鋁制缸體及其制造方法技術

一種用于內燃機的鑄造缸體包括第一缸孔和第二缸孔以及共用孔壁。第一缸孔包括第一孔壁，并且第二缸孔包括第二孔壁。共用缸孔壁包括第一部分和第二部分。第一孔壁的一部分與第二孔壁的一部分結合以形成共用缸孔壁。共用缸孔壁的第一部分是鑄件部分。共用缸孔壁的第二部分是金屬基復合材料。

Aluminum cylinder and manufacturing method thereof

A casting cylinder for an internal combustion engine includes a first cylinder bore and a second cylinder bore as well as a common bore wall. The first cylinder bore includes a first bore wall, and the second cylinder bore includes a second bore wall. The shared cylinder bore includes a first portion and a second portion. A portion of the first hole wall is joined to a portion of the second hole wall to form a common cylinder wall. The first portion of the cylinder wall of the shared cylinder is a casting portion. The second part of the common cylinder wall is metal matrix composite.

【技術實現步驟摘要】
鋁制缸體及其制造方法
本專利技術涉及金屬鑄造，更具體地涉及鋁制缸體鑄件及制造方法。
技術介紹
本部分中的陳述僅提供與本公開相關的背景信息，并且可以構成或不構成現有技術。典型的鑄鋁缸體包括以多種配置布置的多個汽缸。在所有或大多數配置中，一些汽缸并排對齊，使得一個汽缸可以共享相鄰或鄰近汽缸的鑄造結構。所得到的設計享有更緊湊和更輕的發動機組件，同時在發動機艙中為其他車輛部件提供更多的空間。雖然當前的發動機缸體設計實現了初始目的，但是該設計最初不可靠，并且在若干車輛里程或發動機時數之后很快趨于退化。高里程磨損是在汽缸之間的區域中具有鋁凹坑的結果，這導致燃燒氣體從一個汽缸泄漏到相鄰汽缸。這導致故障的缸蓋墊片和非常昂貴的修復。因此，本領域需要一種發動機缸體，其具有改進的初始可靠性和長期穩健性，同時保持設計和重量的改進。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用于內燃機的發動機缸體。該缸體包括第一缸孔和第二缸孔以及共用缸孔壁。第一缸孔包括第一孔壁。第二缸孔包括第二孔壁。每個第一孔壁和第二孔壁包括內周邊孔表面。共用缸孔壁包括第一部分和第二部分。第一孔壁的一部分與第二孔壁的一部分結合以形成共用缸孔壁。共用缸孔壁的第一部分是鑄件部分。共用缸孔壁的第二部分是金屬基復合材料。在本專利技術的一個示例中，缸體由鋁合金鑄造。在本專利技術的另一個示例中，共用缸孔壁的第二部分設置在第一部分中。在本專利技術的又一個示例中，共用缸孔壁的第二部分的頂表面與共用缸孔壁的第一部分的頂表面結合，以形成頭部平臺的一部分。在本專利技術的又一個示例中，制造缸體的方法包括多個工藝步驟。第一步驟提供壓實粉末的預制件。第二步驟將預制件設置在砂芯工具腔的指定位置。第三步驟將砂和樹脂混合物吹入砂芯工具腔中，固化砂和樹脂混合物，并從工具腔中移除包括預制件的固化的砂芯。第四步驟將包括預制件的砂芯與其它砂芯組裝，并將組件放入模具中。第五步驟鑄造缸體。第六步驟執行摩擦攪拌工藝以將預制件改變為金屬基復合材料。在本專利技術的又一個示例中，該方法還包括：在第五步驟和第六步驟之間或在第六步驟之后的熱處理缸體的第七步驟，從缸體清潔砂和多余金屬的第八步驟，以及機加工缸體并將缸體組裝到發動機中的第九步驟。在本專利技術的又一個實施例中，預制件的壓實粉末是金屬間化合物粉末、氧化物、碳化物和氮化物中的至少一種。在本專利技術的又一個示例中，摩擦攪拌工藝包括利用具有平坦肩狀部和螺紋圓柱銷的摩擦攪拌工藝工具。在本專利技術的又一個實例中，摩擦攪拌工藝包括：將旋轉摩擦攪拌工藝工具插入到共用缸孔壁中，產生熱量，以及將鋁合金與壓實粉末混合以形成金屬基復合材料。從下面結合附圖對用于實施本專利技術的最佳方式的詳細描述中，本專利技術的上述特征和優點以及其它特征和優點將顯而易見。附圖說明圖1是根據本專利技術的缸體的透視圖；圖2是根據本專利技術的缸體的一部分的橫截面(A-A)；圖3是根據本專利技術的用于制造缸體的砂芯的平面圖；圖4是根據本專利技術的鑄件內包物的透視圖；圖5是根據本專利技術的旋轉焊接工具的透視圖；圖6是根據本專利技術的在利用旋轉焊接工具的工藝中的缸體的一部分的橫截面(A-A)；以及圖7是描繪根據本專利技術的制造缸體的方法的流程圖。具體實施方式以下描述本質上僅僅是示例性的，并且不旨在限制本公開、應用或用途。參考圖1，示出了總體上由附圖標記10表示的用于內燃機的缸體，現在將對其進行描述。