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通过搅拌摩擦焊制造 气缸体和气缸套的方法

阅读：126发布：2021-12-18

专利汇可以提供通过搅拌摩擦焊制造气缸体和气缸套的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种通过搅拌摩擦焊制造气缸体(10)的方法，包括步骤：将转动的搅拌摩擦焊工具(50)嵌入具有抵靠气缸套 (20a、20b、20c)的抵靠区域的气缸体 (10)中；使所述搅拌摩擦焊工具(50)和所述气缸体(10)中的至少一个运动，以使所述搅拌摩擦焊工具(50)沿着所述抵靠区域移动，用于通过摩擦热软化所述抵靠区域的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌所述抵靠区域的材料，以接合所述抵靠区域的所述材料；以及在接合所述抵靠区域的所述材料之后，从所述气缸体(10)的衬垫表面(12)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；将因移除至少所述搅拌摩擦焊工具(50)形成的移除孔(Y1，Y2，Y3)加工为双头螺栓孔(24a、24b、24c、24d、24e、24f、24g、24h)。，下面是通过搅拌摩擦焊制造气缸体和气缸套的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种通过搅拌摩擦焊制造气缸体(10)的方法，包括步骤：
将转动的搅拌摩擦焊工具(50)嵌入具有抵靠气缸套(20a、20b、20c)的抵靠区域的气缸体(10)中；
使所述搅拌摩擦焊工具(50)和所述气缸体(10)中的至少一个运动，以使所述搅拌摩擦焊工具(50)沿着所述抵靠区域移动，用于通过摩擦热软化所述抵靠区域的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌所述抵靠区域的材料，以接合所述抵靠区域的所述材料；以及
在接合所述抵靠区域的所述材料之后，从所述气缸体(10)的衬垫表面(12)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
其特征在于，将因移除至少所述搅拌摩擦焊工具(50)形成的移除孔(Y1，Y2，Y3)加工为双头螺栓孔(24a、24b、24c、24d、24e、24f、24g、24h)。
2.一种通过搅拌摩擦焊制造气缸体(10)的方法，包括步骤：
将转动的搅拌摩擦焊工具(50)嵌入具有抵靠气缸套(20a、20b、20c)的抵靠区域的气缸体(10)中；
使所述搅拌摩擦焊工具(50)和所述气缸体(10)中的至少一个运动，以使所述搅拌摩擦焊工具(50)沿着所述抵靠区域移动，用于通过摩擦热软化所述抵靠区域的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌所述抵靠区域的材料，以接合所述抵靠区域的所述材料；以及
在接合所述抵靠区域的所述材料之后，从所述气缸体(10)的衬垫表面(12)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
其特征在于，将因移除至少所述搅拌摩擦焊工具(50)形成的移除孔(Y1，Y2，Y3)加工为油孔、定位销孔或定缝销钉孔。
3.一种制造气缸体(10)的方法，其通过转动的搅拌摩擦焊工具(50)搅拌摩擦焊接气缸体主体(18)与插入所述气缸体主体(18)的缸膛(16)中的气缸套(20a、20b、20c)的抵靠区域，从而制成气缸体(10)，其特征在于如下步骤：
将所述搅拌摩擦焊工具(50)嵌入所述气缸体主体(18)和所述气缸套(20a、20b、20c)的至少一个中；
沿着所述抵靠区域移动所述搅拌摩擦焊工具(50)，用于通过摩擦热软化所述抵靠区域的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌所述抵靠区域的所述材料，以接合所述抵靠区域；以及
在接合所述抵靠区域之后，从所述抵靠区域或所述气缸套(20a、20b、20c)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
其中，从其中要形成水通道(90a、90b、90c、90d、90e、90f、90g、90h、90i、90j)的区域除去所述搅拌摩擦焊工具(50)，所述水通道与在所述气缸体主体(18)和所述气缸套(20a、
20b、20c)之间的水套(22)连通。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述气缸套(20a、20b、20c)具有中空圆柱形部分(34a、34b、34c)和大直径部分(36a、36b、36c)，所述大直径部分(36a、36b、36c)布置在所述气缸体主体(18)中的布置区域(30)上，以允许形成在所述中空圆柱形部分(34a、
34b、34c)和所述缸膛(16)之间的间隙用作水套(22)，并且搅拌摩擦焊接所述气缸体主体(18)的衬垫表面(12)和所述大直径部分(36a、36b、36c)，以将所述水通道(90a、90b、90c、
90d、90e、90f、90g、90h、90i、90j)设置在至少所述大直径部分(36a、36b、36c)中。
5.一种通过搅拌摩擦焊接具有缸膛(16)的气缸体主体(18)和插入所述缸膛(16)中的气缸套(20a、20b、20c)而制造气缸体(10)的方法，其特征在于如下步骤：
从所述气缸套(20a、20b、20c)的内周壁将转动的搅拌摩擦焊工具(50)嵌入所述气缸套中，直到所述搅拌摩擦焊工具(50)到达所述缸膛(16)的内周壁；
移动所述搅拌摩擦焊工具(50)，以通过摩擦热软化所述气缸套(20a、20b、20c)的材料和所述气缸体主体(18)的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌这些材料，从而使所述气缸套(20a、20b、20c)和所述气缸体主体(18)彼此接合；以及
在所述气缸套(20a、20b、20c)和所述气缸体主体(18)彼此接合之后，移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
其中，在装配在插入所述缸膛(16)中的活塞(80)的圆周侧壁上的活塞环(86a)的下止点下方的位置处，从所述气缸套(20a、20b、20c)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述活塞(80)裙部(82)的下止点下方的位置处，从所述气缸套(20a、20b、20c)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还包括一步骤，即，搅拌摩擦焊接所述气缸体主体(18)的衬垫表面(12)和所述气缸套(20a、20b、20c)在所述衬垫表面(12)处的端面。
8.一种通过搅拌摩擦焊接具有缸膛(106)的气缸体主体(102)和插入所述缸膛(106)中的气缸套(104)而制造气缸体(100)的方法，所述缸膛(106)具有径向凹入的台阶部(110)和安装在衬垫表面(112)上的搅拌摩擦焊工具移除元件(130)，其特征在于如下步骤：
从所述气缸套(104)的内周壁将转动的搅拌摩擦焊工具(50)嵌入所述气缸套(104)中，直到所述搅拌摩擦焊工具(50)到达所述缸膛(106)的内周壁；
移动所述搅拌摩擦焊工具(50)，以通过摩擦热软化所述气缸套(104)的材料和所述气缸体主体(102)的材料，并通过所述搅拌摩擦焊工具(50)搅拌所述材料，从而使所述气缸套(104)和所述气缸体主体(102)彼此接合；以及
在所述气缸套(104)和所述气缸体主体(102)彼此接合之后，移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
其中，在所述搅拌摩擦焊工具(50)从所述气缸套(104)的所述内周壁运动到所述搅拌摩擦焊工具移除元件(130)之后，从所述搅拌摩擦焊工具移除元件(130)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
当所述气缸套(104)插入所述缸膛(106)中时，所述气缸套(104)的一端部(104a)从所述缸膛(106)伸出，并且使所述气缸套(104)的所述端部(104a)抵靠所述搅拌摩擦焊工具移除元件(132)；
在所述气缸套(104)和所述气缸体主体(102)彼此接合之后，将所述搅拌摩擦焊工具(50)移动到所述伸出端(104a)，并通过所述端部(104a)从所述搅拌摩擦焊工具移除元件(132)移除所述搅拌摩擦焊工具(50)；
移除所述搅拌摩擦焊工具移除元件(132)的所述端部(104a)，以使所述衬垫表面(112)与所述气缸套(104)的上端面在位置上对齐。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括步骤：搅拌摩擦焊接所述气缸体主体(102)的所述衬垫表面(112)和所述气缸套(104)在所述衬垫表面(112)处的端面。
11.一种制造用于顶闭式气缸体的气缸套的方法，所述气缸套具有中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和与所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)的外周壁接合的关闭元件(142)，其中，当所述气缸套插入限定于气缸体主体(140)的缸膛(106)中时，所述关闭元件(142)关闭在所述气缸体主体(140)中的水套(116)在衬垫表面(112)处的开口，其特征在于如下步骤：
使用一夹具(150)，该夹具具有所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)可插入其中的第一插入单元(152a、152b、152c)和所述关闭元件(142)可插入其中的第二插入单元(154)，将所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)插入所述第一插入单元(152a、152b、
152c)中，所述关闭元件(142)插入所述第二插入单元(154)中；以及
通过搅拌摩擦焊接来接合所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述中空圆柱形元件(105a、105b、
105c)在其外周壁上具有支撑台阶部(160)，在将所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)插入到所述夹具(150)的所述第一插入单元(152a、152b、152c)中时所述支撑台阶部(160)暴露，所述关闭元件(142)布置在所述支撑台阶部(160)上，并且搅拌摩擦焊接所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)。
13.一种制造顶闭式气缸体的方法，该气缸体具有气缸体主体(140)、插入限定于所述气缸体主体(140)的缸膛(106)中的中空圆柱形元件(105a、105b、105c)、设置在所述气缸体主体(140)和所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)之间的水套(116)、以及在所述气缸体主体(140)的衬垫表面(112)处关闭所述水套(116)的端部的关闭元件(142)，其特征在于如下步骤：
通过搅拌摩擦焊接，使所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)彼此接合；和
通过搅拌摩擦焊接使所述气缸体主体和所述关闭元件(142)彼此接合。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过使用一夹具(150)搅拌摩擦焊接所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)，该夹具(150)具有所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)可插入其中的第一插入单元(152a、152b、152c)和所述关闭元件(142)可插入其中的第二插入单元(154)，将所述中空圆柱形元件(105a、105b、
105c)插入所述第一插入单元(152a、152b、152c)中，将所述关闭元件(142)插入所述第二插入单元(154)中，之后将所述关闭元件(142)与其接合的所述中空圆柱形元件(105a、
105b、105c)插入所述气缸体主体(140)的缸膛(106)中，并且搅拌摩擦焊接所述气缸体主体(140)和所述关闭元件(142)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述中空圆柱形元件(105a、105b、
105c)在其外周壁上具有支撑台阶部(160)，在所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)插入到所述夹具(150)的第一插入单元(152a、152b、152c)中时所述支撑台阶部(160)暴露，所述关闭元件(142)布置在所述支撑台阶部(160)上，并且搅拌摩擦焊接所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述气缸体主体(140)和所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)的外周壁中的至少一个具有支撑台阶部(160)，所述关闭元件(142)布置在所述支撑台阶部(160)上，搅拌摩擦焊接所述中空圆柱形元件(105a、105b、
105c)和所述关闭元件(142)，并且搅拌摩擦焊接所述气缸体主体和所述关闭元件(142)。
17.一种制造用于顶闭式气缸体的气缸套的方法，所述气缸套具有中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和与所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)的外周壁接合的关闭元件(142)，其中当将所述气缸套插入限定于气缸体主体(140)的缸膛(106)中时，所述关闭元件(142)关闭所述气缸体主体(140)中的水套(116)在衬垫表面(112)处的开口，其特征在于如下步骤：
使用具有第一插入单(152a、152b、152c)、第二插入单元(154)和第三插入单元(156)的夹具(150)，将所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)插入所述第一插入单元(152a、
152b、152c)中，将所述关闭元件(142)插入所述第二插入单元(154)中，将搅拌摩擦焊工具移除元件(134)插入所述第三插入单元(156)中，之后通过搅拌摩擦焊接使所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)接合；以及
在所述搅拌摩擦焊接完成之后，从所述搅拌摩擦焊工具移除元件(132)移除搅拌摩擦焊工具(50)。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述中空圆柱形元件(105a、105b、
105c)在其外周壁上具有支撑台阶部(160)，在将所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)插入到所述夹具(150)的第一插入单元(152a、152b、152c)中时所述支撑台阶部(160)暴露，所述关闭元件(142)布置在所述支撑台阶部(160)上，并且搅拌摩擦焊接所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)和所述关闭元件(142)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，可预先接合多个所述中空圆柱形元件(105a、105b、105c)。
20.一种制造顶闭式气缸体的方法，其中在气缸体主体(161)和气缸套(162a、162b、
162c、162d)之间的间隙中形成水套(116)，并且关闭所述水套(116)在衬垫表面(112)处的端部，其特征在于如下步骤：
制成具有缸膛(106)的气缸体主体(161)，该缸膛具有径向凹入的台阶部(166)和用于在其上布置所述气缸套(162a、162b、162c、162d)的端面的布置区域(164)；
将所述气缸套(162a、162b、162c、162d)插入所述缸膛(106)中，将所述气缸套(162a、
162b、162c、162d)的所述端面布置在所述布置区域(164)上，并且在所述气缸套(162a、
162b、162c、162d)的外周壁和所述台阶部(166)之间形成所述水套(116)；以及搅拌摩擦焊接所述气缸套(162a、162b、162c、162d)和所述缸膛(106)的内周壁，以制成气缸体。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括一步骤，即，搅拌摩擦焊接所述气缸体主体(161)的所述衬垫表面(112)和插入所述缸膛(106)中的所述气缸套(162a、
162b、162c、162d)在所述衬垫表面(112)处的端面。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述气缸套(162a、162b、162c、
162d)在其所述外周壁上具有平面(168a、168b、168c、168d)，并且在所述缸膛(106)中相邻的所述气缸套(162a、162b、162c、162d)通过所述平面(168a、168b、168c、168d)保持为彼此抵靠。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述平面(168a、168b、168c、168d)中形成从所述气缸套(162a、162b、162c、162d)径向凹入且用作所述水套(116)的凹口(170a、
170b、170c、170d、174b、174c)。

