專利名稱：缸膛及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域中使用的缸膛(Cylinder Bore)及其制造方法，特別是涉及滑動面(摺動面)的改良。
背景技術(shù)：
缸膛具有介有油膜且相對活塞滑動的滑動面。對于滑動面，例如以確保油膜來提高防燒結(jié)性和耐磨性為主要目的，通過珩磨加工而形成網(wǎng)紋(Cross Hach)等槽形狀，并在槽形狀的表面形成有覆膜。并且，使用使SiC顆粒分散于Ni金屬中的Ni-SiC鍍覆法等濕式鍍覆法形成鍍覆膜作為覆膜，這種技術(shù)得到了實用化。對這樣的滑動面做了各種改良。例如日本特開2005-69008號公報的技術(shù)中，形成有防燒結(jié)性優(yōu)異且具有低摩擦性的DLC膜(類金剛石碳(Diamond-Like Carbon))作為缸膛的滑動面的覆膜。并且，在日本特開平10-237693號公報的技術(shù)中，形成有氧化鋁膜 (Alumite膜)作為缸膛的滑動面的覆膜，為了使氧化鋁膜從滑動面上均勻地突出，對氧化鋁膜進(jìn)行了拋光加工。但是，形成有缸膛的汽缸體由于通過鑄造法制造，所以在滑動面及其附近分布有氣眼。在形成DLC膜作為覆膜的情況下，由于DLC膜在氣眼部分沒有密合，所以有可能以氣眼為起點發(fā)生DLC膜的剝離。并且，DLC膜受到配對部件(相手部材)的擠壓，DLC膜的一部分有可能塌陷到氣眼部分中產(chǎn)生裂紋。并且，在形成鍍覆膜作為覆膜的情況下，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的熱施加于其上時，氣眼中的水分蒸發(fā)、膨脹，所以有覆蓋在滑動面表面的鍍覆膜被破壞從而產(chǎn)生缺陷的可能。由于以上問題，需要抑制氣眼的產(chǎn)生以提高缸膛的耐用可靠性。但是，在用于汽缸體制造的鑄造法中，完全防止氣眼的產(chǎn)生從而實現(xiàn)鑄造品的品質(zhì)的提高是不現(xiàn)實的。并且， 采用鑄造品質(zhì)較優(yōu)異的LPDC法(低壓鑄造法，Low Pressure Die Casting法)時，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)氣眼量的大幅降低，但其降低量對于缸膛的耐用性的提高來說并不充分。并且，與 HPDC(高壓鑄造法，High Pressure Die Casting法)相比，LPDC法的生產(chǎn)率大幅惡化，招致高成本?；谶@樣的背景，用HPDC法制造汽缸體，需要在后續(xù)工序中除去氣眼。因此，考慮在覆膜形成前，將汽缸體加熱到容易塑性變形的溫度，并用錘子等敲擊缸膛的滑動面，破壞氣眼。但是，對要求較高真圓度的缸膛等部件應(yīng)用上述方法時，會產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致制品的品質(zhì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠充分除去氣眼而不產(chǎn)生變形、并且能夠由此實現(xiàn)耐用性的提高的缸膛及其制造方法。本發(fā)明人對缸膛的滑動面反復(fù)進(jìn)行了深入研究，其結(jié)果是認(rèn)識到，通過使用具有防燒結(jié)性的材料作為形成于滑動面的覆膜的材質(zhì)，能夠提高滑動面的性狀的自由度，并發(fā)現(xiàn)，通過對覆膜形成前的滑動面進(jìn)行塑性加工，由此能夠壓碎(押潰t )滑動面及其附近的氣眼，并使滑動面平滑，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明的缸膛的制造方法為缸膛具有與配合部件(相手部材)相對滑動的滑動面的缸膛的制造方法，該制造方法的特征在于，通過對鑄造體進(jìn)行鏜孔(Boring)加工，在鑄造體形成滑動面，在鏜孔加工后通過對滑動面進(jìn)行塑性加工，由此將滑動面及其附近的氣眼壓碎，同時使滑動面平滑，在塑性加工后，在滑動面形成具有防燒結(jié)性的覆膜。本發(fā)明的缸膛的制造方法中，通過對覆膜形成前的滑動面進(jìn)行塑性加工，從而將滑動面及其附近的氣眼壓碎，同時使滑動面平滑。因此，能夠充分除去氣眼等缺陷，從而能夠防止覆膜剝離或產(chǎn)生裂紋等。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)耐用可靠性的提高。并且，由于不需要用錘子等敲擊滑動面，所以能夠抑制變形的產(chǎn)生，其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)制品品質(zhì)的提高。本發(fā)明的缸膛的制造方法能夠采用各種構(gòu)成。