本发明涉及制造活塞式发动机例如大型两冲程十字头型发动机的气 缸衬套的方法，在这种方法中采用以下方式在衬套的内表面上形成用于 活塞环的滑行表面：首先采用至少一个具有曲线切削刃的切工具在衬套 的内表面上切削出波形结构，该波形结构在波峰和波谷之间具有至少 0.005mm的高度差，然后至少在最靠近活塞顶部死点位置的滑行表面处 从该波形结构中除去波峰，使得在纵向截面上作好的衬套的内表面具有 不完全的波形表面，在此波形表面中，波谷由大体上是平面区域的平台 区域分开。

德国专利No.683262说明一种用这种方法制造的气缸衬套，其中在 波形结构中的波峰通过珩磨衬套的内表面而被除去。这种方法要求将衬 套从一个使内表面上切削出波形结构的机加工装置上转移到珩磨机的新 的固定位置上。此外，珩磨本身是一种费用大和耗时的加工手段，在珩 磨加工中，具有若干珩磨石的机头在转动时穿过衬套，由此珩磨石将波 峰上的料磨去。特别在大型气缸衬套的情况下，要配备珩磨机投资是很 大的。

瑞士专利No.342409说明一种气缸衬套，在该专利中，通过在衬套 的内表面上切削出波形结构而在该内表面上形成用于活塞环的滑行表 面。这种衬套称作波切衬套，该波形结构通常是螺旋形的，在衬套转动 时切削工具以一定的速率沿衬套的纵方向推进。瑞士专利所说的一个优 点是，沟槽聚集润滑油，因而出现油窝，这有利干活塞环和衬套内表面 之间的润滑作用。

这种在衬套内表面上进行波切而形成沿衬套纵向相连接的波形结构 其制造优点是，内表面不用珩磨，因为波切加工可以将衬套加工到要求 的内径尺寸。当衬套工作时，活塞环将磨去波峰，从而在波谷之间形成 平台区域，但活塞环也在同时被磨损。

大型两冲程十字头发动机的发展总是增加气缸的输出功率，因此也 增加了有效平均压力。最近制造的发动机其气缸输出功率达到5, 700kw，有效平均压力为18.2巴。这对活塞环和气缸衬套提出了很高的 要求，因为穿过活塞环的压差以及活塞环与衬套内表面的接触力变得很 大。因此如衬套的内表面是被切削成纯粹的波形结构，则要重视活塞和 衬套的磨合问题，尖锐的波峰可能引起活塞环的卡住。

丹麦专利No.139111说明一种气缸衬套，该衬套的内表面上具有螺 旋式的切削槽，该螺旋槽的螺距是如此大，使得波谷由平台区域隔开， 该平面区域沿气缸的纵向具有例如是4mm的长度L。在切削该槽之前， 必须珩磨该衬套，这使得制造衬套变得很昂贵，因为衬套必须在一种固 定装置上首先加工到接近于其最后内部尺寸之后，它必须被装卡在珩磨 机上进行珩磨，然后再重定位在第一种固定装置上，以便切削出槽。大 型发动机的气缸衬套是很重的部件，在机加工设备上重新定位和装卡该 衬套是费时间的。  

JP-A5-65849说明一种用于活塞发动机的气缸座，在该专利 中，镗孔后的气缸还要进行珩磨，形成蜂窝状结构的研磨纹路或槽。这 些研磨纹路包括有会导致损坏活塞环的小的尖锐凸起。为防止这种对活 塞环的损坏，采用几种滚压工具对气缸的内表面进行压光处理。这种在 缸筒表面上除去小凸部的压光操作法是众所周知的工艺。在此日本专利 中说明的气缸座也必须多次重新定位在不同加工设备的若干装卡装置 上。

本发明的目的是提供一种制造具有有益的碎浪结构的气缸衬套的方 法，使得可以不用昂贵的珩磨设备，减少衬套的搬运并减少加工时间。

基于这一点，本发明方法的特征在于，气缸衬套的内径在25～ 100cm的范围内，其长度在100～400cm的范围内；不用珩磨而用塑性 压缩法除去波峰，将至少0.004mm的波峰高度压缩成上述平台区域；并 且在压缩后波谷的底部至少低于这些平面区域0.001mm。