说明书全文

通过搅拌摩擦焊制造气缸体和气缸套的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及适用于接合气缸套和气缸体主体的搅拌摩擦焊方法。

背景技术

[0002] 用于汽车等的内燃机中的一种气缸体为顶闭式(closed-deck)气缸体1，如附图的图58中所示。由于顶闭式气缸体1具有在衬垫表面3处闭合的水套2，因此顶闭式气缸体1的优点在于其比具有在衬垫表面处开口的水套的顶开式气缸体更有刚性。

[0003] 顶闭式气缸体1通常如下所述制造。首先，由铸模提供一型腔，并且将自崩型芯和高度耐磨的气缸套4(例如，FC套、电镀套、MMC套、基于高含量硅的铝套等)布置在该型腔中。然后，将熔融铝浇注在该型腔中，从而其包围自崩型芯和气缸套4。

[0004] 然后，熔融铝被冷却并结合为固态，以制成气缸体主体(block body)5。此时，将气缸套4插入气缸体主体5中。这样就形成了气缸体1，其中气缸套4布置在缸膛6中。

[0005] 气缸套4和气缸体主体5由不同的材料制成，因为如果气缸体主体5由基于高含量硅的铝铸成，则缸膛6趋于在其表面中具有缺陷空穴，这经常使得气缸体1有缺陷。另外，由于难于切割基于高含量硅的铝，因此气缸体1需要高的加工成本。

[0006] 之后，自崩型芯崩溃。将在自崩型芯崩溃时形成的空间用作水套2。如从图58可以看出，通过除去在气缸体主体5中的缸膛6之间的一部分壁而形成水套2。

[0007] 在如此制造的顶闭式气缸体1中，活塞(未示出)在相应缸膛6中往复运动。此时，通过引入水套2中的冷却剂去除因在活塞头部的圆周侧壁与气缸套4的内周面之间的滑动接触而产生的摩擦热。

[0008] 近年来，为了防止全球变暖，已经需要减少燃料量，即增加汽车等的行车里程。用于满足这种需要的一个方案是减少内燃机(并由此作为最终产品的汽车)的重量，如在日本特开昭专利公开No.59-3142、日本特开昭专利公开No.58-74850、日本特开昭专利公开No.59-79056、以及日本特开昭专利公开No.60-94230中所公开的。

[0009] 可通过减小顶闭式气缸体1的容积来减小顶闭式气缸体1的重量。然而，难于减小顶闭式气缸体1的容积，因为在缸膛6之间的壁厚需要足够大以在缸膛6之间容纳水套2。该缺点在具有多个气缸的多缸发动机中尤为明显。

[0010] 具有减小壁厚的气缸体主体5可通过高压压铸(HPDC)或精密压铸制成。然而，HPDC工艺由于非常难于采用型芯而难于铸造顶闭式气缸体1。因此，HPDC过程仅用于制造顶开式气缸体。

[0011] 根据精密压铸工艺，如果要减小水套2的宽度，则需要采用具有高强度且易于去除的自崩型芯。然而，这种自崩型芯难于制造。

[0012] 在这种情况下，在铸造气缸体主体5之后，气缸套4可插入到气缸体主体5中的缸膛6中，并且气缸套4和气缸体主体5可彼此焊接。然而，该过程可导致气缸体主体5或气缸套4因它们彼此焊接时产生的热而发生应变。另外，如果气缸体主体5通过HPDC工艺制成，则难于焊接气缸套4。

[0013] 如上所述，在制造具有小容积的顶闭式气缸体时遇到各种困难。

发明内容

[0014] 本发明的总体目的在于提供一种制造具有小容积的顶闭式气缸体的方法。

[0015] 本发明的主要目的在于提供一种搅拌摩擦焊方法，其适用于连接气缸体和气缸套。

[0016] 本发明的另一目的在于提供一种气缸套，其可容易地搅拌摩擦焊接在气缸体上。

[0017] 根据本发明的一实施例，提供了一种气缸套，其插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括：

[0018] 中空圆柱形主体；

[0019] 大直径部分，其从该中空圆柱形主体的外周壁径向向外伸出；以及[0020] 台阶部，其布置在该大直径部分的外周壁上；

[0021] 其中，相邻气缸套的大直径部分通过所述台阶部而堆叠。

[0022] 所述大直径部分布置在气缸体的气缸体主体的衬垫表面中的大直径部分布置区域中。

[0023] 通过上述结构，在气缸体主体与气缸套之间的间隙、并且如果需要的化在气缸套之间的间隙用作水套。因此，不必在气缸体主体中设置作为一空间的水套。因此，可减小缸膛之间的壁厚以及气缸体主体的端部壁厚，从而导致容积小且重量轻的顶闭式气缸体。

[0024] 由于所述台阶部抵靠在缸膛的内周壁上，因此气缸套和气缸体主体在它们被搅拌摩擦焊接时不易于彼此间隔开。另外，防止了软化的材料流入水套中。

[0025] 根据一优选实施例，该大直径部分关闭水套在衬垫表面处的端部。

[0026] 根据本发明的另一实施例，还提供了一种气缸套，其用于插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括：

[0027] 中空圆柱形主体；和

[0028] 直径减小部分，通过减小该中空圆柱形主体的内周壁的直径而提供该直径减小部分。

[0029] 在气缸套内周壁上的该直径减小部分允许搅拌摩擦焊工具的探针抵靠该直径减小部分，从而使得易于进行搅拌摩擦焊过程，以使气缸套的外周壁和气缸体主体的内周壁彼此可靠地接合。如此构成的气缸体具有优良的刚性。

[0030] 该气缸体可构造成顶开式气缸体。

[0031] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种气缸套，其用于插入限定在用于内燃机的气缸体的气缸体主体中的缸膛中，包括：

[0032] 中空圆柱形主体；

[0033] 直径减小部分，通过减小该中空圆柱形主体的内周壁的直径而提供该直径减小部分；以及

[0034] 大直径部分，其从该中空圆柱形主体的外周壁径向向外伸出。

[0035] 由于气缸套具有直径减小部分和大直径部分，因此气缸套具有由直径减小部分提供的优点以及由大直径部分提供的优点。

[0036] 气缸套应优选地具有一台阶部，其布置在大直径部分的外周壁上。由于该台阶部保持抵靠着缸膛的内周壁，因此气缸套和气缸体主体在它们被搅拌摩擦焊时不易于彼此间隔开，从而防止了软化的材料流入水套中。

[0037] 直径减小部分应优选地具有锥形表面，该表面的直径以锥形方式减小。在这种情况下，如果搅拌摩擦焊工具是倾斜的，则搅拌摩擦焊工具可容易地插入到气缸套中而不与气缸体主体等发生干涉。用于通用目的设计的搅拌摩擦焊工具可用于使气缸套和气缸体主体彼此容易地接合。

[0038] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种搅拌摩擦焊方法，其通过摩擦搅拌焊使限定在第一元件中的插入孔的内壁与插入在该插入孔中的中空第二元件的外壁相接合，包括步骤：

[0039] 在第二元件的内壁上设置宽度减小部分，该部分具有远离插入孔的开口端宽度逐渐减小的锥形表面；

[0040] 使搅拌摩擦焊工具的探针抵靠该锥形表面，之后使搅拌摩擦焊工具沿着该锥形表面运动；

[0041] 通过在转动探针时产生的摩擦热，软化并搅拌第二元件的锥形表面和外壁的材料、以及第一元件中插入孔内壁的材料，从而搅拌摩擦焊接这些材料；以及[0042] 从锥形表面除去探针，之后除去宽度减小部分。

[0043] 根据上述方法，搅拌摩擦焊工具的探针保持抵靠第二元件的锥形表面以使搅拌摩擦焊工具倾斜。因此，搅拌摩擦焊工具保持不与第一元件干涉。当搅拌摩擦焊工具沿着锥形表面运动时，其可容易地接合第一元件中插入孔的内壁材料和第二元件的外壁材料。