所示出的缸體10具有若干主要特征，包括多個缸孔12、曲軸箱部分(未示出)、頭部平臺16、緊固件孔18、內部冷卻腔20和油道22。更具體地，多個缸孔12可以包括兩個缸孔至十六個或更多個缸孔。在該示例中，四個缸孔12以“I”形式對齊，使得每個缸孔12的軸線彼此平行。在其它示例中，缸孔12可以布置成“V”形、平形或其他布置，而不脫離本專利技術的范圍。每個缸孔12的頂端終止于頭部平臺16，而每個缸孔12的底端終止于缸體10的曲軸箱部分14。關于多個缸孔12，缸孔12以“Siamese”方式布置。更具體地，每個缸孔12與相鄰的缸孔12共用孔壁26。因此，所得到的結構提供了被稱為水套24的內部冷卻腔20的一部分，在缸孔12之間不具有冷卻腔20的任何部分。共用孔壁26允許更緊湊的設計并且改善了結構的總體剛度。在下面進一步詳細討論的方法100中加工共用孔壁26，以包括代替母體鑄造金屬的金屬基復合材料(MMC)材料。現在參考圖2，示出了共用孔壁26的橫截面，現在將對其進行描述。共用孔壁26包括第一部分或鑄造部分28和第二部分或MMC部分30。鑄造部分28是具有第一孔表面32和第二孔表面34的鑄件金屬部分。第一孔表面32是第一孔38的表面，而第二孔表面34是與第一孔38相鄰的第二孔40的表面。鑄造部分28包括頂部或頭部平臺表面36，該頭部平臺表面與缸體10的頭部平臺表面16處于相同的高度。第二部分30或MMC部分30是共用孔壁26的具有金屬基復合材料結構的一部分。MMC部分30具有第一側面42、與第一側面42相對的第二側面44、頂部或頭部平臺表面46和底部表面48。MMC部分30設置在共用孔壁26的中心，使得MMC部分30的第一側面42距第一孔表面32與第二側面44距第二孔表面34相同的距離。MMC部分30的頭部平臺46與共用孔壁26的頭部平臺表面36齊平。MMC部分30在缸體10的局部區域中提供改進的耐久性和強度。在頭部平臺46處的典型故障模式是金屬凹坑，導致汽缸壓力的損失和頭部墊片故障。除了故障本身，故障的修復肯定是昂貴的并且可能是災難性的?，F在參考圖3和圖4，圖3中示出了用于制造缸體10的砂芯50，圖4中示出了固定在砂芯50中的預制件52，現在將對各自進行描述。砂芯50在型腔工具中由砂和固化樹脂形成。所示出的砂芯50是缸體10的水套腔24的砂芯。水套24砂芯50與形成缸體的其他特征(例如曲軸箱、孔、水泵等)的其它砂芯組裝。組裝的砂芯位于可包括汽缸的外部特征以及將液態金屬供給到砂芯組件的內腔中所需的冒口和澆口系統的模具中。可替代地，可以使用其它鑄造工藝來實現類似的缸體10。例如，敞開的頭部平臺將允許由永久模具而不是砂芯來形成水套特征。在這種情況下，預制件52將被直接設置到模具中，而不是放置在砂芯中。因此，該工藝可用于高壓、低壓、消失?；蚱渌愋偷匿X合金鑄造工藝。此外，在不脫離本專利技術的范圍的情況下，可以考慮其它類型的金屬合金。灰鐵、鎂或其它輕金屬鑄件的變型可以通過本專利技術的工藝改進。如上所述，砂芯50通過將砂和樹脂混合物吹入工具腔中而形成。然后對混合物放氣以將樹脂固化并硬化成工具腔的形狀。然而，在形成包括預制件52的該特定砂芯50時，在將砂和樹脂混合物吹入工具腔中之前，將預制件52放置在工具腔中的特定位置處。然后將砂和樹脂混合物吹入工具腔中，使預制件52保持在其設置位置。接下來，通過放氣固化樹脂將預制件52固定在適當位置。圖4中所示出的預制件52包括壓實粉末部分54和保持器部分56。壓實粉末54由微米或納米級氧化物、碳化物、氮化物或其它金屬間化合物粉末(例如氧化鋁Al2O3或碳化硅SiC)制成。保持器部分56可以由鋁或鋼形成，然而，可以使用其他材料，而不會脫離本專利技術的范圍。壓實粉末54形成為遵循缸體10的共用孔壁26的輪廓的形狀。例如，壓實粉末54包括第一凹側面58、與第一凹側面58相對的第二凹側面60、頂表面6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造具有共用缸孔壁的缸體的方法，所述共用缸孔壁的一部分包括金屬基復合材料，所述方法包括以下步驟：第一步驟：提供壓實粉末的預制件；第二步驟：將所述預制件設置到砂芯工具腔的指定位置；第三步驟：將砂和樹脂混合物吹入所述砂芯工具腔中，固化所述砂和樹脂混合物，并從所述工具腔中移除包括所述預制件的固化的砂芯；第四步驟：將包括所述預制件的所述砂芯與其它砂芯組裝，并將組件放入模具中；第五步驟：用鋁合金鑄造所述缸體；第六步驟：執行摩擦攪拌工藝以將所述預制件改變為金屬基復合材料。

【技術特征摘要】
2015.12.11 US 14/9665121.一種制造具有共用缸孔壁的缸體的方法，所述共用缸孔壁的一部分包括金屬基復合材料，所述方法包括以下步驟：第一步驟：提供壓實粉末的預制件；第二步驟：將所述預制件設置到砂芯工具腔的指定位置；第三步驟：將砂和樹脂混合物吹入所述砂芯工具腔中，固化所述砂和樹脂混合物，并從所述工具腔中移除包括所述預制件的固化的砂芯；第四步驟：將包括所述預制件的所述砂芯與其它砂芯組裝，并將組件放入模具中；第五步驟：用鋁合金鑄造所述缸體；第六步驟：執行摩擦攪拌工藝以將所述預制件改變為金屬基復合材料。2.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：Q·王，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國,US