專利名稱：被鑄入另一輕金屬鑄件中的輕金屬零件毛坯以及生產(chǎn)方法
如同例如從DE 4438550A1知道的鑄入曲軸箱的汽缸套的例子那樣，本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的被鑄入在另一輕金屬鑄件中的輕金屬零件毛坯，和按照權(quán)利要求6的前序部分的生產(chǎn)上述毛坯的方法。
將單獨(dú)制造的汽缸套鑄入輕金屬曲軸箱中，使之有可能優(yōu)化往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞在汽缸套中的運(yùn)行性能，而不管曲軸箱的材料如何。有可能，甚至已經(jīng)在這方面獲得了很大的成功。但是，在汽缸套鑄入輕金屬曲軸箱中時(shí)，可能由于這樣的事實(shí)而產(chǎn)生問(wèn)題，即缸套的外側(cè)與曲軸箱的結(jié)合不充分。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，材料上的結(jié)合不完善可能造成從往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中廢熱的排出受阻，而且在特別不利的情況下，甚至?xí)?dǎo)致汽缸套在曲軸箱中松動(dòng)。至于其它被鑄入的零件例如鑄造的活塞中的鍛造的活塞凹座，如果僅僅由于強(qiáng)度的理由，良好的結(jié)合是不可缺少的。
DE4328619C2深入研究了關(guān)于輕金屬零件在鑄入時(shí)，特別是在汽缸套被鑄入的情況下的良好的材料結(jié)合問(wèn)題，旨在通過(guò)汽缸套的有控制的預(yù)熱，在缸套的外面與曲軸箱材料之間得到無(wú)氣孔的材料結(jié)合。預(yù)熱至規(guī)定的溫度例如450℃并送入鑄模中的汽缸套毛坯通過(guò)流入的曲軸箱材料熔液使其表面被熔化(初期地)，并由此與曲軸箱材料緊密結(jié)合。平行地引向接觸表面的高熔液流可進(jìn)一步促進(jìn)這一作用，這不僅僅是由于有較好的熱交換而導(dǎo)致增加的初期熔化，而且也由于從缸套的接觸側(cè)洗去總是存在的氧化物皮。熔液的這種強(qiáng)烈的相對(duì)流動(dòng)可以用各種措施來(lái)保證。上述公開資料在這方面提到一種巧妙的選擇和澆鑄口的分布或熔液的攪動(dòng)或者甚至誘導(dǎo)在熔液中產(chǎn)生液體流動(dòng)的渦流電。這一方法的缺點(diǎn)為，預(yù)熱至導(dǎo)致確實(shí)的初期熔化的溫度的汽缸套毛坯難于操作，尤其在鑄造多缸曲軸箱時(shí)。在將各個(gè)預(yù)熱的汽缸套依次逐步放入鑄模中時(shí)，必然由于冷卻而不得不允許在鑄造作業(yè)中有不同的汽缸套溫度或是在鑄模中設(shè)置加熱元件，以保持已經(jīng)放入的汽缸套毛坯為熱的，這樣，就使鑄模復(fù)雜化并對(duì)熱從正在凝固的鑄件中的散發(fā)起著不利的作用。在任何情況下，必然安裝一個(gè)預(yù)熱爐，它導(dǎo)致更多的投資費(fèi)用，而最重要的則是導(dǎo)致更多的運(yùn)行能源費(fèi)用。此外，高的預(yù)熱溫度可能導(dǎo)致汽缸套材料中的非所希望的組織變化，這種變化會(huì)對(duì)汽缸套的運(yùn)行性能起著不良的影響。在任何情況下，如果汽缸套毛坯在鑄入時(shí)熔化至靠近運(yùn)行表面的區(qū)域，就可以得到與摩擦學(xué)有關(guān)的組織變化。此處必須考慮到，在汽缸套毛坯的內(nèi)側(cè)必須備有至少1mm左右的機(jī)械加工余量。