例如作為覆膜，能夠使用含有以單位面積比計為5 50%的SiC的Ni-SiC膜。覆膜中的SiC的含有比例以單位面積比計小于5%時，不能得到作為鍍覆膜的韌性。SiC的含有比例以單位面積比計超過50%時，防燒結(jié)性變差。因此，覆膜中的SiC的含有比例優(yōu)選以單位面積比計在5 50%的范圍內(nèi)。并且，能夠使用DLC膜(類金剛石碳(Diamond-Like Carbon))作為具有防燒結(jié)性的覆膜。利用該方式，當(dāng)然能夠提高防燒結(jié)性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)耐磨性的提高和摩擦損耗的減小。并且， 也可以在DLC膜與缸膛表面之間形成中間膜。例如將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m以下時，能夠獲得可實現(xiàn)潤滑油消耗量的減少、且可防止在滑動面發(fā)生粘著等所期望的性能。因此，優(yōu)選將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m 以下。并且，例如將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下時，能夠保持氣密性而不用大為改變制造條件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)缸膛的更高性能化。因此，更優(yōu)選將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下。需要說明的是，圓柱度是塑性加工后的缸膛的孔徑的最大值與最小值之差。為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m或20 μ m，優(yōu)選如下這樣設(shè)定塑性加工的塑性變形量。塑性變形量是塑性加工前的缸膛的直徑與塑性加工后的缸膛的直徑之差的最大值。例如在應(yīng)用于單缸發(fā)動機(jī)或V型2缸發(fā)動機(jī)時，為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m 以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 145 μ m的范圍內(nèi)；為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 85 μ m的范圍內(nèi)。應(yīng)用于直列2缸發(fā)動機(jī)或V型4缸發(fā)動機(jī)時，為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m 以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 120 μ m的范圍內(nèi)；為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 65 μ m的范圍內(nèi)。應(yīng)用于直列3缸發(fā)動機(jī)或V型6缸發(fā)動機(jī)時，為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m 以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 125 μ m的范圍內(nèi)；為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 70 μ m的范圍內(nèi)。應(yīng)用于直列4缸發(fā)動機(jī)或V型8缸發(fā)動機(jī)時，為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為30 μ m 以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 90 μ m的范圍內(nèi)；為了將缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 50 μ m的范圍內(nèi)。對于具有多個汽缸的直列型發(fā)動機(jī)或在V字的兩側(cè)配置有多個汽缸的V型發(fā)動機(jī)，通過將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5μπι 90μπι的范圍內(nèi)，也能夠?qū)⒆詈筮M(jìn)行了塑性加工的(V型發(fā)動機(jī)時，V字的各自一側(cè)，最后進(jìn)行了塑性加工的)缸膛的圓柱度(円筒度)設(shè)定為30 μ m以下。