法,并且涉及一种气缸衬筒,以及涉及一种包含这种类型的气缸衬筒、用于内燃机气缸体。而且,本发明涉及一种活塞环槽座,并且涉及一种包含这种类型的活塞环槽座、用于内燃机的活塞。

背景技术

[0002] 作为一种规则,当前的内燃机的气缸体在铸造加工中制造。已知气缸衬筒在气缸中使用,由于用于气缸体的材料(作为一种规则,为或者,但镁/铝复合材料也可以是适合的)不能符合对于气缸中的活塞无摩擦并因此尽可能地无磨损的运动而言必需的摩擦学要求。它们具有要求的摩擦学性能,并且因而很大程度地确保气缸体中的活塞的无磨损的长期运转;这种类型的气缸衬筒通常设置有粗糙化的、带槽的、或者以类似的方式机加工的圆周面。作为对此的替代,现有技术还教导了对气缸衬筒的圆周面进行铝喷涂的应用。在两种情况下,在使用铝合金的气缸衬筒的铸造封装期间(现有技术中已知),能够实现气缸衬筒与气缸体的特别完全的定连接。
[0003] 在一种相似的方式中,作为一种规则,这种类型的用于内燃机的活塞的制造通过铸造加工进行。已知活塞环(作为一种规则,由制成)用于活塞与气缸体的密封,为了实现所述的密封效果,活塞环能够被插入到设置在活塞的圆周面上的圆周槽中。为了随后减小活塞的摩擦学负荷,对于由钢形成的活塞环,作为一种规则,组成活塞的材料为轻质铝合金,已知活塞环槽座用于传统的活塞中,活塞环槽座在一个铸造操作中通过铸造与当前的活塞封装。结果,特别程度上没有对于磨损而言关键的更加直接的活塞/活塞环边界表面,所述活塞环槽座用作活塞环与当前的活塞之间的学的“界面”,用于接纳活塞环的圆周槽随后设置在活塞环槽座上。
[0004] US4273835描述了一种具有气缸衬筒的气缸体的制造,所述气缸衬筒插入到气缸体的气缸中。用于密封套的树脂层设置在气缸衬筒与气缸体之间。
[0005] JP2010-156003A描述了使用包含、锰、硅、硫磺以及磷的适配层(adapter layer)对由铸铁制成的工件的涂覆。适配层增加了应用至工件的铝合金的连接强度。
[0006] 气缸衬筒与气缸体之间以及活塞环槽座与活塞之间(在下文中,在每种情况下两个部件以通用的术语被称作“嵌入件”以及“铸造部件”)出现特别完全的锁定连接,然而,如果已知的铝高压压铸加工用于铸造嵌入件与铝合金的封装,在支持低压压铸技术或重力压铸技术的当代的内燃机的制造期间,该加工日益被摒弃(经常是因为成本的原因)。然而,通过低压压铸技术或重力压铸技术,如果使用铝高压压铸加工则能够实现的嵌入件与铸造部件的完全的锁定连接的质量甚至不能微小地实现。
[0007] 然而,作为一种规则,没有以最适宜的方式发展的嵌入件与气缸体之间的完全的锁定连接导致仅仅减少嵌入件与铸造部件的热联接,这转而在嵌入件和/或铸造部件中能够导致不期望的、热量上减少的加工应力
[0008] 与该背景相比,EP1110644A1关于一种用于制造气缸曲轴箱的方法,其中嵌入件为具有待通过铸造封装并且设置有化硅层的表面的气缸衬筒的形式。根据所述方法,嵌入件被铸造到铝合金中。