[0044] 由于除去了宽度减小部分，因此第二元件中的中空区域具有一致的宽度。

[0045] 优选地，在探针从插入孔的内壁分离之后从锥形表面移除探针，并且将因从锥形表面移除探针形成的移除孔与宽度减小部分一起除去。由于没有移除孔存在，因此接合区域具有良好的外观和刚性。

[0046] 第一元件的优选实施例为用于内燃机的气缸体的气缸体主体。在这种情况下，缸膛用作插入孔。第二元件的优选示例为气缸套。

[0047] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种搅拌摩擦焊方法，包括步骤：

[0048] 将转动的搅拌摩擦焊工具嵌入具有抵靠区域的工件中；

[0049] 使搅拌摩擦焊工具和工件中的至少一个运动以使搅拌摩擦焊工具沿着该抵靠区域移动，用于通过摩擦热软化抵靠区域的材料，并通过搅拌摩擦焊工具搅拌抵靠区域的材料，以接合抵靠区域的材料；以及

[0050] 在接合抵靠区域的材料之后，从工件移除搅拌摩擦焊工具；

[0051] 其中，将因移除至少搅拌摩擦焊工具形成的移除孔加工为孔。

[0052] 由于移除孔被加工成孔，因此在产品中不存在移除孔，因此其具有良好的外观。另外，由于在产品中不存在移除孔，因此该产品具有良好的机械强度和刚性。

[0053] 不需要填充物来填充该移除孔。由于不必局部切断工件，因此该工件的形状不必很大。因此，减少了成本。

[0054] 所述孔的优选示例为螺纹孔。如果工件为用于内燃机的气缸体，则螺纹孔可以是双头螺栓孔。

[0055] 如果工件为用于内燃机的气缸体，则该孔可以为油孔、定位销孔或定缝销钉孔。

[0056] 根据本发明的另一实施例，还提供了一种搅拌摩擦焊方法，其通过转动的搅拌摩擦焊工具搅拌摩擦焊接气缸体主体和插入气缸体主体的缸膛中的气缸套的抵靠区域，从而制成气缸体，该方法包括步骤：

[0057] 将搅拌摩擦焊工具嵌入气缸体主体和气缸套的至少一个中；

[0058] 沿着抵靠区域移动搅拌摩擦焊工具，用于通过摩擦热软化抵靠区域的材料，并通过搅拌摩擦焊工具搅拌抵靠区域的材料，以接合抵靠区域；以及

[0059] 在接合抵靠区域之后，从抵靠区域或气缸套移除搅拌摩擦焊工具；

[0060] 其中，从其中待形成水通道的区域除去搅拌摩擦焊工具，该水通道与在气缸体主体和气缸套之间的水套连通。

[0061] 由于移除孔被用作水通道，因此在产品中不存在移除孔。因此，可制成具有良好外观的气缸体。由于在气缸体中不存在移除孔，因此气缸体具有良好的机械强度和刚性。

[0062] 不需要填充物来填充该移除孔。由于不必局部切断气缸体主体，因此该气缸体主体的形状不必很大。因此，减少了成本。

[0063] 优选地，所述气缸套具有中空圆柱形部分和大直径部分，该大直径部分布置在气缸体主体中的布置区域中，以允许形成在中空圆柱形部分和缸膛之间的间隙用作水套，并且搅拌摩擦焊接所述气缸体主体的衬垫表面和大直径部分以将水通道设置在至少大直径部分中。通过将水通道设置在气缸套的大直径部分中，水套和水通道可容易地保持彼此连通。

[0064] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种通过搅拌摩擦焊接具有缸膛的气缸体主体和插入该缸膛中的气缸套而制造气缸体的方法，该方法包括步骤：

[0065] 从气缸套的内周壁将转动的搅拌摩擦焊工具嵌入该气缸套中，直到搅拌摩擦焊工具到达缸膛的内周壁；

[0066] 移动搅拌摩擦焊工具，以通过摩擦热软化气缸套的材料和气缸体主体的材料，并通过搅拌摩擦焊工具搅拌这些材料，从而使气缸套和气缸体主体彼此接合；以及[0067] 在气缸套和气缸体主体彼此接合之后，移除搅拌摩擦焊工具；

[0068] 其中，在装配在插入缸膛中的活塞的圆周侧壁上的活塞环的下止点下方的位置处，从气缸套移除搅拌摩擦焊工具。

[0069] 在其中引入并点燃燃料汽油混合物的腔室的下方的位置处，移除搅拌摩擦焊工具。因此，当内燃机操作时，防止了该混合物进入移除孔中。因此，保持了混合比，从而内燃机可以其预定性能操作。

[0070] 优选地，在活塞裙的下止点下方的位置处，从气缸套移除搅拌摩擦焊工具。更容易地防止混合物进入移除孔中。

[0071] 优选地，该方法还包括一步骤，即，搅拌摩擦焊接气缸体主体的衬垫表面和气缸套在该衬垫表面处的端面。由于增加了气缸体主体和气缸套彼此接合的强度，因此进一步增加了气缸体的刚性。

[0072] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种通过搅拌摩擦焊接具有缸膛的气缸体主体和插入该缸膛中的气缸套而制造气缸体的方法，该缸膛具有径向凹入台阶部和安装在衬垫表面上的搅拌摩擦焊工具移除元件，该方法包括步骤：

[0073] 从气缸套的内周壁将转动的搅拌摩擦焊工具嵌入该气缸套中，直到搅拌摩擦焊工具到达缸膛的内周壁；

[0074] 移动搅拌摩擦焊工具，以通过摩擦热软化气缸套的材料和气缸体主体的材料，并通过搅拌摩擦焊工具搅拌这些材料，从而使气缸套和气缸体主体彼此接合；以及[0075] 在气缸套和气缸体主体彼此接合之后，移除搅拌摩擦焊工具；

[0076] 其中，在搅拌摩擦焊工具从气缸套的内周壁运动到搅拌摩擦焊工具移除元件之后，从搅拌摩擦焊工具移除元件移除搅拌摩擦焊工具。

[0077] 因为从搅拌摩擦焊工具移除元件移除了搅拌摩擦焊工具，所以在作为最终产品的气缸体中不存在移除孔。因此，气缸体具有良好的外观。由于在气缸体中不存在移除孔，因此气缸体具有良好的机械强度和刚性。

[0078] 另外，由于不需要填充物来填充移除孔，因此降低了成本。

[0079] 当气缸套插入缸膛中时，气缸套的一端部可从缸膛伸出。该伸出端的外周壁可保持抵靠搅拌摩擦焊工具移除元件的内壁。

[0080] 在气缸套和气缸体主体彼此接合之后，将搅拌摩擦焊工具运动到伸出端，并通过该端部从搅拌摩擦焊工具移除元件移除。然后，从其移除了搅拌摩擦焊工具的端部通过衬垫表面与气缸套的上端面在位置上对齐。因此，气缸体不具有移除孔，并且具有良好的外观、机械强度和刚性。

[0081] 优选地，该方法还包括搅拌摩擦焊接气缸体主体的衬垫表面和气缸套在该衬垫表面处的端面。由于增加了气缸体主体和气缸套彼此接合的强度，因此进一步增加了气缸体的刚性。

[0082] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种制造用于顶闭式气缸体的气缸套的方法，该气缸套具有中空圆柱形元件和与该中空圆柱形元件的外周壁接合的关闭元件，其中，当气缸套插入限定于气缸体主体的缸膛中时，该关闭元件关闭在气缸体主体中衬垫表面处的水套的开口，该方法包括步骤：

[0083] 使用一夹具，该夹具具有中空圆柱形元件可插入到其中的第一插入单元和关闭元件可插入其中的第二插入单元，将中空圆柱形元件插入到该第一插入单元中，并将关闭元件插入该第二插入单元中；以及

[0084] 通过搅拌摩擦焊接接合中空圆柱形元件和关闭元件。

[0085] 可通过利用搅拌摩擦焊接使中空圆柱形元件和关闭元件彼此接合的简单过程，而容易地制造用于顶闭式气缸体的气缸套。

[0086] 优选地，中空圆柱形元件在其外周壁上具有支撑台阶部，在将中空圆柱形元件插入到夹具的第一插入单元中时该支撑台阶部暴露，关闭元件布置在该支撑台阶部上，并且搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件。因此，当搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件时，关闭元件由支撑台阶部刚性地支撑，以允许中空圆柱形元件和关闭元件可靠地接合。

[0087] 根据本发明的另一实施例，还提供了一种制造顶闭式气缸体的方法，该气缸体具有气缸体主体、插入到限定于该气缸体主体的缸膛中的中空圆柱形元件、设置在气缸体主体和中空圆柱形元件之间的水套、以及关闭在气缸体主体的衬垫表面处水套的端部的关闭元件，该方法包括步骤：

[0088] 通过搅拌摩擦焊使中空圆柱形元件和关闭元件彼此接合；和

[0089] 通过搅拌摩擦焊使气缸体主体和关闭元件彼此接合。

[0090] 在该实施例中，气缸体主体和中空圆柱形元件通过关闭元件彼此接合。因此，设置在气缸体主体和中空圆柱形元件之间的水套的在衬垫表面处的开口通过该关闭元件关闭，并且气缸体主体和关闭元件、以及中空圆柱形元件和关闭元件可通过搅拌摩擦焊容易地接合。

[0091] 可减小在缸膛之间的壁厚，并且可采用HPDC工艺制成具有小壁厚的气缸体。因此，可制造尺寸小且重量轻的顶闭式气缸体。

[0092] 可通过使用具有中空圆柱形元件可插入其中的第一插入单元和关闭元件可插入其中的第二插入单元的夹具，搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件。

[0093] 具体地，将中空圆柱形元件插入到该第一插入单元中，关闭元件插入到该第二插入单元中，之后关闭元件的内周边缘和中空圆柱形元件的外周壁的上端通过搅拌摩擦焊接合。在将关闭元件与其接合的中空圆柱形元件插入到气缸体主体的缸膛中之后，搅拌摩擦焊接气缸体主体和关闭元件。

[0094] 优选地，中空圆柱形元件在其外周壁上具有支撑台阶部，在将中空圆柱形元件插入到夹具的第一插入单元中时该支撑台阶部暴露。当将关闭元件布置在该支撑台阶部上，并且搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件时，由于关闭元件由支撑台阶部牢固地支撑，因此中空圆柱形元件和关闭元件可靠地接合。

[0095] 或者，气缸体主体和中空圆柱形元件的外周壁中的至少一个可具有支撑台阶部，关闭元件可布置在该支撑台阶部上，可搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件，并且可搅拌摩擦焊接气缸体主体和关闭元件。

[0096] 可首先搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件，或者可首先搅拌摩擦焊接气缸体主体和关闭元件。

[0097] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种制造用于顶闭式气缸体的气缸套的方法，该气缸套具有中空圆柱形元件和与该中空圆柱形元件的外周壁接合的关闭元件，其中当将气缸套插入限定于气缸体主体的缸膛中时，关闭元件关闭气缸体主体中的水套在衬垫表面处的开口，该方法包括步骤：