利用相当简单和便宜的设备通过技术上并不复杂的方法便可以进行 这种塑性压缩，并且可以在同一装卡位置上将波形结构切削在很大的衬 套的内侧上，并将波峰压缩成大体为平面区域的平台区域。另外，还节 省了珩磨设备的投资，对于这种大尺寸的衬套该种设备是很贵的。而且， 在波谷之间的平台区域上，衬套的内表面上可以获得一种很有利于衬套 和活塞环磨合的表面特性。滚压过的表面没有很锐的凸出部，但另一方 面也不完全是光滑的或镜一样发光的表面，这种光滑表面可能引起衬套 和活塞环之间的润滑问题。例如采用小滚压工具利用滚压方法便可以进 行波峰的塑性压缩，这种小滚压工具是较好的，因为这种设备是最简单 的。或者，可以利用一个沿衬套整个长度延伸的滚子进行滚压。上述波 形表面高度的范围对波形结构是特别有利的，该波形结构在滚压前在波 峰和波谷之间的高度差为0.01～0.02mm。通过在上述范围内进行波峰的 塑性形变，衬套内表面形成一个与活塞环温和磨合的表面。如果波谷深 度小于0.001mm，则获得的润滑状况是不令人满意的。

最好利用上述至少一个切削工具在衬套内表面切出波形结构，该切 削工具在衬套转动时由镗孔杆以一定进刀速度沿衬套纵向推进，使得波 形结构至少形成一个螺旋切口，然后用滚压工具滚压内表面进行塑性压 缩，该滚压工具利用切削工具所用的同一镗孔杆向前推动。这就避免了 将气缸衬套从一个机器的装卡位置再挪到另一个机器的装卡位置，从而 节省了时间。当在衬套内表面切削出螺旋切口时，将镗孔杆从衬套中退 出，然后装上滚压工具，再将镗孔杆插入到衬套内并进行滚压。切削工 具和滚压工具也可以装在各自的横移滑块上或相应的夹具上，使得根据 需要相对于衬套内表面前后移动工具便可以适当地改换工具。装有切削 工具的镗孔杆适合于通过工具的径向移动调节切削工具的切削深度，因 此通过沿衬套的径向方向移动滚压工具可以适当地调节滚压压力，从而 可以利用镗孔杆现有的调节选择。

也可以采用工具头上装有若干滚子的滚压工具进行滚压，这种工具 因为用于滚压管子的内表面而为大家所知，但是这种工具最适合滚压管 径恒定的直径比较小的管子。因此最好利用具有一个滚子的滚压工具的 滚压进行塑性压缩，该滚子相对于衬套内表面的径向位置可以调节，而 且该滚子在衬套正转动时可以沿衬套的纵方向向前移动。这使得可以用 同一工具来滚压具有不同内径的的衬套。使用一个滚子还允许通过滚子 的径向位移很准确地调节滚压压力，从而可避免过分地滚压波纹结构。 如果用多个滚子，则需在很窄的范围内同时控制各个滚子，这是很困难 的，特别是因为在一个滚子上的力的变化可以传输到另一些滚子上。

很希望使滚压工具与一个表示当时滚压压力的测压器相结合，以便 监测滚压压力并能够在滚压内表面期间进行微调。对于一个发动机或多 个同一尺寸的发动机，气缸衬套通常以成批方式制造。在这种成批制造 中，也可以应用测压器，使得可以再使用对于特定尺寸气缸衬套的适当 滚压压力的数据，并在开始滚压衬套时便调节滚压工具。

为便于制造衬套，举例来说，当衬套直径在25-100cm的范围内 时，可以在衬套内径切削公差为±0.1-0.2mm的条件下进行波形结构的 切削。尽管有这种公差，但波形结构的波高高度可以用更小的公差进行 切削，例如±0.003mm或更小，因为切削工具的刀头的弧形切削刃具有 很大的半径，例如依赖于衬套的内径和波形结构中要求的波高可从 100mm到800mm，还因为直径(指衬套内径)变化很慢，使得切出的 相邻波具有几乎完全相同的直径。虽然由于衬套直径的公差，衬套内径 在衬套的整个长度上是变化的，但在工具沿衬套的纵向移动时，滚压工 具可以适当地保持要求的滚压压力。

因为直径(指衬套内径)变化小，所以通过很简单的器械设计利用 一个臂支承的滚压工具便可以保持滚压压力，该支承臂在施加滚压压力 时可以在其弹性范围内沿衬套径向方向弯曲，因而该臂可以通过径向方 向的弹性变形补偿直径的变化。或者，滚压工具可以装在一个横移滑块 上，该滑块可利用一个调节驱动装置根据上述指示现时滚压压力的测压 器的信号在径向连续地进行调节。