因此，為了防止汽缸套毛坯在各處真正完全熔化，必須提供一個(gè)相應(yīng)的厚壁毛坯。但是，由于汽缸的間距是越小越好，因此希望有盡可能薄的壁的汽缸套。另一方面，如果汽缸套由于某種理由也就是說(shuō)，出于謹(jǐn)慎或由于不小心而不能充分預(yù)熱，則至少在模鑄時(shí)只有非常短的時(shí)間可用于充滿模子和到凝固開始，以致所說(shuō)的這種初期熔化措施在此可用的短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)或是只能實(shí)現(xiàn)得很不完全。
本發(fā)明的目的為改善被鑄入的輕金屬結(jié)構(gòu)零件的這一類毛坯和相應(yīng)的制造方法，使其達(dá)到這樣一個(gè)效果，即毛坯在鑄入時(shí)，即使不預(yù)熱，也能在寬廣的面積上與鑄件周圍的鑄造材料形成緊密的材料結(jié)合。
按照本發(fā)明相應(yīng)這一類的毛坯，通過(guò)權(quán)利要求1的特征，同時(shí)就方法而言，通過(guò)權(quán)利要求6的特征，可以達(dá)到此目的。重要的是，毛坯的外接觸表面具有很多帶坡度的材料隆起例如棱錐形或矛形隆起的形貌，這些隆起的基部不受干擾地在寬廣的區(qū)域中進(jìn)入毛坯的基體材料中。雖然存在有氧化物皮，但是毛坯接觸側(cè)的這許多小的棱錐形或矛形突起材料結(jié)疤或材料堆積的頂峰在其與周圍鑄件的熔液接觸時(shí)就在其頂峰區(qū)立即開始熔化，這是因?yàn)?，在此小接觸區(qū)中，因與熔液接觸而供應(yīng)的熱能足夠高，而熱散入材料的深度在開始時(shí)仍然小，因此在局部有足夠的能量密度用于克服局部的氧化物皮壁壘。已經(jīng)開始的初期熔化在毛坯接觸側(cè)的近表面層中非常迅速地蔓延。棱錐形或矛形突起材料結(jié)疤或材料堆積由此構(gòu)成用于初期熔化過(guò)程的開始部位。由于已經(jīng)一度開始的初期熔化過(guò)程的迅速發(fā)展以及由于接觸側(cè)已經(jīng)被這種開始部位稠密地覆蓋，那些初期熔化開始的部位非常快地結(jié)合成連續(xù)的近表面初期熔化區(qū)。因此，初期熔化迅速蔓延至表面區(qū)，但是在毛坯壁厚中滲透的深度比較淺，以致在毛坯壁的反面?zhèn)壤缭诨钊\(yùn)行的這一側(cè)，組織仍然保持不受影響。
采用本發(fā)明，可以得到下列許多非常不同的優(yōu)點(diǎn)·取消鑄入零件特別是被鑄入的汽缸套毛坯的預(yù)熱，同時(shí)去掉與之有關(guān)的投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用和操作問(wèn)題。
·通過(guò)將鑄入零件的外表面或接觸表面打毛，可以同時(shí)達(dá)到任何情況下都需要的清潔的作用，因而不再需要單獨(dú)的清潔，用于打毛的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用與用于清潔的費(fèi)用大致差不多，因此，粗糙化實(shí)際上不需要額外的費(fèi)用；·在鑄入的汽缸套毛坯的情況下，可以以高度的工藝可靠性避免汽缸套毛坯的運(yùn)行側(cè)的與摩擦學(xué)有關(guān)的組織變化；·有可能用于具有較小的壁厚的鑄入零件；至少可以采用比鑄件預(yù)熱的鑄入工序更高的工藝可靠性控制較小的壁厚；·較小的汽缸壁厚度允許有較小的汽缸間隔，因此，當(dāng)活塞容量保持不變時(shí)，有較短的、較輕的和低成本的發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)允許在汽車