[0098] 使用具有第一插入单元、第二插入单元和第三插入单元的夹具，将中空圆柱形元件插入该第一插入单元中，将关闭元件插入该第二插入单元中，将搅拌摩擦焊工具移除元件插入到该第三插入单元中，之后通过搅拌摩擦焊使中空圆柱形元件和关闭元件接合；以及

[0099] 在搅拌摩擦焊完成之后，从搅拌摩擦焊工具移除元件移除搅拌摩擦焊工具。

[0100] 在该实施例中，可通过利用搅拌摩擦焊使关闭元件和中空圆柱形元件彼此接合的简单过程，而容易地制造用于顶闭式气缸体的气缸套。

[0101] 由于所述夹具具有第三插入单元，且在搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件之后，从插入在第三插入单元中的搅拌摩擦焊工具移除元件移除搅拌摩擦焊工具，因此可制成没有移除孔(在移除搅拌摩擦焊工具时会形成该移除孔)的用于顶闭式气缸体的气缸套。没有移除孔的用于顶闭式气缸体的气缸套表现出良好的刚性。

[0102] 中空圆柱形元件在其外周壁上具有支撑台阶部，在将中空圆柱形元件插入到夹具的第一插入单元中时该支撑台阶部暴露，关闭元件可布置在该支撑台阶部上，并且搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件。当搅拌摩擦焊接中空圆柱形元件和关闭元件时，由于关闭元件由该支撑台阶部牢固地支撑，因此气缸套和关闭元件可靠地接合。

[0103] 如果要制造用于多缸顶闭式气缸体的气缸套，则可提前接合多个中空圆柱形元件。

[0104] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种制造顶闭式气缸体的方法，其中在气缸体主体和气缸套之间的间隙中形成水套，并且关闭该水套在衬垫表面处的端部，该方法包括步骤：

[0105] 制成具有缸膛的气缸体主体，该缸膛具有径向凹入台阶部和用于在其上布置气缸套的端面的布置区域；

[0106] 将气缸套插入缸膛中，将气缸套的端面布置在所述布置区域上，并且在气缸套的外周壁和台阶部之间形成水套；以及

[0107] 搅拌摩擦焊接气缸套和缸膛的内周壁，以制成气缸体。

[0108] 具体地，气缸套插入其中的缸膛具有该台阶部，该台阶部的直径同心地增加，并且在该台阶部和气缸套之间的间隙用作水套。由于不必如传统的气缸体一样在气缸体主体中设置空间以用作水套，因此气缸体主体不需要这样的区域，即，当铸造气缸体主体时气缸套会插入该区域中。

[0109] 大大地减少了气缸套和气缸体主体的切除量。结果，降低了顶闭式气缸体的材料成本并因此降低了其制造成本。

[0110] 另外，根据本发明，不必在气缸体主体中设置将用作水套的空间。因此，可制成具有小壁厚且重量轻的顶闭式气缸体。

[0111] 此外，由于气缸体主体和气缸套通过搅拌摩擦焊接合，因此它们彼此牢固地接合，即使它们由不同的材料制成也是如此。结果，所制成的顶闭式气缸体具有良好的机械强度和刚性。

[0112] 优选地，插入缸膛中的气缸套在气缸体主体的衬垫表面处的端面和该衬垫表面应优选地进行搅拌摩擦焊。由于增加了气缸体主体和气缸套彼此接合的强度，因此进一步增加了顶闭式气缸体的刚性。

[0113] 如果顶闭式气缸体为多缸的气缸体，则气缸套优选地在其外周面上具有平面，并且在缸膛中相邻的气缸套优选地通过该平面保持为彼此抵靠。由于减少了在相邻气缸套之间的距离，因此可制成具有更小壁厚且重量更轻的顶闭式气缸体。

[0114] 可在该平面中形成从气缸套径向凹入且用作水套的凹口。通过这种结构，可增加顶闭式气缸体的冷却效率，而不必增加在相邻气缸套之间的距离，即不必增加壁厚。

附图说明

[0115] 图1是根据本发明第一实施例的具有气缸套的气缸体的垂直剖视图；

[0116] 图2是图1中所示的气缸体从其衬垫表面看时的平面图；

[0117] 图3是图1中所示的气缸体的气缸体主体的垂直剖视图；

[0118] 图4是图3中所示的气缸体主体从其衬垫表面看时的平面图；

[0119] 图5是根据该第一实施例的气缸套的立体图；

[0120] 图6是沿着图5的线VI-VI剖取的剖视图；

[0121] 图7是局部垂直剖视图，表示其中图5中所示的气缸套的外周壁搅拌摩擦焊接在缸膛的内周壁上的方式；

[0122] 图8是局部垂直剖视图，表示其中搅拌摩擦焊工具的探针移离连通孔的内周壁的方式；

[0123] 图9是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动的方向，以接合大直径部分和气缸体主体；

[0124] 图10是局部放大垂直剖视图，表示其中大直径部分和气缸体主体彼此搅拌摩擦焊接的方式；

[0125] 图11是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动的方向，以使大直径部分彼此接合；

[0126] 图12是具有另一形状的气缸套的垂直剖视图；

[0127] 图13是具有图12中所示气缸套的气缸体的垂直剖视图；

[0128] 图14是局部放大垂直剖视图，表示其中在图13所示的气缸体中大直径部分和气缸体主体彼此搅拌摩擦焊接的方式；

[0129] 图15是局部垂直剖视图，表示其中没有直径减小部分的气缸套的外周壁搅拌摩擦焊接在缸膛的内周壁上的方式；

[0130] 图16是部分剖切的立体图，表示在气缸套中的移除孔和位于下止点的活塞裙部之间的位置关系，搅拌摩擦焊工具的探针从该移除孔移除；

[0131] 图17是部分剖切的立体图，表示在气缸套中的移除孔和位于下止点的活塞环之间的位置关系，搅拌摩擦焊工具的探针从该移除孔移除；

[0132] 图18是具有另一形状的气缸套的垂直剖视图；

[0133] 图19是具有又一形状的气缸套的垂直剖视图；

[0134] 图20是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动的方向，以使大直径部分与气缸体主体接合；

[0135] 图21是沿着图20的线XXI-XXI剖取的剖视图；

[0136] 图22是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，当搅拌摩擦焊接气缸体主体和气缸套时制成该气缸体；

[0137] 图23是图22中所示气缸体的局部放大垂直剖视图；

[0138] 图24是局部放大垂直剖视图，表示其中从大直径部分和衬垫表面之间的接合处移除搅拌摩擦焊工具的方式；

[0139] 图25是局部放大垂直剖视图，表示由图24中所示的移除孔形成的弯曲的水通道；

[0140] 图26是通过根据本发明第二实施例的制造方法制成的气缸体的分解剖视图；

[0141] 图27是垂直剖视图，表示其中将气缸套插入到气缸体主体中的连通孔中以及嵌入搅拌摩擦焊工具的探针的方式；

[0142] 图28是局部放大垂直剖视图，表示其中在进行搅拌摩擦焊过程之后，将搅拌摩擦焊工具移动到搅拌摩擦焊工具移除元件的方式；

[0143] 图29是局部放大垂直剖视图，表示其中搅拌摩擦焊接气缸体主体的衬垫表面和靠近该衬垫表面的气缸套的端部的方式；

[0144] 图30是局部放大垂直剖视图，表示其中在进行搅拌摩擦焊过程之后，将搅拌摩擦焊工具移动到从一孔伸出并由搅拌摩擦焊工具移除元件包围的端部的方式；

[0145] 图31是局部放大垂直剖视图，表示其中在通过所述端部从搅拌摩擦焊工具移除元件移除搅拌摩擦焊工具之后，切除该端部的方式；

[0146] 图32是对其执行根据本发明第二实施例的搅拌摩擦焊方法的气缸套的立体图；

[0147] 图33是对其执行根据本发明第二实施例的搅拌摩擦焊方法的关闭元件的立体图；

[0148] 图34是用于搅拌摩擦焊接气缸套和关闭元件的夹具的立体图；

[0149] 图35是垂直剖视图，表示其中使用图34所示的夹具通过搅拌摩擦焊接接合气缸套和关闭元件的方式；

[0150] 图36是当气缸套和关闭元件接合在一起时制成的接合套组件的立体图；

[0151] 图37是表示将图36中所示的接合套组件插入气缸体主体的连通孔中的方式的立体图；

[0152] 图38是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动以使关闭元件的外边缘与气缸体主体接合的方向；

[0153] 图39是局部放大垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接关闭元件和气缸体主体的方式；

[0154] 图40是垂直剖视图，表示其中使用图5中所示的夹具来搅拌摩擦焊接气缸套和关闭元件以制造具有另一形状的气缸体的方式；

[0155] 图41是对其执行根据本发明第二实施例的搅拌摩擦焊方法的气缸套的立体图；

[0156] 图42是局部放大垂直剖视图，表示其中使用图34所示的夹具通过搅拌摩擦焊接来接合气缸套和关闭元件的方式；

[0157] 图43是具有搅拌摩擦焊工具移除元件的夹具的立体图；

[0158] 图44是垂直剖视图，表示其中使用图43所示的夹具通过搅拌摩擦焊接来接合气缸套和关闭元件的方式；

[0159] 图45是具有多个搅拌摩擦焊工具移除元件的夹具的立体图；

[0160] 图46是局部放大垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接气缸套和关闭元件的方式；

[0161] 图47是局部放大垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接气缸套和关闭元件的方式；

[0162] 图48是局部放大垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接气缸套和关闭元件的方式；

[0163] 图49是包括三个环形元件的关闭元件的立体图；

[0164] 图50是三个气缸套的线性接合组件的立体图；

[0165] 图51是顶闭式气缸体的气缸体主体的立体图；

[0166] 图52是顶闭式气缸体的气缸套的立体图；

[0167] 图53是插入在气缸体主体中的孔中的气缸套的垂直剖视图；

[0168] 图54是垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接工具的探针嵌入气缸套中的方式；

[0169] 图55是局部放大垂直剖视图，表示搅拌摩擦焊接气缸体主体的衬垫表面和靠近该衬垫表面的气缸套的端部的方式；

[0170] 图56是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动以使靠近衬垫表面的气缸套的端面与气缸体主体(衬垫表面)接合的方向；

[0171] 图57是从衬垫表面看时的气缸体主体的平面图，表示其中搅拌摩擦焊工具移动以使靠近衬垫表面的气缸套的端面彼此接合的方向；以及

[0172] 图58是通用的多缸顶闭式气缸体的垂直剖视图。

具体实施方式

[0173] 下面将参照附图相对于当气缸套接合到气缸体主体时制成的顶闭式气缸体以及用于将气缸套接合在气缸体主体上的搅拌摩擦焊方法，来详细地描述根据本发明的气缸套的优选实施例。