发明内容

[0009] 本发明关于如下问题:为制造铸造部件的方法以及为不再具有上述缺点的嵌入件指出改进的实施例
[0010] 该问题通过独立权利要求的主题解决。优选的实施例为从属权利要求的主题。
[0011] 因此本发明的基本构思为:在制造过程中涂覆嵌入件的圆周面,并通过在下文中被称作适配层的由二氧化硅制成的层而精确。在与铝合金,特别是与在插入到合适的铸造模之后使用铝高压压铸引入开端处的铝合金铸造封装期间,所述适配层导致适配层上的铝合金的改进的湿润特性。然而,相应的实验测试已经示出了只施加至铝合金设置有至少0.3%的镁的重量比例,优选至少0.5%的重量比例的情况。作为适配层的二氧化硅上的铝合金的改进的湿润特性的结果,能够在气缸衬筒与铝合金之间实现特别完全的锁定连接,所述连接使嵌入件相对于铸造部件完整。
[0012] 如果根据本发明的适配层不仅用于已知为铝高压压铸加工的情况,而且还用于低压或者重力压铸加工的情况,产生特别完全的锁定连接。作为适配层的结果,如果使用铝高压压铸加工能实现的嵌入件与铸造部件的完全锁定连接的质量通过低压或者重力压铸技术也能够实现。
[0013] 特别地,如果嵌入件为气缸衬筒而铸造部件为用于内燃机的气缸体,或者如果嵌入件为活塞环槽座而铸造部件为用于内燃机的活塞,则此处所建议的方法提供了特别的益处。
[0014] 根据本发明的方法圆周面涂覆有由二氧化硅制成的适配层,根据本发明的方法的步骤B)能够优选地包括如下两个子步骤b1)和b2):
[0015] b1)将硅树脂应用至圆周面,
[0016] b2)将硅树脂矫正为通过加热嵌入件形成二氧化硅。
[0017] 硅树脂大量地以液体形式经济地获得,并且因此花费不多。另外,在气缸衬筒为了铸造而被插入到气缸体之前,硅树脂能够以简单的方式施加至气缸衬筒的圆周面。有机硅树脂向二氧化硅的转变同样证明是非常简单的:为了这个目的,将涂覆有硅树脂的嵌入部件加热至例如400度或者更高的温度是足够的,并且以这种方式将硅树脂矫正为形成二氧化硅。矫正后的二氧化硅能够在与铝合金的边界区域中与镁发生反应,所述镁根据反应式SiO2+2Mg→2MgO+Si而包含在铝合金中,其结果是能够明显地改进表面的湿润。
[0018] 在根据本发明的方法的步骤b1)应用至圆周面之前使用溶剂将硅树脂以一定程度稀释证明是有利的;以这种方式,在氧化操作前使用硅树脂进行圆周面的特别均匀的覆盖
[0019] 在矫正为形成二氧化硅之前,如果硅树脂具有从5μm至10μm的层厚,则在硅树脂矫正为形成二氧化硅以及加热后关联的二氧化硅的矫正的情况下能够实现特别满意的结果。低的层厚有利于快速的矫正过程通常是真实的,这在大量的嵌入件的工业制造方面能够具有益处。
[0020] 根据本发明的由二氧化硅制成的适配层的替代实现方式通过使用已知为水玻璃的溶液提供。在此,所有的从熔化状态凝固水溶性钠离子、离子以及硅酸盐被概括为术语“水玻璃”。它们具有玻璃状,也就是说无固定形状的材料特性。在浸入到水玻璃溶液中之后,气缸衬筒如上所述结合硅树脂通过将嵌入件加热到400度或者更高的温度而矫正。在此,适配层失去其水分,通过基本上脱水的结果,生成了聚合的无机硅酸盐。在与铝合金的边界表面的区域中的矫正后的二氧化硅能够与镁反应也是根据本实施例的情况,所述镁根据反应式SiO2+2Mg→2MgO+Si而包含在铝合金中,这导致改进的表面的湿润。
[0021] 水玻璃特别有利地包括Na2O3Si,也就是说包括钠硅酸盐。
[0022] 本发明还涉及具有衬筒本体的气缸衬筒,所述衬筒本体具有圆周面,衬筒本体的圆周面涂覆有由二氧化硅制成的适配层。这种类型的适配层明确地还包括上述的MgO和Si,所述MgO和Si通过SiO2与Mg在适配层与铝合金的过度区域中的反应而获得。
[0023] 而且,本发明涉及具有这种类型的气缸衬筒并且具有铝合金的气缸体,所述铝合金将适配层包装并使气缸衬筒相对于气缸体完整。
[0024] 而且,本发明涉及具有环体的活塞环槽座,所述环体具有圆周面,环体的圆周面涂覆有由二氧化硅制成的适配层。
[0025] 最后,本发明涉及具有这种类型的活塞环槽座并且具有铝合金的活塞,所述铝合金包装适配层并且使活塞环槽座相对于活塞完整。
[0026] 本发明的进一步重要的特征和益处来自从属权利要求、附图以及使用附图的相关附图描述。
[0027] 不言而喻,在不脱离本发明的范围的情况下,上述特征以及将在下文中进一步解释的特征不仅能够用在分别指示的结合中,而且还能够用在其他结合中或者单独使用。

附图说明

[0028] 本发明的优选实施例示出在附图中并且在随后的描述中将对其进行更详细的说明,相同的附图标记指代相同或相似或功能上等同的部件。
[0029] 在附图中,在每种情况下示意性地示出:
[0030] 图1示出了气缸衬筒,所述气缸衬筒在为了制造气缸体而插入到铸造模中之前涂覆有二氧化硅;
[0031] 图2示出了气缸衬筒,所述气缸衬筒在铸造模中通过铸造与铝合金封装并与铝合金一起形成气缸体;
[0032] 图3示出了环槽座,所述环槽座通过铸造与铝合金封装并与铝合金一起形成活塞。