当活塞发动机运转时，在活塞上面的气缸室中的压力在活塞移离上 部死点位置时将下降，这种减小的压力将导致活塞环和衬套之间的作用 力减小。在某些情况下，可以这样制造衬套，使得只在上部衬套部分进 行滚压，该上部衬套部分包括在活塞移离其上部死点时最上部活塞环滑 动的区域和一部分靠近下部死点位置的向下活塞冲程。内表面的滚压过 程进行得很快，因而不会由于将滚压操作局限于上部衬套部分而节省很 多时间，但可以节省滚压设备，特别是在长度达到400cm的很大衬套的 情况下，因为镗孔杆不需要作得如此长。

波峰可以通过滚压法如此变形，使得波谷之间的平台区域的面积构 成已滚压区域中衬套总面积的25％～75％。如果平台区域少于25％， 则与活塞环的接触面积太小，这会导致过热而损坏环的材料，因为产生 的热不能充分地传到衬套上。不充分的接触面积也可能破坏活塞环的压 力密封效果。如果平台区域大于75％，则润滑状况(摩擦状况)变坏， 因为油窝太小。波峰最好如此滚压形变，使得波谷之间的平台的区域的 面积是已滚压区域中总衬套面积的40％～60％。这是考虑到润滑状况 和热负载及压力密封之间的矛盾所作的折衷，同时也提供了上述阈值限 之间的合适范围，使得某些制造不准确性对衬套的工作状况不是极其重 要的。

在燃烧室中活塞环对很高压力的密封能力通过滚压波峰产生形变使 相邻波谷之间的平台区域沿衬套的纵向形成一种延伸部分而得到保证， 这种延伸部分在±1mm范围内，对应于具有最小环高度的活塞环的环高 度的四分之一。当活塞在如此制造的气缸衬套中沿具有波形结构的区域 纵向移动时，各个活塞环由至少两个相邻的平面区域包围，这便可以防 止活塞上方的高压气体流过螺旋形的槽或波谷，流到活塞环的下面。

波峰最好如此形变，使得波峰的至少0.006mm，最大0.018mm， 最好最大0.015mm的高度被压缩成平台区域，并使得波谷底部至少低于 这些区域0.002mm。如果在局部区域超过这些很严格的范围，衬套的内 表面仍然可以是可接受的表面。

在本发明的优选方法中，波切结构如此形变，使得在所形成的平台 区域和波谷之间的平均径向高度差为在波切结构未压缩之前的波峰和波 谷之间的平均高度差的7％～66％之间，最好在其16％～36％之间。

本发明还涉及活塞式发动机例如大型两冲程十字头式发动机的气缸 衬套及活塞的组件，其中在衬套的内表面上具有用于活塞环的滑行表 面，该滑行表面至少在最靠近活塞顶部死点位置的区域在其纵向截面中 具有不完全波形结构，在这种波形结构中，波谷由平台区域分开。本发 明的这种气缸衬套的特征在于，其内径在25～100cm的范围内，其长度 在100～400cm的范围内；平台区域是滚压过的无尖锐凸部的表面；波 谷的底部至少低于这些区域0.001mm；在相邻波谷之间的的平台区域具 有沿衬套纵向的延伸部分，该延伸部分在对应于具有最小环高度的活塞 环高度的四分之一的±1mm的范围内。该气缸衬套显示出滑行表面的上 述有利特性。

下面参照非常示意性的附图更详细的说明本发明的例子，这些附图 是：

图1是气缸衬套的局部侧视图及局部纵向剖面图；

图2示出固定在局部示出的机加工装置上的气缸衬套的透视图；

图3是滚压工具的透视图；

图4是另一个滚压工具的侧视图；

图5是放大很大的沿根据本发明滚压过的气缸衬套内表面截取的纵 向截面图；

图6是5倍放大图，示出波切的局部珩磨的气缸衬套内表面的照片；

图7是按本发明波切和滚压的气缸衬套的类似照片；

图8是在图6所示衬套内表面上的粗糙度测量结果的复印件；

图9是在图7所示衬套内表面上的粗糙度测量结果的复印件。

图1示出用于大型两冲程十字头式发动机的气缸衬套1。取决于发 动机的尺寸，气缸衬套可以作成各种尺寸，其内径通常在25～100cm的 范围内，其典型长度在100～400cm的范围内。衬套通常用铸铁制作， 它可以整体浇铸，或分成两部分浇铸，然后再端对端地连接在一起。在 图中，在纵轴2右侧示出的一半衬套是纵向剖面图。该衬套以众所周知 的方式装在未示出的发动机上，方法是将环形的朝下的表面3固定在发 动机支架箱的顶板上或气缸座上，然后将具有活塞环5的活塞4装在气 缸中，气缸盖装在衬套顶部的环形的面朝上的表面6上，并固定在顶板 上。