[0174] 首先，下面将描述第一实施例。

[0175] 图1是根据该第一实施例的气缸体10的垂直剖视图，而图2是从作为其上端面的衬垫表面12看时气缸体10的平面图。气缸体10包括：由铝制成并具有连通孔(缸膛)16的气缸体主体18，该连通孔16包括第一环形凹口13和第二环形凹口14；气缸套20a至20c，它们插入在连通孔16中并接合在气缸体主体18上；以及水套22，向其供应用于冷却气缸套20a至20c的冷却剂。在图2中，附图标记24a至24h表示用于螺栓(其用于使气缸体10与其它部件结合以构成内燃机)从中通过的双头螺栓孔。

[0176] 如图1所示，朝向衬垫表面12伸出的壁26a、26b接合在连通孔16的内周壁上。连通孔16的内周壁和壁26a、26b具有环形台阶部28a至28c，并且气缸套20a至20c具有布置在该环形台阶部28a至28c上的相应下端。气缸套20a至20c通过它们布置在环形台阶部28a至28c上相应的下端而被支撑在适当的位置。

[0177] 在气缸体主体18的衬垫表面12处的连通孔16的开口具有三个环形台阶部形状的凹口30，这三个台阶部在它们的外周边缘处连续连接。

[0178] 气缸套20a至20c由基于高含量硅的铝制成，并且分别具有相应的中空圆柱形部分34a至34c、以及设置在中空圆柱形部分34a至34c的上端上的相应大直径部分36a至36c。气缸套20a至20c具有分别布置在环形台阶部28a至28c上的相应下端。如稍后所述，中空圆柱形部分34a至34c接合在第一环形凹口13的内周壁上。

[0179] 如图1所示，大直径部分36a至36c设置在凹口30中，从而通过大直径部分36a至36c关闭在衬垫表面12处水套22的端部。因此，气缸体10为顶闭式气缸体。

[0180] 气缸套20a至20c的大直径部分36a至36c的圆周侧壁在它们的下部被部分除去，以提供相应的环形台阶部38a至38c。环形台阶部38a至38c的相应圆周侧壁保持抵靠着连通孔16的第二环形凹口14的内周壁。

[0181] 气缸套20b的大直径部分36b被线性地部分除去，以暴露环形台阶部38b。气缸套20a、20c的大直径部分36a、36c布置在暴露的环形台阶部38b上。同时，环形台阶部38a、
38c也被线性地部分除去，以避免在环形台阶部38a、38c与环形台阶部38b之间发生干涉。

[0182] 气缸套20a至20c的中空圆柱形部分34a至34c的相应外周壁接合在第一环形凹口13的内周壁和壁26a、26b上。布置在凹口30中的气缸套20a至20c的大直径部分36a至36c具有接合在气缸体主体18的衬垫表面12上的外边缘。气缸套20b的大直径部分36b接合到布置在大直径部分36b的环形台阶部38b上的气缸套20a、20c的大直径部分36a、36c上。上述的壁和大直径部分通过搅拌摩擦焊接而接合，如稍后所述。

[0183] 在图1和图2中，气缸体主体18和气缸套20a至20c的大直径部分36a至36c显示为用分界线清楚地分开。然而实际上，这些元件18、36a至36c通过搅拌摩擦焊接无缝接合。因此，元件18、36a至36c一体接合，在它们之间没有可见的分界线。这在该说明书中都适用。

[0184] 气缸体10可如下所述制造。

[0185] 首先，通过铸造过程来铸造图3和图4中所示的气缸体主体18。气缸体主体18具有保持彼此连通的连通孔16和水套22，连通孔16具有第一环形凹口13和第二环形凹口14，且壁26a、26b伸入连通孔16中。连通孔16的内周壁以及壁26a、26b具有环形台阶部
28a至28c，并且在衬垫表面12处连通孔16的开口具有凹口30。

[0186] 如从图4可以看出，在刚铸造气缸体主体18之后，在气缸体主体18中没有设置双头螺栓孔24a至24h。

[0187] 如在图5和图6中所示，制造气缸套20a至20c。气缸套20a至20c具有中空圆柱形部分34a至34c，每个中空圆柱形部分都具有由在下端附近的锥形直径减小的内周壁提供的直径减小部分44，以及在中空圆柱形部分34a至34c的一端上的大直径部分36a至36c。直径减小部分44具有锥形表面46，该锥形表面的直径沿着气缸套20a至20c的内周壁在远离大直径部分36a至36c的方向上逐渐减小。

[0188] 可以通过已知工艺(例如，挤压模铸工艺、铸造工艺等)来制造这样成形的气缸套20a至20c。

[0189] 通过机加工过程沿周向切除大直径部分36a至36c的圆周侧壁的下部，以在大直径部分36a至36c的下方设置环形台阶部38a至38c。之后，部分线性地除去大直径部分36b，以暴露环形台阶部38b。同样部分线性地除去环形台阶部38a、38c。

[0190] 然后，将气缸套20a至20c插入气缸体主体18中的连通孔16中。插入的气缸套20a至20c将它们的相应下端布置在环形台阶部28a至28c上，并且它们的大直径部分36a至36c布置在凹口30中，使大直径部分36b布置在环形台阶部38b上。由于部分除去了环形台阶部38a、38c，因此环形台阶部38a、38c不会与环形台阶部38b发生干涉。环形台阶部
38a至38c的圆周侧壁保持抵靠着第二环形凹口14的内周壁。

[0191] 由于气缸套20a至20c插入连通孔16中，因此在第二环形凹口14的内周壁与气缸套20a至20c之间形成间隙。该间隙与限定在气缸套20a、20b之间的间隙以及限定在气缸套20b、20c之间的间隙连通，从而提供水套22。

[0192] 因此根据该第一实施例，当将气缸套20a至20c插入到连通孔16中时形成了水套22。因此，不必在气缸体主体18中与连通孔16分离地设置水套。

[0193] 因此，自崩型芯不必布置在用于铸造气缸体主体18的铸模的型腔中。根据该实施例，除去了制造自崩型芯的任何耗时过程，并且省却了自崩型芯的制造成本。因此减少了气缸体10的制造成本。

[0194] 然后，连通孔16的内周壁与壁26a、26b以及气缸套20a至20c的外周壁通过搅拌摩擦焊接而彼此接合。

[0195] 如图7中所示，搅拌摩擦焊工具50包括圆柱形转动件52和探针54，该探针的直径小于转动件52的直径并具有圆锥形尖端。搅拌摩擦焊工具50相对于气缸套20a的纵向轴线倾斜地插入气缸套20a中，直到探针54抵靠锥形表面46。

[0196] 然后，使转动件52转动以使得探针54抵靠锥形表面46滑动，从而产生摩擦热以软化锥形表面46的被探针54接触的区域。结果，探针54的尖端到达这样的区域，其中气缸套20a抵靠着连通孔16的内周壁。在该区域中，气缸套20a的外周壁与连通孔16的内周壁通过摩擦热而被软化。

[0197] 当搅拌摩擦焊工具50沿着锥形表面46转动时，软化的材料被探针54搅拌并塑性流动。然后，软化的材料在从其移除探针54时结合为固态。在搅拌摩擦焊工具50转动时连续重复上述现象，直到气缸套20a的外周壁与第一环形凹口13的内周壁或者壁26a彼此一体接合。

[0198] 之后，如图8所示，探针54移离第一环形凹口13的内周壁，然后从直径减小部分44移除搅拌摩擦焊工具50。当从直径减小部分44移除搅拌摩擦焊工具50时，其在直径减小部分44中留有移除孔。

[0199] 在其余的气缸套20b、20c上进行如上所述相同的过程。

[0200] 设置在每个气缸套20a至20c的内周壁上的直径减小部分44允许搅拌摩擦焊工具50的探针54抵靠直径减小部分44的锥形表面46。因此，可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0201] 然后，气缸套20a至20c的大直径部分36a至36c以及气缸体主体18的衬垫表面12也通过搅拌摩擦焊接而彼此接合。具体地，使搅拌摩擦焊工具50的转动件52转动，以使探针54与大直径部分36a至36c和衬垫表面12保持滑动接触，从而搅拌摩擦焊接大直径部分36a至36c的材料和气缸体主体18的材料。此时，搅拌摩擦焊工具50沿着由图9中的箭头A所示的方向移动，以使大直径部分36a至36c与衬垫表面12(气缸体主体18)彼此接合。

[0202] 如图10中以放大的比例所示，大直径部分36a至36c通过布置在凹口30中而被刚性地支撑。由于环形台阶部38a至38c的圆周侧壁保持抵靠连通孔16的内周壁，因此大直径部分36a至36c由于环形台阶部38a至38c的楔作用而不易于从气缸体主体18移除。因此，在无需用于防止气缸体主体18和大直径部分36a至36c彼此分离的夹具的情况下，可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0203] 由于没有软化关闭水套22的大直径部分36a至36c，因此没有软化材料流入水套22中。

[0204] 然后，将大直径部分36a、36b彼此搅拌摩擦焊接，并且将大直径部分36b、36c彼此搅拌摩擦焊接。此时，搅拌摩擦焊工具50沿着由图11中的箭头B、C所示的方向移动。由于将气缸套20a、20c的大直径部分36a、36b布置在气缸套20b的环形台阶部38b上，因此也可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0205] 通过上述操作，气缸套20a至20c和气缸体主体18彼此一体接合，并且气缸套20a至20c也彼此一体接合。

[0206] 然后，除去气缸套20a至20c的直径减小部分44。具体地，气缸套20a至20c的内周表面通过钻头等研磨，从而使直径相等。这样活塞可在气缸套20a至20c中往复运动。

[0207] 当除去直径减小部分44时，也除去了直径减小部分44的包括移除孔的区域，探针54从该移除孔移除。因此，在中空圆柱形部分34a至34c的内周壁中不存在移除孔。

[0208] 当气缸套20a至20c和气缸体主体18被彼此搅拌摩擦焊接并且气缸套20a至20c也被彼此搅拌摩擦焊接时，元件18、20a至20c彼此一体接合。这样构成的气缸体10具有良好的刚性。

[0209] 搅拌摩擦焊过程允许元件相对容易地彼此接合，即使这些元件由难于焊接的材料制成也是如此。例如，即使气缸体主体18由HPDC制成，气缸套20a至20c也可容易地接合在气缸体主体18上。因此，可构造具有较少壁厚的气缸体10。

[0210] 可以将当移除探针54时形成的移除孔加工成双头螺栓孔24a至24h中的任一个。例如，可以将在使大直径部分36a至36c和气缸体主体18彼此搅拌摩擦焊接之后制成的移除孔Y1(见图9)加工成双头螺栓孔24e(见图2)。可以将在使大直径部分36a、36b彼此搅拌摩擦焊接之后制成的移除孔Y2(见图11)加工成双头螺栓孔24f(见图2)，并且可以将在使大直径部分36b、36c彼此搅拌摩擦焊接之后制成的移除孔Y3(见图11)加工成双头螺栓孔24g(见图2)。以这种方式，可防止存在在移除探针54之后制成的移除孔。

