气缸体及其加工方法
阅读：1026发布：2020-07-23
专利汇可以提供气缸体及其加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供能够利用现有的设备实现 气缸 盖紧固时的内孔的圆柱度提高的 气缸体 及其加工方法。基于气缸盖（220）的紧固时的数据取得用内孔（211）的 变形 量得到内孔（111）的加工形状。这里，将与数据取得用内孔（211）的变形形状近似的近似形状的剖面设定为大致正圆形状，并根据数据取得用内孔（211）的变形量，使大致正圆形状的直径沿中 心轴 线变化，由此来确定近似形状（直线T所示形状），因此，近似形状形成为剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。由于内孔（111）的加工形状为如上所述的相对于预定的圆筒形状使简单的近似形状的凹凸的 相位 反转而得到的形状（直线V所示的形状），所以内孔（111）的加工形状形成为其剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。，下面是气缸体及其加工方法专利的具体信息内容。
1.一种气缸体，其在一面形成有内孔，并且气缸盖紧固于该气缸体，所述气缸体的特征在于，
在所述气缸盖的未紧固状态下内孔的剖面呈大致正圆形状，该大致正圆形状的直径沿中心轴线变化。
2.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于，
所述内孔的剖面呈大致圆锥台形状，该大致圆锥台形状的直径设定为随着从所述一面朝向另一面而变大。
3.一种气缸体的加工方法，其特征在于，
沿中心轴线取得气缸盖向气缸体紧固时的数据取得用内孔的变形量，
将与所述数据取得用内孔的变形形状近似的近似形状的剖面设定为大致正圆形状，并根据所述数据取得用内孔的变形量，使所述大致正圆形状的直径沿所述中心轴线变化，由此来确定所述近似形状，
将相对于预定的圆筒形状使所述近似形状的凹凸的相位反转得到的形状确定为所述内孔的加工形状。
4.根据权利要求3所述的气缸体的加工方法，其特征在于，
所述内孔的剖面呈大致圆锥台形状，该大致圆锥台形状的直径设定为随着从所述一面朝向另一面而变大。
5.一种气缸体的加工方法，其特征在于，
在内孔的内表面一边使头部绕所述内孔的中心轴线回转一边使头部在所述内孔的轴线方向移动，由此在所述内孔的内表面进行珩磨加工，
当所述头部在所述轴线方向移动时，根据在所述内孔内的所述头部在所述轴线方向的位置来调整所述头部的转速。
6.根据权利要求5所述的气缸体的加工方法，其特征在于，
将所述头部位于所述内孔的所述内表面中紧固气缸盖侧的一端部时的转速设定为比所述头部位于所述内表面中与所述一端部相反一侧的另一端部时的头部的转速低，由此将所述内孔加工成大致圆锥台形状。
7.一种气缸体，其中，
所述气缸体是利用权利要求5或6所述的气缸体的加工方法而得到的。
气缸体及其加工方法
技术领域
背景技术
[0002] 在内燃机的气缸体形成有隔着油膜与活塞相对地滑动的气缸内孔（以下称为内孔），在气缸体螺栓紧固有气缸盖。图1是表示在四缸发动机中使用的气缸体210的具体例的概略结构的平面图，图2是表示在气缸体210紧固有气缸盖220的状态的侧剖面图。另外，在图1中仅图示出内孔211及螺栓用孔212。在本申请中，将垂直于轴线方向的剖面记作剖面，将平行于轴线方向的剖面记作侧剖面。
[0003] 气缸体210由例如Al材（铝材）形成，在气缸体210的上表面形成有4个内孔211,并形成有10个螺栓用孔212。螺栓230通过气缸盖220的螺栓用孔221紧固于气缸体210的螺栓用孔212，由此在气缸体210的上表面固定气缸盖220。在气缸体210和气缸盖220之间设有垫圈240。