具体实施方式

[0033] 在每种情况下在粗略示意的纵向部分中,图1和图2图示出根据本发明的用于制造气缸体的形式的铸造部件6的方法。图1示出了具有嵌入主体的气缸衬筒的形式的嵌入件1,在图1和图2的示例性方案中所述嵌入主体具有圆周面3并被称作衬筒主体2。如在图1中示出的,衬筒主体2能够是衬套状构造。在衬筒主体2被引入到铸造模(未在图1中示出)中之前,其圆周面3涂覆有在下文中称作“适配层4”的二氧化硅层。
[0034] 根据第一变型,这种类型的适配层4的应用发生在两个方法步骤中:在第一步骤中,硅树脂被施加至圆周面3的通过铸造封装的区域。在第二步骤中,硅树脂被矫正为通过衬筒主体2的加热形成二氧化硅。为了将有机硅转变为二氧化硅,例如通过合适的熔炉的辅助衬筒主体2能够被加热至400度或者更高的温度。在此通常真实的是低的层厚有助于快速的矫正过程,这在大量的气缸衬筒的工业制造方面具有有益的影响。如果在矫正为形成二氧化硅之前施加至圆周面3的硅树脂具有5至10μm的层厚,则在硅树脂的氧化期间能够实现特别满意的结果。为了这个目的,在应用至圆周面3之间通过溶剂能够稀释硅树脂。
[0035] 根据替代第一变型的第二变型,适配层4的应用通过气缸衬筒浸入到水玻璃的溶液中而进行。在此,所有的从熔化状态凝固的水溶性钠离子、钾离子以及硅酸盐被概括为术语“水玻璃”,特别也可以是Na2O3Si。所述硅酸盐具有玻璃状,也就是说无固定形状的材料特性。在气缸衬筒浸入到这种类型的水玻璃溶液中后,气缸衬筒以与在前文中描述的第一变型相似的方式被脱水,也就是说被矫正,即通过将气缸衬筒优选加热到400度或者更高的温度,以便主要地将二氧化硅留下。
[0036] 根据上述两个变型的涂覆有二氧化硅的气缸衬筒能够随后被插入到在图2中示意性示出的铸造模5中。最终,气缸衬筒通过完全的锁定方式通过铸造与使气缸衬筒相对于气缸体完整的铝合金7封装,所述铝合金7具有至少0.3%的镁的重量比例,优选至少0.5%的镁的重量比例。如果铝合金7具有至少0.3%的镁的重量比例,优选至少0.5%的镁的重量比例,则施加在衬套主体的圆周面3上的二氧化硅的适配层4使通过铝高压压铸引入到铸造模5中的铝合金7在气缸衬筒的铸造封装期间呈现改进的湿润特性。结果,在气缸衬筒与铝合金7之间实现了特别满意的完全的锁定连接,该连接转而确保了所述两个部件之间的显著的热传递。矫正后的适配层的二氧化硅能够在与铝合金的边界表面的区域与镁发生反应,所述镁根据反应式SiO2+2Mg→2MgO+Si而包含在铝合金中,其结果是能够明显地改进表面的湿润。
[0037] 进一步地,用于根据本发明的方法的第二示例性应用,在粗略地示意的纵向部分中,图3随后示出了铸造部件6’,其通过根据本发明的方法以用于内燃机的活塞的形式制造。
[0038] 图3示出了由1’指示的处于活塞环槽座的形式的嵌入件,所述活塞环槽座具有嵌入主体,所述嵌入主体具有圆周面3并且在图3的示例性方案中被指示为环槽座主体2’。在环槽座主体2’为了与铝合金7铸造封装而被引入到铸造模(未在图3中示出)中之前,其圆周面3’涂覆有二氧化硅层,在下文中以与图1和图2的示例相似的方式称作“适配层”4。
[0039] 上述关于图1和图2的示例性方案的说明对圆周面上的适配层4’进行了适当修改;也就是说,为了制造根据第一变型的活塞,首先将硅树脂施加至待通过铸造封装的圆周面
3’的区域,并且所述硅树脂被氧化以通过随后的环槽座主体2’的加热形成二氧化硅。根据第二变型,适配层4’的应用通过将活塞环槽座浸入到水玻璃的溶液中进行。在活塞环槽座浸入到这种类型的水玻璃溶液中后,后者再次矫正为通过活塞环槽座的加热形成二氧化硅。
[0040] 根据所述两个变型的涂覆有二氧化硅的活塞环槽座随后被插入到合适的铸造模中并在所述铸造模中通过与铝合金7’铸造而以完全锁定的方式封装,所述铝合金7’随后使活塞环槽座1’相对于活塞完整,所述铝合金7’具有至少0.3%的镁的重量比例,优选至少0.5%的镁的重量比例。如果铝合金7’具有至少0.3%的镁的重量比例,优选至少0.5%的镁的重量比例,则施加在环槽座主体2’的圆周面3上的二氧化硅的适配层4’以与图1和图2的示例相似的方式使通过铝连续压铸引入到铸造模中的铝合金7’在活塞环槽座的铸造封装期间呈现改进的湿润特性。结果,实现了活塞环槽座与铝合金7’之间的特别满意的完全锁定连接,这转而确保了所述两个部件之间的显著的热传递。
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