[0211] 可以形成用于其它应用中的孔，而不是双头螺栓孔。例如，这种孔可以是油孔、用于使定位夹具(其用于在加工气缸体10时定位气缸体10)从中通过的定位销孔、或者用于使销(其用于使得气缸体10与气缸盖定位对齐)从中通过的定缝销钉孔。当然，可以形成既用作双头螺栓孔又用作定缝销钉孔的孔。

[0212] 对于气缸体10，如从图1可以看出，在环形凹口28和气缸套20a至20c之间的间隙以及在相邻气缸套20a至20c之间的间隙用作水套22。因此，流经水套22的冷却剂保持与气缸套20a至20c直接接触。

[0213] 换言之，不必在通用的顶闭式气缸体1(见图58)中的气缸体主体5中设置成为一空间的水套2。由于减小了气缸体主体18的壁厚，因此可减小气缸体10的容积。因此，可减小气缸体10的尺寸和容积。

[0214] 由于流经水套22的冷却剂保持与气缸套20a至20c直接接触，因此可有效地冷却气缸套20a至20c。当包括气缸体10的内燃机操作时，防止了气缸套20a至20c的温度因由内燃机产生的热而过度升高。

[0215] 因为气缸套20a至20c由高度耐磨的基于高含量硅的铝制成，所以气缸体10是耐用的。由于气缸体主体18由廉价铝制成，因此不会增加气缸体10的制造成本。

[0216] 在本实施例中，气缸套20a至20c具有环形台阶部38a至38c，并且气缸套20b的环形台阶部38b部分暴露。然而，如图12所示，气缸套20a至20c可仅具有大直径部分36a至36c以及直径减小部分44。在这种情况下，如图13所示，大直径部分36a至36c的圆周侧壁可保持彼此抵靠。在图13中，气缸套20a至20c的直径减小部分44已经被除去。如图14中以放大的比例所示，由于大直径部分36a至36c被布置并支撑在气缸体主体18中的凹口30中，因此可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0217] 如图15所示，气缸套20a至20c可仅具有大直径部分36a至36c和环形台阶部38a至38c。在这种情况下，可使用搅拌摩擦焊工具66，其包括第一转动件60、安装在该第一转动件60的圆周侧壁上并可独立于该第一转动件60转动的第二转动件62、以及安装在该第二转动件62的远端上的探针64。当第一转动件60和第二转动件62同时转动时，气缸套20a至20c的外周壁和连通孔16的内周壁彼此接合。气缸套20a至20c可构造成没有环形台阶部38a至38c。

[0218] 在这种情况下，探针64保持抵靠着气缸套内周壁的、在活塞80的裙部82的下止点下方的区域处，如图16所示，之后使第一转动件60(见图15)转动以使气缸套20a至20c的外周壁与连通孔16的内周壁彼此接合。

[0219] 在搅拌摩擦焊过程之后，从气缸套的内周壁移除探针64，从而在该内周壁中留有移除孔Z1(见图16)。

[0220] 将这样制造的气缸体与特定元件(例如，图16中所示的活塞80)结合，以提供内燃机(未示出)。分别插入气缸套20a至20c中的每个活塞80在其下端均具有裙部82，该裙部82与它的其它部分相比稍长。活塞80还具有限定在其圆周侧壁中的销孔84，以及装配在活塞80的销孔84上方的部分上的三个活塞环86a至86c。在图16中，显示出活塞80位于下止点。

[0221] 当该内燃机操作时，将空气燃料混合物引入腔室88中，该腔室形成在位于下止点处的活塞80的上端面与各气缸套20a至20c的内周表面之间。活塞80上升以压缩空气燃料混合物，之后点燃该空气燃料混合物。该空气燃料混合物膨胀，以降低活塞80。因此，活塞80在相应的气缸套20a至20c中垂直地往复运动，并且活塞80的裙部82与气缸套20a至20c的内周壁保持滑动接触。

[0222] 如图16所示，即使在活塞80的裙部82定位在下止点处时，移除孔Z1也定位在该下止点的下方。通过装配在活塞80的圆周壁上的活塞环86a至86c防止了空气燃料混合物从腔室88泄漏。因此，空气燃料混合物并不会进入移除孔Z1中。

[0223] 由于在活塞80的裙部82的下止点下方移除搅拌摩擦焊工具66的探针64，因此尽管留有移除孔Z1，也防止了空气燃料混合物进入移除孔Z1中。由于腔室88中的空气燃料比例被保持在合适的范围内，因此内燃机可以以其预定的性能操作。

[0224] 只要探针64处于最下部活塞环86a的下止点的下方，就可以从在裙部82的下止点上方的位置处将其移除。在这种情况下，如图17所示，裙部82可与气缸套的没有移除孔Z2的部分保持滑动接触。为了防止在气缸套20a至20c的内周壁上的空间与水套22彼此连通，搅拌摩擦焊接气缸套20a至20c的外周壁与第一环形凹口13。通过第一环形凹口13和气缸套20a至20c移除探针54。

[0225] 大直径部分36a至36c并不必须设置在气缸套20a至20c的远端上。如图18所示，例如，大直径部分36a至36c可以从所述远端稍微朝向直径减小部分44移动。在这种情况下，不必设置直径减小部分44。

[0226] 如图19所示，气缸套20a至20c可仅具有直径减小部分44。在这种情况下，可制造顶开式气缸体，其中在衬垫表面12处水套22的端部没有被关闭。在将气缸套20a至20c搅拌摩擦焊接到气缸体主体18之后，移除直径减小部分44。

[0227] 探针54从其移除的移除孔可用作与水套22相连的水通道。

[0228] 具体地，如上所述，在将气缸套20a至20c插入到气缸体主体18中的连通孔16中之后，气缸套20a至20c的中空圆柱形部分34a至34c的外周壁通过直径减小部分44一体接合在连通孔16的内周壁上(见图7)。

[0229] 然后，使气缸套20a至20c的大直径部分36a至36c与气缸体主体18的衬垫表面12彼此搅拌摩擦焊接。此时，搅拌摩擦焊工具50的探针54沿着大直径部分36a与衬垫表面12彼此抵靠的区域、大直径部分36a、36b彼此抵靠的区域、大直径部分36b与衬垫表面
12彼此抵靠的区域、大直径部分36b、36c彼此抵靠的区域、大直径部分36c与衬垫表面12彼此抵靠的区域、大直径部分36c、36b彼此抵靠的区域、大直径部分36b与衬垫表面12彼此抵靠的区域、大直径部分36b、36a彼此抵靠的区域、以及大直径部分36a与衬垫表面12彼此抵靠的区域，在由图20中的箭头A所示的方向上移动。由于如此移动探针54，因此大直径部分36a至36c的材料以及气缸体主体18的衬垫表面12的材料通过摩擦热而被软化，并通过探针54搅拌。结果，这些材料结合为固态，使气缸套20a至20c和气缸体主体18彼此一体接合并同时使气缸套20a至20c彼此一体接合。

[0230] 之后，如图20和图21所示，从大直径部分36a的其中待形成水通道的区域移除探针54，以在气缸体主体18中留有移除孔Y1。

[0231] 之后，移除孔Y1通过加工过程被扩展并加工成如图22所示的水通道90a。移除孔Y1并没有按原状留在气缸体10中。然后，在大直径部分36a至36c中形成水通道90b至90f。如从图23可以看出，水通道90a至90f与水套22连通。

[0232] 由于形成在大直径部分36a中的移除孔Y1被加工成水通道90a，因此提供了具有良好外观的气缸体10。由于移除孔Y1并没有按原状留在气缸体10中，因此气缸体10具有良好的机械强度和刚性。

[0233] 不需要使用填充物，无需局部地切除气缸体主体18和大直径部分36a至36c，并且气缸体主体18和大直径部分36a至36c不必预先具有较大尺寸。因此，减少了气缸体10的成本。

[0234] 在形成双头螺栓孔24a至24h和水通道90a至90j之后，如上所述除去气缸套20a至20c的直径减小部分44。气缸套20a至20c的内周面的直径相等(见图1)，以允许活塞在气缸套20a至20c中往复运动(见图16或图17)。当除去直径减小部分44时，也除去直径减小部分44的包括移除孔(从其移除探针54)的区域。因此，在中空圆柱形部分34a至34c的内周壁中未留有移除孔。

[0235] 当将气缸体10、气缸盖(未示出)等组合成为内燃机时，水通道90a至90j与气缸盖中的冷却剂通道连通。因此，流经冷却剂通道的冷却剂通过水通道90a至90j引入水套22中。

[0236] 如图24所示，可以从其中一个大直径部分36a至36c与衬垫表面12彼此接合处的区域移除探针54。在这种情况下，如图25所示，可提供从移除孔Y2开始的弯曲水通道90。

[0237] 下面将描述本发明的第二实施例，用于将具有中空圆柱形形状的气缸套搅拌摩擦焊接在气缸体主体上。

[0238] 图26是气缸体100的分解剖视图。气缸体100包括气缸体主体102和气缸套104。

[0239] 如从图26可以看出，气缸体主体102具有用于从中插过气缸套104的连通孔106，以及布置在连通孔106下方的环形台阶部108。连通孔106具有径向凹入的环形台阶部110。连通孔106和台阶部110布置成彼此同心。在图26中，附图标记112、114分别表示衬垫表面和轴颈。

[0240] 气缸体主体102可例如通过使用熔融铝的HPDC制成。不必在铸造模具中提供自崩型芯。

[0241] 气缸套104包括中空圆柱形主体，其通过已知工艺(例如，挤压模铸工艺、铸造工艺等)由基于高含量硅的铝制工件制成。

[0242] 按如下的方式搅拌摩擦焊接气缸体主体102和气缸套104。

[0243] 如图26所示，将气缸套104插入到气缸体主体102的连通孔106中。所插入的气缸套104具有布置在环形台阶部108上的下端。这样气缸套104就从下方被牢固地支撑。所插入的气缸套104的相对端具有与连通孔106的内周壁保持抵靠的相应外周壁。气缸套
104具有中间部分，该中间部分的外周壁与台阶部110间隔开，从而在其间提供一间隙作为水套116。

[0244] 因此，根据该第二实施例，当将气缸套114插入到连通孔106中时就形成了水套116。

[0245] 然后，如图27所示，将搅拌摩擦焊工具移除元件130布置在衬垫表面112处的气缸套104的端面以及衬垫表面112上，该元件所具有的弯曲表面以与气缸套104的内周壁相同的方式弯曲。搅拌摩擦焊工具移除元件130由铝制成。搅拌摩擦焊工具移除元件130通过夹具(未示出)被刚性地固定在适当的位置处。