[0004] 在内孔211和螺栓用孔212之间形成有水套213。内孔211由例如铸铁制成的套筒214构成，通过珩磨加工在套筒214的内表面形成网纹，该内表面成为滑动面。另外，也可以由形成于气缸体210的孔部的内表面构成内孔211，从而代替设置套筒214。
[0005] 如图3的（A）所示，通过进行镗孔加工及珩磨加工，内孔211的内周面211A形成为侧剖面呈直线状且剖面呈大致正圆形状的圆筒形状。但是，如图3的（B）所示，在气缸体210的上表面螺栓紧固气缸盖220时，内孔211的内表面211A发生变形而成为内表面211B。
具体地讲，内孔211的内周面211A的上端部213扩径，中间部214缩径从而产生中间变细现象。因此，在使活塞在内孔211滑动的情况下，在中间部214的摩擦力变大。
具体地讲，内孔211的内周面211A的上端部213扩径，中间部214缩径从而产生中间变细现象。因此，在使活塞在内孔211滑动的情况下，在中间部214的摩擦力变大。
[0006] 因此，为了实现气缸盖220的紧固时的内孔211的圆柱度提高，提出在预估出气缸盖220的紧固时的变形后将内孔211的剖面加工成非正圆形状的技术（例如专利文献1）。在专利文献1的技术中，将在气缸盖未紧固状态下气缸体的内孔的剖面二次成形为非正圆形状。在该情况下，二次成形后的加工形状设计为：在气缸盖向二次成形后的气缸体紧固时，非正圆形状的内孔变形而接近大致正圆形状。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1：日本特开2000-291487号公报
发明内容
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 但是，可以想到：在专利文献1的技术中，为了使内孔的加工形状的剖面形成为非正圆形状，并且在气缸盖实际向气缸体紧固时上述加工形状的内孔变形而接近大致正圆形状，需要使内孔的加工形状的侧剖面形成为复杂的凹凸形状。因此，不仅利用切削工具进行镗孔加工不容易，而且通过珩磨加工在内孔的内表面形状形成网纹也变得困难，其结果为，无法利用现有的设备。
[0012] 因此，本发明的目的在于，提供能够利用现有的设备实现气缸盖紧固时的内孔的圆柱度提高的气缸体及其加工方法。
[0013] 用于解决课题的技术方案
[0014] 本发明的第一气缸体在一面形成有内孔，并且气缸盖紧固于该气缸体，所述气缸体的特征在于，在气缸盖的未紧固状态下内孔的剖面呈大致正圆形状，该大致正圆形状的直径沿中心轴线变化。
[0015] 通过本发明的气缸体的加工方法来制造本发明的第一气缸体。即，本发明的气缸体的加工方法的特征在于，沿中心轴线取得气缸盖向气缸体紧固时的数据取得用内孔的变形量，将与数据取得用内孔的变形形状近似的近似形状的剖面设定为大致正圆形状，并根据数据取得用内孔的变形量，使大致正圆形状的直径沿中心轴线变化，由此来确定近似形状，将相对于预定的圆筒形状使近似形状的凹凸的相位反转得到的形状确定为内孔的加工形状。
[0016] 在本发明的第一气缸体的加工方法中，基于气缸盖的紧固时的数据取得用内孔的变形量取得内孔的加工形状。这里，将与数据取得用内孔的变形形状近似的近似形状的剖面设定为大致正圆形状，并根据数据取得用内孔的变形量，使大致正圆形状的直径沿中心轴线变化，由此来确定近似形状，因此近似形状形成为剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。另外，能够减少用于取得这样的近似形状的数据取得用内孔的变形量的测定点。
[0017] 由于内孔的加工形状为如上所述的相对于预定的圆筒形状使简单的近似形状的凹凸的相位反转而得到的形状，所以内孔的加工形状形成为其剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。因此，能够通过镗孔加工和珩磨加工容易地得到内孔的加工形状，并且容易通过珩磨加工形成网纹。其结果为，能够利用现有的设备。