中有較小的發(fā)動(dòng)機(jī)空間，同時(shí)，由于與質(zhì)量有關(guān)，可使被其驅(qū)動(dòng)的汽車的燃料消耗較低；·與未經(jīng)打毛的鑄入零件的鑄入相比，可以在鑄入零件與鑄件周圍部分之間在接觸表面的范圍內(nèi)得到一具有廣泛的、均勻的、高品質(zhì)的冶金結(jié)合；·在汽缸套的情況下，如測(cè)量結(jié)果所示，可以得到較高的制造精度，特別是與制造有關(guān)的汽缸翹曲，這是因?yàn)椋c曲軸箱有良好的材料結(jié)合的汽缸套比基本上只被形狀配合地包圍的汽缸套有較大的剛度；·由于汽缸套與曲軸箱材料的較好的冶金結(jié)合，因此有可能得到較大的剛度，得到周向與軸向都均勻即均質(zhì)的汽缸壁，而且在裝配汽缸頭并在其間設(shè)有密封墊時(shí)，得到較小的與裝配有關(guān)的汽缸翹曲；·由于汽缸套在曲軸箱中的高強(qiáng)度材料結(jié)合，在汽缸套的端面上不需要有固定肩環(huán)，因而汽缸套可以單純地從制造技術(shù)方面設(shè)計(jì)，并可由此以合適的成本生產(chǎn)；·在汽缸套的情況下，由于汽缸套與曲軸箱材料的較好的冶金結(jié)合，因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，有較好的、在表面區(qū)更均勻的熱傳遞，可以得到汽缸套在周向和軸向的較均勻的溫度分布曲線和較少的與熱有關(guān)的汽缸翹曲；·此外，很好地結(jié)合的汽缸套的溫度水平總體上低于未曾打毛就鑄入的汽缸套的溫度水平，這在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)油的揮發(fā)率有有利的作用，因而對(duì)油的消耗和廢氣中的由潤(rùn)滑油產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锖坑杏欣淖饔?；·較高的與制造有關(guān)的尺寸精度、較小的與裝配有關(guān)的汽缸翹曲和汽缸套的較小的與運(yùn)行有關(guān)的熱翹曲本身又使之有可能得到較小的活塞間隙，它對(duì)廢氣中的由燃料產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏暮坑杏欣淖饔?；·還有，運(yùn)行表面的高尺寸精度使活塞的振動(dòng)程度較小，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)有較平穩(wěn)的運(yùn)行；·運(yùn)行表面的高尺寸精度還造成活塞環(huán)的較好的密封作用，因而有較小的漏氣損失和較少的油耗，也即有較高的效率、較低的燃燒損耗和較小的特別是由油產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏纳l(fā)。
本發(fā)明的合適的實(shí)施例可以從從屬權(quán)利要求中得到；還有，本發(fā)明在下面還參考附圖中所示的實(shí)施例作了說(shuō)明，這些圖是

圖1示出了其中鑄入有汽缸套的往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的局部剖視圖；圖2示出了用于按照?qǐng)D1的往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套毛坯的細(xì)節(jié)；圖3示出了按照?qǐng)D2的毛坯的壁在近表面區(qū)的金相剖面(圖2的III的細(xì)部)，它說(shuō)明外表面的粗糙度；圖4示出了按照?qǐng