并且，通過將塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 50 μ m的范圍內(nèi)，能夠?qū)⒆詈筮M(jìn)行了塑性加工的(V型發(fā)動機(jī)時，V字的各自一側(cè)，最后進(jìn)行了塑性加工的)缸膛的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下。塑性加工中，能夠使用各種塑性加工方法，優(yōu)選使用拋光輥壓法(K 二* > V π —，)。另外，例如表面粗糙度Ra為0. 1 μ m以下時，能夠大幅減小摩擦，所以優(yōu)選將表面粗糙度Ra設(shè)定為0. Iym以下。這種情況下，為了將表面粗糙度 Ra設(shè)定為0. 1 μ m以下，優(yōu)選將塑性加工的塑性變形量設(shè)定為5 μ m以上。本發(fā)明的缸膛是通過本發(fā)明的缸膛的制造方法得到的。即，本發(fā)明的缸膛的特征在于，在與配合部件相對滑動的滑動面及其附近氣眼被壓碎，同時使得滑動面平滑，并且在滑動面形成有具有防燒結(jié)性的覆膜。本發(fā)明的缸膛能夠獲得與本發(fā)明的缸膛的制造方法同樣的效果。通過本發(fā)明的缸膛或其制造方法，能夠充分除去氣眼等缺陷，所以能夠防止覆膜產(chǎn)生裂紋或覆膜剝離，從而能夠?qū)崿F(xiàn)耐用可靠性的提高。


圖1(A)、圖I(B)和圖I(C)是示出本發(fā)明的一個實施方式的缸膛的制造方法的各工序的概略剖視圖，其中，圖I(A)是示出鏜孔(#一彡W Boring)后的缸膛的滑動面的狀態(tài)的概略剖視圖，圖I(B)是示出塑性加工后的缸膛的滑動面的狀態(tài)的概略剖視圖，圖 I(C)是示出覆膜形成后的缸膛的滑動面的狀態(tài)的截面簡圖。圖2是示出進(jìn)行使用了本實施方式的缸膛的制造方法中的拋光輥壓法(π —，〃 二〉> (Roller Burnishing)法)的塑性加工的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3是示出實施例中研究塑性加工前后的缸膛的表面粗糙度Ra( μ m)與拋光量 (〃二〉量)之間的關(guān)系的結(jié)果的曲線圖。圖4是示出各評價中塑性加工的拋光量(μπι)與缸膛的圓柱度(ym)的關(guān)系的曲線圖。圖5是用于說明圓柱度的計算方法的圖。圖6(A)、圖6(B)是用于說明進(jìn)行塑性加工的順序的圖，其中圖6 (A)是3鏜頭(# 7 Bore)評價時的圖，圖6(B)是4鏜頭評價時的圖。
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明的一實施方式參照附圖進(jìn)行說明。圖1是示出本發(fā)明的一實施方式的缸膛10的制造方法的各工序的概略剖視圖，其中，圖1 (A)是示出鏜孔加工后的缸膛 10的滑動面11的狀態(tài)的概略剖視圖，圖I(B)是示出進(jìn)行了拋光加工的缸膛10的滑動面 11的狀態(tài)的概略剖視圖，圖1 (C)是示出覆膜12形成后的缸膛10的滑動面11的狀態(tài)的概略剖視圖。圖1㈧ 圖1(c)中，僅圖示了缸膛10的滑動面11及其附近。圖2是示出對滑動面11進(jìn)行圖I(B)的拋光加工的狀態(tài)的截面圖。首先，通過使用了金屬模具的鑄造，得到由例如Al形成的汽缸體(鑄造體)。接著，通過對汽缸體進(jìn)行鏜孔加工，形成具有滑動面的缸膛。如圖I(A)所示，在缸膛10的滑動面11及其附近存在鑄造時產(chǎn)生的氣眼IlA0接著，通過對缸膛10的滑動面11進(jìn)行塑性加工，將氣眼IlA壓碎，同時使缸膛10的滑動面11平滑。具體地說，在塑性加工中，使用拋光輥壓法。圖2所示的拋光輥壓法所使用的拋光工具(Burnishing Tool) 100中，在護(hù)圈 (Retainer) 102的內(nèi)周面旋轉(zhuǎn)自由地設(shè)置有心軸(Mandrel) 101，通過心軸101的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的輥103以規(guī)定的間隔設(shè)置在護(hù)圈102上。輥103的一部分從護(hù)圈102的外周面突出。 需要說明的是，符號1是汽缸體的一部分。對缸膛10的內(nèi)周面應(yīng)用拋光工具100的情況下，使心軸101旋轉(zhuǎn)時，心軸101的旋轉(zhuǎn)力傳遞給輥103，從而使缸膛10的滑動面11發(fā)生塑性變形。由此，存在于缸膛10的滑動面11及其附近的氣眼IlA被壓碎，同時使得缸膛10的滑動面11變平滑(變?yōu)殓R面)。在此，為了使滑動面11的表面粗糙度Ra成為0. Ιμπι以下，優(yōu)選將拋光量(塑性變形量)設(shè)定為5μπι以上。