[0018] 本发明的第一气缸体的加工方法可以使用各种结构。例如可以使用如下方式：内孔的加工形状的剖面呈大致圆锥台形状，该大致圆锥台形状的直径设定为随着从一面朝向另一面而变大。在该方式中，将内孔的加工形状设定为大致圆锥台形状这样的更简单的形状，因此更容易通过珩磨加工形成网纹。
[0019] 本发明的第二气缸体的加工方法是用于利用现有的珩磨加工机，得到本发明的第一气缸体的内孔的加工形状的具体的方法。即，本发明的第二气缸体的加工方法的特征在于，在内孔的内表面一边使头部绕内孔的中心轴线回转一边使头部在内孔的轴线方向移动，由此在内孔的内表面进行珩磨加工，当头部在轴线方向移动时，根据内孔内的头部在轴线方向的位置来调整头部的转速。
[0020] 在本发明的第二气缸体的加工方法中，当头部移动时，根据内孔内的头部在轴线方向的位置来调整转速。这里，头部的转速高时，研磨量多，头部的转速低时，研磨量少。基于这样的转速和研磨量的关系来控制转速，由此能够调整研磨量，因此通过根据上述位置变更转速，能够得到期望的内孔的加工形状。在该情况下，由于使头部绕中心轴线回转，所以内孔的加工形状的剖面呈大致正圆形状，并能够使该大致正圆形状的直径沿中心轴线变化。在将气缸盖紧固到具有如上所述的加工形状的内孔的气缸体时，内孔变形，但是由于内孔的上述加工形状是预估了紧固变形而得到的形状，因此能够提高气缸盖紧固时的内孔的圆柱度。能够利用现有的珩磨加工机得到这样的效果。
[0021] 本发明的第二气缸体的加工方法可以使用各种结构。例如，可以使用如下方式：将当头部位于内孔的内表面中紧固气缸盖侧的一端部时的转速设定为比当头部位于内表面中与一端部相反一侧的另一端部时的头部的转速低，由此将内孔加工成大致圆锥台形状。在该方式中，网纹的线在内孔的上端部与轴线方向大致平行，因此润滑油流向下端部。因此，能够抑制运转时的润滑油的燃烧。
[0022] 本发明的第二气缸体是通过本发明的第二气缸体的加工方法得到的气缸体。本发明的第二气缸体能够取得与本发明的气缸体的加工方法相同的效果。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明的第一气缸体或其加工方法，预估出紧固变形而得到的内孔的加工形状为由剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状，因此能够利用现有的设备实现气缸盖紧固时的内孔的圆柱度提高。
[0026] 图1是表示在四缸发动机中使用的气缸体的具体例的概略结构的平面图。
[0027] 图2是表示在气缸体紧固有气缸盖的状态的侧剖面图。
[0028] 图3是用于说明气缸盖向气缸体紧固时的内孔的变形形状的图，（A）是表示气缸盖紧固前的内孔的加工形状的侧剖面图，（B）是表示气缸盖紧固时的内孔的变形形状的侧剖面图。
[0029] 图4是用于说明气缸盖向本发明的气缸体紧固时的内孔的变形形状的图，（A）是表示气缸盖紧固前的内孔的加工形状的侧剖面图，（B）是表示气缸盖紧固时的内孔的变形形状的侧剖面图。
[0030] 图5是表示在气缸盖的紧固状态下数据取得用内孔的变形形状、且用于确定内孔的加工形状的数据。
[0031] 图6是表示形成由图5的数据确定的加工形状的内孔的气缸盖的紧固时的变形形状的数据。
[0032] 图7是用于说明本发明的气缸体的加工方法中的珩磨加工的方法的图，是表示珩磨加工的状态的一部分的侧剖面图。
[0033] 图8是用于说明在珩磨加工时使头部的转速变化时的网纹的形状变化的图。
[0034] 图9是用于说明本发明的气缸体的加工方法中的珩磨加工的其他方法的图，（A）是表示头部位于初始位置的情况下的珩磨加工的状态的一部分的侧剖面图，（B）是表示头部位于上止点的情况下的珩磨加工的状态的一部分的侧剖面图，（C）是表示头部位于下止点的情况下的珩磨加工的状态的一部分的侧剖面图。