)D2的毛坯的外表面的細(xì)部(圖2的IV的細(xì)部)的掃描電子顯微鏡照片，它說(shuō)明了表面的形貌；圖5示出了按照?qǐng)D1的曲軸箱汽缸壁在鑄入的汽缸套與曲軸箱基體材料之間的邊界區(qū)中，在汽缸套與曲軸箱基體材料之間有良好的材料結(jié)合處的金相剖面(圖1的V的細(xì)部)；圖6示出了與圖5相似的金相剖面，但具有比圖5大不到10倍的放大系數(shù)；其位置為在汽缸套與曲軸箱基體材料間有多孔結(jié)合之處；圖7示出了與圖6相似的并具有與圖6相似的放大的金相剖面，但其位置為在汽缸套與曲軸箱基體材料間沒有任何結(jié)合之處；圖8a至8f為按照本發(fā)明的其外面已經(jīng)打毛的六缸曲軸箱的鑄入汽缸套的運(yùn)行表面在鑄入前的多個(gè)超聲波反射照片，它示出了在汽缸套的展開的創(chuàng)成表面上汽缸套與曲軸箱基體材料間的結(jié)合分布，其中，表示材料結(jié)合良好的交叉線區(qū)在比例上占據(jù)了大的表面積；圖9a至9h作為比較而示出了設(shè)計(jì)基本相同但是有八個(gè)缸的曲軸箱的類似的多個(gè)超聲波反射照片，其中，汽缸套毛坯在其外側(cè)是按傳統(tǒng)的方式用車床切削加工的，其具有良好結(jié)合的交叉線區(qū)占據(jù)了小部分的表面積；圖10示出了一種工藝方法布置，它用于用顆粒對(duì)汽缸套毛坯外表面進(jìn)行噴丸；圖11示出了幾個(gè)硬材料顆粒的放大的細(xì)部，該材料經(jīng)過(guò)破碎，以致具有銳利的邊緣并用于按照本發(fā)明的表面噴丸；圖12示出了噴丸顆粒在使用后和噴丸材料經(jīng)過(guò)處理后處于新的狀態(tài)時(shí)尺寸的不同頻率分布曲線。
在圖1中局部示出的往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)包括一壓鑄的曲軸箱2，其中設(shè)置有在頂部自由直立(所謂敞頂設(shè)計(jì))的汽缸4，每個(gè)用于容納一汽缸套6，活塞3在汽缸套中被導(dǎo)向，以便能上下移動(dòng)。在曲軸箱2的頂上裝有具有用于氣體交換和氣體點(diǎn)火的裝置的汽缸頭1，其間設(shè)有汽缸頭密封墊。在曲軸箱內(nèi)，在汽缸罩4的周圍設(shè)有用于形成冷卻汽缸用的水套的空間。
汽缸套6用最好是過(guò)共晶鋁/硅合金制成并作為單獨(dú)的零件用一種在此處無(wú)更多興趣的方法預(yù)先制造，然后作為毛坯鑄入曲軸箱2中并與曲軸箱一起進(jìn)行最終的機(jī)加工。
在汽缸套鑄入曲軸箱中時(shí)，重要的是，在缸套材料與曲軸箱材料之間，在盡可能大的面積部分中建立一良好的、不受干擾的材料結(jié)合。為達(dá)到此目的，被輕金屬曲軸箱2的材料16包圍的毛坯9的外表面10上具有規(guī)定的最小粗糙度20μm，最好為30～60μm，此表面的形貌由帶坡度的棱錐形或矛形的凸起材料結(jié)疤或材料堆積11形成。形狀與尺寸都隨機(jī)并在其表面10上大體均勻分布的向外帶坡度的材料隆起在其基部不受干擾地在寬廣的區(qū)域中進(jìn)入汽缸套的基體材料中。雖然有氧化物皮，但是當(dāng)曲軸箱材料遇上汽缸套的外表面10時(shí)，這許多小的材料隆起的頂峰立即開始熔化，這是因?yàn)椋谶@些小接觸區(qū)中，由與熔液接觸而供應(yīng)的熱能足夠高，而熱散入材料的深度在開始時(shí)仍然較小，因此在局部有足夠的能量密度用于克服局部的氧化物皮壁壘。已經(jīng)開始的初期熔化在汽缸套毛坯的接觸側(cè)的近表面層中非常迅速地蔓延。