活塞环5沿衬套的内表面7滑动，因此重要的是，该内表面要具有 一种结构，该结构可以保证环和内表面之间获得很好的润滑，以避免在 环的外侧和衬套的内表面之间产生划伤或卡住。当在一个新的发动机中 活塞和衬套磨合期间，该表面结构是特别重要的。如上所述，很希望制 造出在其内表面上具有波形结构的气缸衬套，在该结构中波峰被除去。 制造沿整个内表面具有上述结构的衬套是可能的。该结构也可以仅在衬 套的上部分上形成，例如活塞环5在活塞向下冲程中扫过的开始的40％ 部分。这部分还可以具有其它相对尺寸，例如20％、25％、30％或35 ％，或中间值。

在加工位于衬套下部的空气换气槽8之前，完成衬套内表面7的加 工。在设计成一种很大尺寸的车床的大型镗孔机中进行这种加工，图2 部分示出该镗孔机。以下将这种镗孔机称作车床。利用吊车将衬套以纵 轴成水平的方式吊起来，然后相对于车术的转动轴线对中，将衬套的一 个端部利用四个卡头9固定在车床的主轴上，而利用支架10支承衬套的 另一端部，使其位于对中位置，该支架10具有许多可以在衬套外表面上 滚动的支承滚柱11。支架10可在车床12上移动。

在对着主轴的一端，车床具有未示出的鞍座，该鞍座支承很重的刚 性镗孔杆13，该杆通过鞍座的移动可以在车床座上与气缸衬套纵轴线共 轴地移入或移出气缸衬套。在最靠近主轴的一端，镗孔杆具有刀架14， 该刀架呈横移滑块的形状，可以沿衬套的径向方向调节刀具15。

在固定衬套后，使主轴与衬套转动，粗切削内表面7，对于直径的 切削精度例如为5mm。随后用具有弯曲切削刃的刀头进行精细切削，使 得这种切削在衬套的内表面上的波切结构中形成要求形状的波谷。在两 个相邻波峰之间的距离S(图5)可以通过镗孔杆的向前推进的纵向位 移量按要求进行调节，该距离与每转的进刀距离相同。在具有98cm内径 的气缸衬套中，8mm/r(气缸衬套转)的进刀速度是合适的，而对于50cm 内径或更小的气缸衬套可以选择4mm的进刀速度。螺距可以选择为相当 于具有最小环高度的活塞环的一半环高度。

在波峰和波谷之间的径向的高度差h(图5)由刀头刀刃的曲率决 定，曲率越大形成的高度差越大。高度差可以大到0.06mm，但是通常 在0.01～0.02mm之间最好。

在切削出波形结构以后，将镗孔杆退出衬套，并相对于内表面7径 向定位滚压工具，随后滚压内表面，使波峰上的材料产生塑性形变，即 径向向外压缩，使得得到图5所示的最后的具有螺旋形槽或波谷17的内 表面形状。示于图5的衬套内表面的纵向截面为了清楚起见画得失真了， 使得在径向方向的尺寸被放大了许多倍，在纵向截面中，波谷由平面区 域18分开，平面区域在具有波形结构的衬套长度中总共约占25～75％， 通常在40～60％之间。

在图3所示的简单设计中，滚压工具包括滚子19，该滚子可转动地 装在叉形头20上，该叉形头位于横臂21的端部，该横臂固定在由镗孔 杆13支承的工具架22的凹槽内。工具架或工具本身沿衬套的径向可以 具有有限程度的弯曲性，因而衬套发生十分之几毫米的变化可以由工具 架的弹性弯曲而被吸收。横臂可沿其纵方向即沿衬套的径向方向调节。

滚压工具的另一个设计例子示于图4，其中滚子23单侧地嵌入头部 24中，在其后面该滚子接触支承滚子25。该头部装在倾斜伸出的角形部 分上，该部分分成两部分26a和26b，这两部分是互有弹性的，但是保 持设定的滚压压力。测压器27显示当时滚压压力的数值。该工具可以不 装目视测压器而装一个测量滚压压力和输出电信号的感应系统，该电信 号用于进行调节或远距离读出。角形部分通过中间部件28装在镗孔杆的 刀架14上，因而可通过该刀架的径向位移来调节滚压压力。这种工具可 以从一家德国公司即在Celle的W.Hegenscheidt GmbH公司买到，商品 名为EG14。