[0035] 图10的（A）、（B）是表示内孔的加工形状的变形例的侧剖面图。
[0036] 标号说明
[0037] 110：气缸体；111：内孔；111A：内表面；220：气缸盖；302：头部。
具体实施方式
[0038] （1）内孔的加工形状
[0039] 以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图4是用于说明本发明的一个实施方式的气缸体110的结构的图，图4的（A）是表示内孔111的加工形状的图，图4的（B）是表示（A）的内孔111在气缸盖220紧固时的变形形状的图。图4的（A）中的X方向是内孔111的上侧开口面的水平方向，Y方向是在内孔111的上侧开口面中与X方向垂直的方向。Z方向是垂直于内孔111的上侧开口面的方向。图中的单点划线是中心轴线。
[0040] 本实施方式的气缸体与图1、图2所示的气缸体210的内孔的加工形状不同，除此之外为相同的结构，因此在本实施方式中，对与图1、图2相同的结构要素标注相同的标号，并省略对其的说明。
[0041] 如图4的（A）所示，气缸体110的内孔111的加工形状是侧剖面呈锥状且剖面呈大致正圆形状的大致圆锥台状。内孔111的锥状以从上表面侧朝向下表面侧扩径的方式呈直线状倾斜。在该情况下，将上表面的直径设定为与加工形状呈圆筒形状的图3的（A）的内孔211的直径相等。
[0042] 如图4的（B）所示，在气缸体110的上表面紧固气缸盖220时，内孔111的上端部113扩径，同时中间部114缩径。但是，由于内孔111的加工形状的侧剖面形成为上述锥状，因此内孔111的中间部114的变形形状的直径比形成为圆筒形状的图3的（A）的内孔211的情况大。由此，当使活塞在气缸盖220紧固时的内孔111的内表面滑动时，在中间部114的摩擦力减小。
[0043] （2）内孔的加工形状的确定方法
[0044] 主要参照图5、图6对内孔111的加工形状的确定方法进行说明。图5表示气缸盖的紧固状态下的数据取得用内孔的变形形状的数据，是用于确定内孔的加工形状的数据。图6是表示形成为由图5的数据确定的加工形状的内孔在气缸盖紧固时的变形形状的数据。图5、图6中的X方向及Y方向是图3的（A）、图4的（A）的X方向及Y方向，设表示图
5、图6中的变形量的轴为L轴。图5、图6中的Z方向的原点是内孔111的上侧开口面的位置，设表示距内孔111的上侧开口面的距离的轴为Z轴。图5的直线S示出数据取得用内孔的加工形状的内表面211A的母线。
5、图6中的变形量的轴为L轴。图5、图6中的Z方向的原点是内孔111的上侧开口面的位置，设表示距内孔111的上侧开口面的距离的轴为Z轴。图5的直线S示出数据取得用内孔的加工形状的内表面211A的母线。
[0045] 首先，在数据取得用气缸体的上表面加工出数据取得用内孔。数据取得用内孔的加工形状形成为图4的（A）的虚线所示的圆筒形状，其内表面的侧剖面形成为直线状。而且，数据取得用内孔是与图3的（A）的内孔211相同的结构，以下对数据取得用内孔采用与内孔211相同的标号。将气缸盖220紧固在气缸体的上表面，并取得气缸盖220紧固时的数据取得用内孔211的变形形状。具体地讲，从数据取得用内孔211的上侧开口面朝向下侧按照预定的间隔测定数据取得用内孔的变形形状在X方向的直径的变化量、在Y方向的直径的变化量。接着，将变形形状的X方向及Y方向的直径的变化量的平均值作为代表直径算出。此外，代表直径的算出方法不限于此，可以根据需要使用其他的适合的方法。