[0246] 然后，连通孔106的内周壁和气缸套104的外周面通过搅拌摩擦焊接一体接合。

[0247] 如上所述，搅拌摩擦焊工具50包括圆柱形转动件52和探针54，该探针的直径小于转动件52的直径并具有圆锥形尖端。在本实施例中，将基本保持水平的搅拌摩擦焊工具50插入连通孔106中，直到探针54抵靠气缸套104的下端附近。

[0248] 然后，使转动件52转动以使得探针54抵靠气缸套104滑动，从而产生摩擦热以软化气缸套104的、与探针54接触的区域。探针54的尖端被嵌入软化区域中。

[0249] 嵌入的探针54经过气缸套104并最终到达连通孔106的内周壁，因此气缸套104的外周壁与连通孔106的内周壁被摩擦热软化。

[0250] 然后，搅拌摩擦焊工具50沿气缸套104的圆周方向转动。被软化的材料由探针54搅拌并塑性流动。然后，被软化的材料在探针54从其移除时结合为固态。在搅拌摩擦焊工具50转动时连续重复上述现象，直到气缸套104的外周壁与连通孔106的内周壁彼此一体接合。

[0251] 如图27所示，气缸套104通过被布置在环形台阶部108上而被刚性地支撑。因此，可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0252] 在搅拌摩擦焊工具50转动之后，暂时地从气缸套104移除探针54。

[0253] 此时，在气缸套104的内周壁中形成移除孔。与第一实施例一样，该移除孔定位在活塞80的下止点下方，或活塞环86a的下止点之下以及裙部82的下止点上方，并在未与裙部82保持滑动接触的区域中。因此，空气和汽油混合物没有进入移除孔中，从而不会严重地影响内燃机的输出功率。

[0254] 之后，将转动的探针54嵌入其中连通孔106的上内周壁与气缸套104的外周壁彼此抵靠的区域中，并且搅拌摩擦焊工具50沿气缸套104的圆周方向再次转动。当搅拌摩擦焊工具50转动时，气缸套104的外周壁与连通孔106的内周壁被探针54软化并搅拌，并塑性地流动直到它们最后彼此一体接合。这样就制成了由气缸体主体102和气缸套104(它们彼此一体地组合)构成的气缸体100。

[0255] 如从图27可以看出，气缸体100是所谓的顶闭式气缸体，其中在衬垫表面112处水套116的端部关闭。在已经彼此接合的气缸体主体102和气缸套104之间没有可视的分界线。

[0256] 在完成搅拌摩擦焊过程之后，搅拌摩擦焊工具50向上运动。如图28中以放大的比例所示，将探针54从气缸套104和气缸体主体102移除，并嵌入搅拌摩擦焊工具移除元件130中。

[0257] 之后，将探针54从搅拌摩擦焊工具移除元件130移除，从而在搅拌摩擦焊工具移除元件130中(而不是在气缸套104或气缸体主体102中)留有移除孔。

[0258] 通过这样将搅拌摩擦焊工具移除元件130布置在连通孔106的开口处并从搅拌摩擦焊工具移除元件130移除探针54，就制成了没有移除孔的气缸体100。因此气缸体100具有良好的外观。

[0259] 由于在气缸体100中未留有移除孔，因此气缸体100具有良好的机械强度和刚性。

[0260] 根据第二实施例，无需使用填充物，并且不必局部地切除气缸体主体102和气缸套104。因此，减少了气缸体100的成本。

[0261] 气缸体100的气缸体主体102因其由HPDC铸成而具有较小的壁厚。与第一实施例一样，在气缸体主体102的台阶部110和气缸套104之间的间隙用作水套116。因此，不必在通用的顶闭式气缸体1的气缸体主体5中提供作为一空间的水套2(见图58)。

[0262] 基于此，可减小气缸体主体102的壁厚，可减小气缸体100的容积。因此，可减小气缸体100的尺寸和容积。

[0263] 为了使气缸体100的衬垫表面112平坦，从夹具释放搅拌摩擦焊工具移除元件130并将其移除。之后，如图29所示，可通过搅拌摩擦焊接将气缸套104在衬垫表面112处的端部与衬垫表面112一体接合。因此可进一步增加气缸体100的刚性。

[0264] 如图30所示，气缸套104可具有从连通孔106伸出的端部104a。在这种情况下，可使用搅拌摩擦焊工具移除元件132，以支撑伸出端部104a的外周面。

[0265] 在进行搅拌摩擦焊过程之后，将搅拌摩擦焊工具50移到端部104a。如图30所示，将探针54从气缸体主体102移除，并嵌入端部104a和搅拌摩擦焊工具移除元件132中。

[0266] 之后，将探针54通过端部104a从搅拌摩擦焊工具移除元件132移除，以在搅拌摩擦焊工具移除元件132和端部104a(而不是在气缸体主体102)中留有移除孔。

[0267] 将从连通孔106伸出的端部104a切除并与搅拌摩擦焊工具移除元件132一起移除，如图31所示，从而使得气缸套104的上端与衬垫表面112彼此平齐。当移除伸出端部104a和搅拌摩擦焊工具移除元件132时，同时移除端部104a的其中形成移除孔的区域。因此，在所制成的气缸体100中未留有移除孔。

[0268] 通过这样使气缸套104的端部104a从连通孔106伸出并从包围端部104a的外周壁的搅拌摩擦焊工具移除元件132移除探针54，可制成没有移除孔的气缸体100。

[0269] 搅拌摩擦焊工具移除件并不限于与气缸体主体102分离的元件130、132，而可以是从气缸体主体102的衬垫表面112一体伸出的元件。在这种情况下，可在搅拌摩擦焊过程之后移除搅拌摩擦焊工具移除元件。

[0270] 搅拌摩擦焊工具移除件并不限于具有沿着气缸套104的圆周弯曲的弯曲表面的板形状，而可以是在衬垫表面112处覆盖气缸套104端面的环形形状或者包围气缸套104的从连通孔106伸出的端部104a的环形形状。

[0271] 搅拌摩擦焊工具移除元件130、132并不限于由铝制成，而可以由允许探针54在其中容易地运动的材料制成。

[0272] 根据第二实施例，可以按如下方式将中空圆柱形主体形式的气缸套接合在气缸体主体上。

[0273] 以与上述相同的方式使用熔融铝通过HPDC制造气缸体主体140(见图37)。制造图32中所示的气缸套105a至105c，它们具有由基于高含量硅的铝制成的中空圆柱形主体的形式，并且气缸套105a至105c的外周壁的上端通过图33中所示的关闭元件142线性地接合。如从图33可以看出，关闭元件142为三个环形元件的线性组件的形式。

[0274] 下面将描述一实施例，其中使用图34中所示的夹具150使气缸套105a至105c与关闭元件142彼此接合，并且使由关闭元件142线性接合的气缸套105a至105c接合到气缸体主体140上。

[0275] 夹具150为长方体形式，其具有通过除去夹具150的圆柱形式的材料而形成的第一插入单元152a至152c以及第二插入单元154，该第二插入单元布置成与第一插入单元152a至152c的开口成包围关系。如图34和35所示，气缸套105a至105c分别插入第一插入单元152a至152c中，并且关闭元件142插入第二插入单元154中。搅拌摩擦焊工具50然后操作以使气缸套105a至105c与关闭元件142彼此接合。

[0276] 具体地，搅拌摩擦焊工具50的探针54抵靠其中气缸套105a至105c与关闭元件142相互抵靠的区域中的任意期望的位置，然后使转动件52转动。当转动件52转动时，抵靠区域的材料塑性流动，以允许探针54嵌入该抵靠区域中。然后，搅拌摩擦焊工具50沿着该抵靠区域移动，于是搅拌摩擦焊接关闭元件142的材料和气缸体主体140的材料，从而接合关闭元件142的内周边缘与气缸套105a至105c的外周壁的上端。如图36所示，这样就制成了作为顶闭式气缸套的接合的套组件158。

[0277] 然后如图37所示，将接合的套组件158插入到气缸体主体140中的连通孔106中。将所插入的气缸套105a至105c的下端分别布置在环形台阶部108a至108c上，并且将关闭元件142布置在限定于气缸体主体140的衬垫表面112的凹口118中。

[0278] 由于将接合的套组件158插入连通孔106中，因此在第二环形凹口120和气缸套105a至105c的内周壁之间形成间隙。该间隙与在气缸套105a、105b之间形成的间隙以及在气缸套105b、105c之间形成的间隙连通，从而提供水套116。

[0279] 然后，对关闭元件142和气缸体主体140的衬垫表面112进行搅拌摩擦焊接。具体地，使搅拌摩擦焊工具50的转动件52(见图39)转动，并且将转动的探针54嵌入气缸体主体140上的任何期望位置中。

[0280] 然后，探针54在由图38中箭头A所示的方向上沿着关闭元件142和气缸体主体140的抵靠区域移动。当探针54这样移动时，关闭元件142的外周边缘的材料和气缸体主体140的衬垫表面112的材料被摩擦热软化，并由探针54搅拌。结果，这些材料结合为固态。

[0281] 此时，如在图39中以放大的比例所示，由于关闭元件142通过布置在凹口118中而被刚性地支撑，因此关闭元件142不会从气缸体主体140容易地分离。与第一实施例一样，可在无需用于防止气缸体主体140和关闭元件142彼此分离的夹紧夹具的情况下，容易地进行搅拌摩擦焊过程。另外，由于关闭元件142关闭水套116，因此防止了软化的材料流入水套116中。

[0282] 利用上述操作，气缸套105a至105c和气缸体主体140通过关闭元件142而彼此接合。

[0283] 最后，使在移除探针54时在衬垫表面112中形成的移除孔的直径增大，而后修整为具有预定尺寸精度的双头螺栓孔。

[0284] 这样就制成了顶闭式气缸体，其中水套116的在衬垫表面112处的端部通过布置在凹口118中的关闭元件142关闭。

[0285] 如上所述，在使用夹具150将关闭元件142接合在气缸套105a至105c上之后，将气缸套105a至105c插入气缸体主体140中的连通孔106中，并且将关闭元件142接合在气缸体主体140上，从而关闭设置在气缸体主体140和气缸套105a至105c之间的水套116。

[0286] 具体地，即使将水套116设在气缸体主体140和气缸套105a至105c之间，气缸体主体140和气缸套105a至105c也可通过关闭元件142利用搅拌摩擦焊接而接合。因此，可制成具有较小壁厚和重量轻的顶闭式气缸体。

[0287] 不必提供在气缸套105a、105b之间的间隙以及在气缸套105b、105c之间的间隙。如图40所示，例如，夹具150的第一插入单元152a至152c保持彼此连通，气缸套105a至
105c的外周壁的预定区域可以被线性地切除并接合在一起，并且气缸套105a至105c可以插入夹具150的保持彼此连通的第一插入单元152a至152c中。之后，关闭元件142和气缸套105a至105c可以通过搅拌摩擦焊接而接合，而后关闭元件142的外周边缘和气缸体主体140的衬垫表面112可以通过搅拌摩擦焊接以上述方式而接合。在这种情况下，水套
116仅形成在接合的套组件158和气缸体主体140之间。