滚压压力测压器可以装在镗孔杆横移滑块上，该滑块受到一个径向 压力的作用，该径向压力基本上等于滚压工具受到的径向压力。该车床 还可以具有一种显示器，例如数字显示横移滑块分别沿径向和轴向的位 移的显示器。当配置滚压工具使其与衬套内表面形成无压力接触时，可 以使这种显示器复位，这样横移滑块的向外位移将代表滚压压力。

滚子的纵轴可与衬套的内表面形成任意角度α，该角的顶点对着由 箭头A表示的进刀方向的前方。

下面说明用内径35cm的气缸衬套所作的举例。

例1

该衬套采用常用于大型发动机的衬套材料制作，即铸铁，在粗切削 之后，在其整个长度上精切削衬套的内表面，形成螺旋形的波切结构， 在波峰之间的距离S＝4mm，波高h约为0.015mm。然后用图3所示 的滚压工具取代膛孔杆上的切削工具。调节滚压压力，方法是首先使滚 子与衬套的内表面形成无压力的接触，然后再设定镗孔杆上的横移滑 块，使其向外位移F＝0.03mm，此值是在直径上测量的，即径向位移 为0.015mm。应当注意到，横移滑块的径向调节不会引起滚压工具的相 应径向位移，因位移的主要部分用于对横移滑块、工具架和工具施加压 力，即形成滚压压力。这是和通常在车床上设置切削工具的方法的主要 差别。然后使衬套以90rpm的速度转动，这使滚压工具和衬套内表面之 间产生相对速度V＝100m/min，镗孔杆以S＝0.5mm/rev的进刀速度 进入衬套。

目视检测表明，还需要更大的滚压压力，而且进刀速度还可以显著 提高。

例2

除滚压参数外，按例1所述的相同方法制造气缸衬套。用下列参数 进行滚压：V＝100m/min，F＝0.10mm(在真径上测量)和S＝ 4.0mm/rev。

目视观侧和粗糙度测量显示，进刀速度合适，在波谷之间的区域具 有形状很好的延伸部分，基本上为平面。

例3

除滚压参数外，按例1所述的相同方法制造气缸衬套。用下列参数 进行滚压：V＝100m/min，F＝0.15mm(在直径上测量)和S＝ 4.0mm/rev。

目视观测和粗糙度测量显示，进刀速度仍是合适的，在波谷之间的 区域具有较大的延介部分，约占衬套内表面的30％。

例4

除滚压参数外，按例1所述的同一方法制造气缸衬套，用下列参数 进行滚压：V＝100m/min，F＝0.20mm(在直径上测量)和S＝ 4.0mm/rev。

目视观测和粗造度测量表明，进刀速度仍是合适的，波谷之间的区 域形成较大延伸部分，约占衬套内表面的40％。

进行了比较试验，在此试验中，采用例1所述的同一方法制造气缸 衬套，但是用部分珩磨代替滚压来除去波峰。

对按例4所制造的和用部分珩磨法所制造的衬套表面放大5倍照 相，照片见图6和图7，该表面的粗糙度用Perthen粗糙度测试仪测量， 结果见图8和图9，该图中在径向方向的放大倍数被调到很大。在记录 纸上，Y轴方向的10mm表示0.025mm的距离，而在X轴方向的10mm 则表示1mm的距离。

图6所示显示出由珩磨形成的清楚的环形珩磨痕迹或槽，图8的粗 糙度测试显示在除去波峰处的大体上是平面的区域上有许多小点。

图7所示的滚压过的表面具有相当好的外观，图9的粗糙度测试显 示，在波谷之间的平面区域基本上没有尖锐凸出点，但是在平面区域上 的平面仍然有许多小的在高度上不同的圆拱形凸起，这有利于润滑油很 好地附着在表面上。

在上述波切结构和滚压结构的尺寸表示中，应当明白，上述值是平 均值。如粗糙度测试的记录纸上所示，表面的局部具有不包含在该尺寸 中的大的凹部，因为这些凹部通常是在表面上沉积的石墨或由合金确定 的类似变化。这些凹部也存在于也可称作平台区域的大体上是平面的区 域中。