[0046] 接着，算出代表直径的近似直线T。近似直线T是表示变形形状的近似形状的近似式。该近似式能够通过最小二乘法等算出。接着，算出通过变形形状的近似直线T和直线Z=0的交点与原点的中点、且与Z轴平行的直线U。接着，算出关于直线U而与变形形状的近似直线T对称的直线V。直线V是表示内孔的加工形状的式子。内孔的加工形状（使直线V绕内孔的中心轴线回转而形成的大致圆锥台形状）是相对于以直线U为母线的圆筒形状（预定的圆筒形状），使数据取得用内孔的变形形状的近似形状的凹凸的相位反转而得到的形状。而且，在使数据取得用内孔的变形形状的近似形状的凹凸的相位反转时所使用的直线U不限于图5所示的直线，可以根据需要进行适当地设定。
[0047] 如上所述，内孔111的加工形状的侧剖面形成为以从上表面侧朝向下表面侧扩径的方式呈直线状倾斜的锥状。接着，在具有形成为这样的加工形状的内孔111的气缸体110的上表面紧固气缸盖220时，内孔111的内周面111A如图4（B）所示地变形而成为内周面111B，但如图6所示，内孔的内周面111B的上端部113及中间部114的变形量比加工形状为圆筒形状的图3所示的内孔211的上端部213及中间部214的变形量小。例如，数据取得用内孔211的内周面211B的变形量的最大宽度是25μm，内孔111的内周面111B的变形量的最大宽度为16μm。由此，可以确认，加工形状呈锥状的内孔111与加工形状呈直线状的内孔211相比，圆柱度提高。
[0048] （3）气缸体的加工方法
[0049] 对内孔111的加工方法进行说明。例如通过镗孔加工在气缸体110的内孔111的内表面进行粗加工。在该情况下，将内孔111加工为圆筒形。接着，通过进行珩磨加工来对内孔111的内表面进行精加工。
[0050] 在珩磨加工中使用的珩磨加工机在形成为例如圆柱状的头部的表面具有磨具，磨具形成为沿头部的轴线方向延伸的长方体状。如图7所示，在珩磨加工中，在内孔111的内表面，使由保持器301支承的头部302绕轴线回转的同时沿轴线方向往复时，利用磨具303对内孔111的内表面进行研磨。在本实施方式中，通过在珩磨加工中使用如下所述的方法能够得到内孔111的加工形状。
[0051] （A）控制头部的回转速度的方法
[0052] 在本方法中，例如如图7所示，在内孔111的内表面使头部302的往复运动的中心I位于内孔111的轴线方向的中心H，并使头部302从内孔111的内表面的上端部移动至下端部。这里，头部302的回转运动的转速高时，研磨量多，头部302的回转运动的转速低时，研磨量少。若基于这样的转速和研磨量的关系，将头部302的回转运动的转速设定为随着从上端部朝向下端部而变大，则头部302的磨具303的研磨量随着从上端部朝向下端部而变多，因此内孔111被加工成侧剖面呈锥状的大致圆锥台形状。
[0053] 在基于珩磨加工的精加工中，在内孔111内表面形成网纹。图8是用于说明在珩磨加工时使头部302的转速变化时的网纹的形状变化的图，是将内孔111内表面展开的展开图的一部分。在图8中，实线示出了将头部302的转速设定为随着从上端部朝向下端部而变大时形成的网纹的形状的具体例的一部分，虚线示出了将头部302的转速设定为恒定时形成的网纹的形状的具体例的一部分。图8的展开图的M轴是周方向的轴。
[0054] 在该情况下，将头部302的回转运动的转速设定为较小时，网纹的线与轴线方向大致平行，但若使头部302的回转运动的转速较大，则网纹的线与轴线方向大致垂直。在本实施方式中，将头部302的回转运动的转速设定为随着从上端部朝向下端部而变大，因此如图8所示，网纹的线随着从上端部朝向下端部，与轴线方向所成的角度变大。在该情况下，网纹的交叉角度随着从上端部朝向下端部而变小。例如，下端部的交叉角度θ2比上端部的交叉角度θ1小。由于网纹在内孔111的上端部与轴线方向大致平行，因此润滑油流向下端部。因此，能够抑制运转时的润滑油的燃烧。另外，在该情况下，在上端部不存在润滑油，但那里是不与活塞滑动的部分，因此没有问题。