[0288] 或者，如图41所示，气缸套105a至105c的外周壁的上端可以沿圆周切除，以提供支撑台阶部160。如图42所示，关闭元件142可以布置在插入夹具150的第一插入单元152a至152c中的气缸套105a至105c的支撑台阶部160和第二插入单元154上，并且可以搅拌摩擦焊接气缸套105a至105c和关闭元件142。在这种情况下，由于关闭元件142被支撑台阶部160刚性地支撑，因此气缸套105a至105c和关闭元件142可以可靠地彼此接合。

[0289] 如果使用夹具150，则夹具150可具有如图43所示的第三插入单元156。该第三插入单元156从第二插入单元154的外周边缘伸出，并将用于移除搅拌摩擦焊工具50的探针54的搅拌摩擦焊工具移除元件134插入第三插入单元156中。

[0290] 搅拌摩擦焊工具移除元件134预先插入第三插入单元156中。然后，如图43和44所示，将气缸套105a至105c分别插入第一插入单元152a至152c中，之后将关闭元件142插入第二插入单元154中。然后，气缸套105a至105c和关闭元件142(见图33)以与上述相同的方式通过搅拌摩擦焊工具50接合。

[0291] 在关闭元件142和气缸套105a至105c已经接合之后，使搅拌摩擦焊工具50从抵靠区域朝向搅拌摩擦焊工具移除元件134移动，如图44中的虚线所示。在移除探针54之后，移除搅拌摩擦焊工具移除元件134，从而以与图36中所示相同的方式制成接合的套组件158作为用于顶闭式气缸体的气缸套。接合的套组件158没有探针54从其移除的移除孔。因此，接合的套组件158具有良好的刚性。

[0292] 然后，执行与上述相同的操作。这样，制成顶闭式气缸体，其中水套116在衬垫表面112处的端部被布置在凹口118中的关闭元件142关闭(见图37)。

[0293] 如图45所示，夹具150可具有多个第三插入单元156，并且搅拌摩擦焊工具移除元件134可分别插入第三插入单元156中。由于探针54可从更多的位置处移除，因此容易进行搅拌摩擦焊过程。如从图43和图45可以看出，搅拌摩擦焊工具移除元件134并不限于任何具体位置。

[0294] 下面将描述一实施例，其中在不使用夹具150的情况下，通过关闭元件142使气缸体主体140和气缸套105a至105c彼此接合。

[0295] 在这种情况下，支撑台阶部160设置在气缸套105a至105c的外周壁的上端上(见图41)。然后，将气缸套105a至105c插入到气缸体主体140的连通孔160中从而暴露支撑台阶部160。

[0296] 然后，如在图46中以放大比例所示，将关闭元件142布置在气缸体主体140的凹口118中以及支撑台阶部160上。

[0297] 当关闭元件142的内周边缘和气缸套105a至105c的上端面、以及关闭元件142的外周边缘和气缸体主体140的衬垫表面112通过搅拌摩擦焊工具50接合时，就制成了顶闭式气缸体。由于不必使用夹具150，因此可容易制成顶闭式气缸体。

[0298] 可设置凹口118和支撑台阶部160中的至少一个。例如，如图47所示，当进行搅拌摩擦焊过程时，支撑台阶部160可不设置在气缸套105a至105c的上端上，并且关闭元件142可仅布置在凹口118中。或者，如图48所述，当进行搅拌摩擦焊过程时，凹口118可不设置在气缸体主体140中，并且关闭元件142可仅布置在设置于气缸套105a至105c的上端的支撑台阶部160上。

[0299] 可首先搅拌摩擦焊接关闭元件142的内周边缘和气缸套105a至105c的上端面，或者可首先搅拌摩擦焊接关闭元件142的外周边缘和气缸体主体140的衬垫表面112。

[0300] 如图49中所示，可通过单独地形成三个环形元件72a至72c，之后切除环形元件72a至72c的部分端部，将环形元件72a至72c布置在第二插入单元154和凹口118中或者支撑台阶部160上，然后通过搅拌摩擦焊接而接合环形元件72a至72c的端部，从而制成关闭元件142。当然，可预先接合环形元件72a至72c的切除端部以制成关闭元件142。

[0301] 如图50所示，可线性地接合气缸套105a至105c。在这种情况下，可采用图33中所示的关闭元件142或者由如图49所示的接合的环形元件144a至144c构成的关闭元件142。

[0302] 可以如下方式将具有中空圆柱形状的气缸套接合在气缸体主体上。

[0303] 使用熔融铝通过HPDC制造图51的局部切除立体图中所示的气缸体主体161。

[0304] 如从图51可以看出，气缸体主体161具有用于使图52中所示的气缸套162a至162c插入其中的连通孔106，在连通孔106的下部中设有接合的环形台阶部164。该连通孔106具有径向凹入的台阶部166。连通孔106和台阶部166可彼此同心地布置。在图51中，附图标记112、114分别表示衬垫表面和轴颈。

[0305] 台阶部166可通过HPDC过程与连通孔106同时制成。或者，在通过HPDC过程制成连通孔106之后，可通过切除连通孔106的内周壁的一部分而制成台阶部166。

[0306] 制造图52中所示的气缸套162a至162d。通过已知过程(例如，挤压模铸过程、铸造过程等)由基于高含量硅的铝工件制成中空圆柱形主体，然后切除中空圆柱形主体的一部分圆周侧壁以形成平面168a、168d，从而可制成各个气缸套162a至162d。

[0307] 然后，在平面168a、168d中形成从气缸套162a、162d径向凹入的凹口170a、170d。

[0308] 按如下方式制成其余气缸套162b、162c。在中空圆柱形主体上形成与气缸套162a、162d的平面168a、168d相同的平面168b、168c之后，在中空圆柱形主体上与平面
168b、168c间隔180。的位置处形成平面172b、172c。在平面168b、168c、172b、172c中还形成凹口170b、170c、174b、174c。

[0309] 然后，如图53所示，将气缸套162a至162d插入到气缸体主体161的连通孔106中。插入的气缸套162a至162d的下端分别布置在接合的环形台阶部164上。这样就从下方牢固地支撑气缸套162a至162d。

[0310] 插入连通孔106中的气缸套162a至162d的纵向端部的外周壁保持抵靠连通孔106的内周壁。气缸套162b的平面172b保持抵靠气缸套162a的平面168a。同样，气缸套
162c的平面172c保持抵靠气缸套162b的平面168b，并且气缸套162d的平面168d保持抵靠气缸套162c的平面168c。

[0311] 气缸套162a、162d具有中间部分，这些中间部分的外周壁与台阶部166间隔开，并且凹口170a和174b、170b和174c、170c和174d在相邻的气缸套162a和162b、162b和162c、162c和162d之间间隔开，从而提供彼此连通的间隙作为水套116。

[0312] 因此，根据本实施例，当将气缸套162a至162d插入连通孔106中时形成水套116。

[0313] 然后，搅拌摩擦焊接气缸体主体161以及插入连通孔106中的气缸套162a至162d，从而一体接合这些元件161、162a至162d。具体地，将连通孔106的内周壁和气缸套
162a至162d的外周壁彼此搅拌摩擦焊接。

[0314] 此时，如图54所示，使用搅拌摩擦焊工具66，其包括第一转动件60、安装在该第一转动件60的圆周侧壁上并可独立于该第一转动件60转动的第二转动件62、以及直径小于第二转动件62并具有圆锥形尖端的探针64。将搅拌摩擦焊工具66插入到气缸套162a中，直到探针64抵靠气缸套162a的内周壁。此时，探针64定位在水套116的下方。

[0315] 然后，转动第二转动件62，从而以与上述相同的方式将探针64的尖端嵌入气缸套162a中。

[0316] 嵌入的探针64经过气缸套162a，并最终到达连通孔106的内周壁，于是气缸套162a的外周壁与连通孔106的内周壁通过摩擦热而被软化。

[0317] 然后，使第一转动件60转动，以使所嵌入的探针64沿着气缸套162a的圆周方向移动。当探针64这样移动时，所软化的材料被探针64搅拌并塑性地流动。之后，所软化的材料在从其移除探针64时结合为固态。连续地重复上述现象，直到气缸套162a的外周壁和连通孔106的内周壁彼此一体接合。同时，气缸套162a的平面168a和气缸套162b的平面172b彼此一体接合。

[0318] 此时，如图53所示，气缸套162a、162b通过被布置在接合的环形台阶部164上而被刚性地支撑。因此，可容易地进行搅拌摩擦焊过程。

[0319] 其余的气缸套162b至162d以同样的方式工作以制成四缸顶闭式气缸体180(见图53)，其中相邻的气缸套162a和162b、162b和162c、162c和162d彼此接合，并且在气缸体主体161中的连通孔106的内周壁与气缸套162a至162d的外周壁彼此接合。如从图53可以看出，顶闭式气缸体180使得水套116在衬垫表面112处的端部关闭。

[0320] 气缸套162a至162d在衬垫表面112处的端面以及衬垫表面112可通过搅拌摩擦焊接而一体接合。此时，如图55所示，使用具有转动件52和探针54的搅拌摩擦焊工具50，并且探针54在由图56的箭头A所示的方向中沿着一区域移动，在该区域中气缸套162a至162d在衬垫表面112处的端面的外周边缘与气缸体主体161彼此抵靠。这些外周边缘的材料和气缸体主体161的衬垫表面112的材料通过摩擦热而软化，并且被探针54搅拌。结果，这些材料结合为固态。

[0321] 然后，相邻的气缸套162a和162b、162b和162c、162c和162d在衬垫表面112处的端面彼此搅拌摩擦焊接。此时，探针54可沿着由图57中箭头B至D所示的方向移动。

[0322] 如上所述，由于气缸体主体161的材料和气缸套162a至162d的材料、以及相邻气缸套的材料一体接合，因此进一步增加了顶闭式气缸体180的刚性。

[0323] 仅切除气缸套162a至162d的一部分外周壁，并且气缸体主体161和气缸套162a至162d不必大量切除。因此，废料量非常小。

[0324] 水套116不需要设置在相邻的气缸套162a至162d之间，而可仅设置在气缸体主体161和每一个气缸套162a至162d之间。

[0325] 气缸套162a至162d可通过焊接等而预先接合，以制成接合的气缸套组件，而后可以将接合的气缸套组件插入连通孔106中。

[0326] 在第二实施例中，与第一实施例一样，可以将当移除搅拌摩擦焊工具50的探针54时形成在衬垫表面112中的移除孔加工为双螺栓孔、水通道等。

[0327] 在第一实施例或第二实施例中，气缸套20a至20c并不限于由基于高含量硅的铝制成，而可以由其它铝合金或铝制成。其它优选示例包括气缸套由镁或镁合金制成的气缸套、MMC套等。

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