為了將缸膛10的圓柱度設(shè)定為30 μ m以下，優(yōu)選將拋光量設(shè)定為5 85 μ m的范圍內(nèi)。為了將缸膛10的圓柱度設(shè)定為20 μ m以下，優(yōu)選將拋光量設(shè)定在5 50 μ m的范圍內(nèi)。通過如此設(shè)定拋光量，即使汽缸體1具有多個缸膛10時，也能實現(xiàn)圓柱度的各目標(biāo)值。接著，在缸膛10的滑動面11形成覆膜12。使用例如防燒結(jié)性高的DLC、 Ni-SiC (鎳-碳化硅)、CrN(氮化鉻)、Au (金)、Ag (銀)、Cu (銅)作為覆膜12的材質(zhì)。在沒有防燒結(jié)性高的覆膜12時，有由例如Al (鋁)形成的缸膛10與活塞之間的滑動導(dǎo)致缸膛10與活塞容易發(fā)生粘合(凝著)、并發(fā)生燒結(jié)(焼付t )的可能性，但通過形成覆膜12， 則不會發(fā)生燒結(jié)。在使用Ni-SiC膜作為覆膜時，優(yōu)選含有以單位面積比計為5 50%的SiC。SiC 的含有比例在上述范圍內(nèi)時，能夠獲得作為鍍覆膜的韌性，且防燒結(jié)性良好。由于防燒結(jié)性優(yōu)異且具有低摩擦性，所以將DLC作為覆膜12的材質(zhì)是優(yōu)選的。使用DLC時，通過例如等離子體CVD或PVD法形成DLC膜。在使用CrN時，通過例如蒸鍍形成CrN膜。本實施方式中，通過對覆膜形成前的滑動面11進(jìn)行塑性加工，將滑動面11及其附近的氣眼壓碎，同時使滑動面11平滑。因此，能夠充分除去氣眼IlA等缺陷，從而能夠防止覆膜12的剝離或裂紋的產(chǎn)生等。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)耐用可靠性的提高。并且，由于不需要用錘子等敲擊滑動面，所以能夠抑制變形的產(chǎn)生，其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)提高制品的品質(zhì)。實施例以下，參照具體的實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。實施例中，使用與實施方式同樣的方法，通過對由鑄造得到的汽缸體進(jìn)行鏜孔加工，形成具有滑動面的缸膛。接著，對缸膛的滑動面進(jìn)行使用了拋光輥壓法的塑性加工。對所得到的試樣，進(jìn)行表面粗糙度控制的評價和圓柱度的評價，從而研究塑性加工的最佳條件。1、實施例1 (表面粗糙度控制的評價)在實施例1中，進(jìn)行了表面粗糙度控制的評價。在鏜孔加工中，得到了多個具有大致相同程度的表面粗糙度的缸膛，在該缸膛的塑性加工中，改變拋光量，研究塑性加工前后的缸膛的表面粗糙度Ra(μ m)與拋光量之間的關(guān)系。其結(jié)果在圖3中示出。需要說明的是，實施例1中，每一個汽缸體僅對1個缸膛進(jìn)行塑性加工。圖3中， 將拋光量(μπι)規(guī)定為塑性加工前的缸膛的直徑與拋光工具loo的工具直徑(心軸ιο 的中心至輥103的最外周面的長度)之差。表面粗糙度控制的評價中，如果表面粗糙度Ra變?yōu)?. 1 μπι以下，則能夠使摩擦大幅降低，所以將表面粗糙度Ra的目標(biāo)值設(shè)定為0. 1 μπι以下，塑性加工后的表面粗糙度Ra在該范圍內(nèi)時評價為合格，在該范圍外時評價為不合格。由圖3可知，確認(rèn)了下述情況拋光量為5 μ m以上時，表面粗糙度Ra成為0. 1 μ m 以下，實現(xiàn)了目標(biāo)值，得到了所期望的平滑性。并且確認(rèn)到，此時，塑性加工后的表面粗糙度Ra成為大致恒定值，與拋光量無關(guān)。并且，確認(rèn)到，由于最佳拋光量根據(jù)塑性加工前的表面粗糙度Ra而變化，所以即使拋光量小于5 μ m，有時也可得到所期望的平滑性。2、實施例2 (圓柱度的評價)在實施例2中，進(jìn)行了圓柱度的評價。在鏜孔加工中，得到了具備具有大致相同程度表面粗糙度的缸膛的汽缸體，在該缸膛的塑性加工中，改變拋光量，獲得塑性加工后的缸膛的圓柱度(ym)與拋光量(ym)之間的關(guān)系，并進(jìn)行了圓柱度的評價。需要說明的是，將拋光量規(guī)定為塑性加工前的缸膛的孔徑與塑性加工后的缸膛的孔徑之差的最大值。如圖5 所示，圓柱度規(guī)定為塑性加工后的缸膛的孔徑的最大值Rl與最小值R2之差。具體地說，對于如下形態(tài)評價了圓柱度對于每個氣缸體只有一個缸膛進(jìn)行了塑性加工的形態(tài)(單鏜頭評價)，對于每個氣缸體有兩個缸膛進(jìn)行了塑性加工的形態(tài)(2鏜頭評價)，對于每個氣缸體有三個缸膛進(jìn)行了塑性加工的形態(tài)(3鏜頭評價)，對于每個汽缸體有四個缸膛進(jìn)行了塑性加工的形態(tài)(4鏜頭評價)。關(guān)于這些圓柱度評價，將塑性加工后的缸膛的圓柱度(Pm)與拋光量(ym)的關(guān)系示出于表1和圖4中。圖4是基于表1的數(shù)據(jù)制作的。需要說明的是，多個鏜頭的評價中，將塑性加工后的缸膛的圓柱度規(guī)定為最后進(jìn)行了塑性加工的缸膛的圓柱度。表 權(quán)利要求