[0055] （B）调整头部的往复运动的中心位置的方法
[0056] 在本方法中，例如如图9的（A）所示，将头部302的往复运动时的回转速度设定为恒定，在内孔111的内表面使头部302的往复运动的中心I位于比内孔111的轴线方向的中心H靠下方的位置。在该情况下，在往复运动中，在上止点，例如如图9的（B）所示，使磨具303的上端部位于内孔的内表面的上端，在下止点，例如如图9的（C）所示，使磨具303的下端部位于比内孔111的内表面的下端靠下方的位置。
[0057] 在这样的头部302的往复运动中，磨具303的下端部比内孔111的内表面的下端更向下方突出，因此磨具303和内孔111的内表面的接触面积随着从上端部朝向下端部而变小。由此，磨具303对内孔111的内表面的表面压力随着从上端部朝向下端部而变高，所以磨具303的研磨量随着从上端部朝向下端部而变多，其结果为，内孔111被加工成侧剖面呈锥状的大致圆锥台形状。
[0058] 本实施方式的内孔的加工形状不限于大致圆锥台形，也可以是内孔的加工形状的剖面呈大致正圆形状，只要该大致正圆形状的直径沿中心轴线变化即可。例如内孔的加工形状也可以形成为，侧剖面在轴线方向呈曲线状，并且如图10的（A）所示，在中央部具有扩径部121，也可以如图10的（B）所示，具有扩径部122及缩径部123。在为了得到如图10的（B）所示的内孔111的加工形状，而利用图9所示的方法的珩磨加工的情况下，也可以根据需要，使用具有与扩径部122和缩径部123的间隔对应的轴线方向长度的头部302。在本实施方式中，根据在内孔111的内表面的轴线方向位置适当控制回转速度，或者适宜设定头部302的往复运动的中心I相对于内孔111内表面的轴线方向的中心H的位置，通过将这些方法适宜地组合，能够得到各种内孔的加工形状。
[0059] 在如上所述的本实施方式中，将与数据取得用内孔211的变形形状近似的近似形状的剖面设定为大致正圆形状，并根据数据取得用内孔211的变形量，使大致正圆形状的直径沿中心轴线变化，由此来确定近似形状（直线T所示的形状），因此，近似形状形成为剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。另外，能够减少用于取得这样的近似形状的数据取得用内孔211的变形量的测定点。
[0060] 由于内孔111的加工形状为相对于预定的圆筒形状使如上的简单的近似形状的凹凸的相位反转而得到的形状（直线V所示的形状），所以内孔111的加工形状形成为其剖面呈大致正圆形状且关于中心轴线对称的简单的形状。因此，能够通过镗孔加工和珩磨加工容易地得到内孔111的加工形状，并且容易通过珩磨加工形成网纹。其结果为，能够利用现有的设备。
[0061] 另外，在使用控制头部302的回转速度的方法的情况下，头部302在轴线方向移动时，基于转速和研磨量的关系来控制转速，由此能够调整研磨量。因此，通过根据轴线方向的位置变更转速，能够得到期望的内孔111的加工形状。在该情况下，由于使头部302绕轴线回转，所以能够使内孔111的加工形状的剖面呈大致正圆形状，并且使该大致正圆形状的直径沿中心轴线变化。在将气缸盖220紧固到具有如上所述加工形状的内孔111的气缸体110时，内孔111变形，但由于内孔111的上述加工形状是预估出紧固变形而得到的形状，因此能够提高气缸盖220的紧固时的内孔111的圆柱度。能够利用现有的珩磨加工机得到这样的效果。
[0062] 特别地，通过将内孔211的加工形状设定为大致圆锥台形状这样更简单的形状，从而更容易通过珩磨加工形成网纹。另外，在该情况下，网纹的线在内孔111的上端部与轴线方向大致平行，因此润滑油流向下端部。因此，能够抑制运转时的润滑油的燃烧。
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