1.一種缸膛的制造方法，所述缸膛具有與配合部件滑動的滑動面，其特征在于，通過對鑄造體進(jìn)行鏜孔加工，在所述鑄造體中形成所述滑動面，在所述鏜孔加工后，通過對所述滑動面進(jìn)行塑性加工，從而將滑動面及其附近的氣眼壓碎，同時使所述滑動面平滑，在所述塑性加工后，在所述滑動面上形成具有防燒結(jié)性的覆膜。
2.如權(quán)利要求1所述的缸膛的制造方法，其特征在于，使用含有以單位面積比計為5 50%的SiC的Ni-SiC膜作為所述覆膜。
3.如權(quán)利要求1所述的缸膛的制造方法，其特征在于，使用類金剛石碳膜作為所述覆膜。
4.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于單缸發(fā)動機(jī)或V型2缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 145 μ m的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于單缸發(fā)動機(jī)或V型2缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 85 μ m的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列2缸發(fā)動機(jī)或V型4缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 120 μ m的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列2缸發(fā)動機(jī)或V型4缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5μπι 65μπι的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列3缸發(fā)動機(jī)或V型6缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 125 μ m的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列3缸發(fā)動機(jī)或V型6缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 70 μ m的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列4 缸發(fā)動機(jī)或V型8缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 90 μ m的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在應(yīng)用于直列4 缸發(fā)動機(jī)或V型8缸發(fā)動機(jī)時，將所述塑性加工的塑性變形量設(shè)定在5 μ m 50 μ m的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1 3的任一項所述的缸膛的制造方法，其特征在于，在所述塑性加工中使用拋光輥壓法。
13.—種缸膛，其特征在于，在與配合部件滑動的滑動面及其附近，氣眼被壓碎，同時使得所述滑動面平滑，并且在所述滑動面形成有具有防燒結(jié)性的覆膜。
14.如權(quán)利要求13所述的缸膛，其特征在于，所述覆膜為含有以單位面積比計為5 50% 的 SiC 的 Ni-SiC 膜。
15.如權(quán)利要求13所述的缸膛，其特征在于，所述覆膜為類金剛石碳膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種缸膛的制造方法，所述缸膛具有與配合部件滑動的滑動面，本發(fā)明的缸膛的特征在于，通過對鑄造體進(jìn)行鏜孔加工，在所述鑄造體上形成所述滑動面，在所述鏜孔加工后，通過對所述滑動面進(jìn)行塑性加工，從而將滑動面及其附近的氣眼壓碎，同時使所述滑動面平滑，在所述塑性加工后，在所述滑動面上形成具有防燒結(jié)性的覆膜。
文檔編號F02F1/00GK102213157SQ20111008513
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者小林幸司 申請人:本田技研工業(yè)株式會社