由于已經(jīng)一度開始的初期熔化過(guò)程的迅速發(fā)展以及由于接觸側(cè)已經(jīng)被這種開始部位稠密地覆蓋，那些初期熔化已經(jīng)非?？斓亻_始的部位結(jié)合在連續(xù)的近表面的初期熔化區(qū)中。因此，初期熔化迅速地蔓延至表面區(qū)，但是在汽缸套壁中滲透的深度比較淺，以致汽缸套的靠近活塞運(yùn)行側(cè)的組織仍然保持不受影響，這時(shí)仍然要考慮至少1mm的機(jī)加工余量。在鑄入作業(yè)中，盡管放入鑄模中的汽缸套的溫度較低，但在汽缸套與曲軸箱之間仍在廣大的區(qū)域中形成良好的材料結(jié)合。由于低的溫度例如室溫，汽缸套可以不困難地進(jìn)行處理和儲(chǔ)存。甚至當(dāng)送入鑄模的汽缸套間接地通過(guò)鑄模旁邊的、汽缸套在其上滑入規(guī)定的位置的對(duì)中芯棒冷卻時(shí)，在鑄入時(shí)仍然有良好的結(jié)合。由于這種冷卻，例如由于水經(jīng)過(guò)對(duì)中芯棒流動(dòng)，不僅可以減少鑄造的冷卻時(shí)間，由此提高生產(chǎn)率，而且還有可能防止汽缸套的組織在遠(yuǎn)低于熔化溫度時(shí)的加熱，而這種加熱有時(shí)會(huì)造成組織變化。
下面將參考圖5至9更詳細(xì)地說(shuō)明可以達(dá)到的良好的材料結(jié)合的品質(zhì)。系列圖5、6和7示出了從鑄入的汽缸套與曲軸箱基體材料之間的接觸區(qū)(按照?qǐng)D1的V的細(xì)部)得到的金相剖面的三個(gè)根本不同的結(jié)合品質(zhì)。
圖5以用延伸的比例指出的很高的放大示出汽缸套與曲軸箱基體材料之間的良好結(jié)合，上述結(jié)合在圖8a至8f和9a至9h的圖示中用交叉線表示，圖5的圖示中清楚地顯示出汽缸套的材料15在前接觸區(qū)17不受干擾地進(jìn)入曲軸箱的材料16。
圖6示出了在汽缸套與曲軸箱基體材料之間的多孔結(jié)合處的與圖5相似的金相剖面，但是可以從所代表的比例尺看出，它以小于10的因子放大，其結(jié)合范圍用圖8a至8f和9a至9h中的小點(diǎn)表示。此處，有良好結(jié)合的小的部位與不同材料之間的較廣大的波面對(duì)照區(qū)(region offront-like contrast)交替，在該區(qū)域中，還夾入空氣夾雜物。
在以與圖6相同的放大率示出的按照?qǐng)D7的金相剖面中，可以看到汽缸套與曲軸箱基體材料之間沒有任何結(jié)合的部位；在圖8a至8f和9a至9h的圖示中，這些區(qū)是空白的，在接觸區(qū)17可以看到一個(gè)具有至少1μm的寬度的間隙和許多空氣夾雜物。
圖8a至8f和圖9a至9h分別示出了6缸曲軸箱和8缸曲軸箱的鑄入汽缸套的運(yùn)行表面的超聲波反射照片(它們的更詳細(xì)的情況將在下面說(shuō)明)，上述汽缸套在鑄入前在其外側(cè)經(jīng)過(guò)不同的處理，圖9a和9a指定為曲軸箱的第一缸，8b和9b為第二缸，等等，而圖8f則指定為第六缸，圖9h則為第八缸。兩個(gè)例子都涉及具有V形汽缸排布置的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是為什么各個(gè)汽缸的反射照相按兩排布置的原因。矩形的兩個(gè)長(zhǎng)邊分別對(duì)應(yīng)于汽缸運(yùn)行表面的上端和下端。矩形的兩個(gè)短邊對(duì)應(yīng)于朝向內(nèi)燃機(jī)的前側(cè)或控制室側(cè)的運(yùn)行表面的創(chuàng)成線；矩形創(chuàng)成面的垂直中心線朝向發(fā)動(dòng)機(jī)的后方(在該處放置傳動(dòng)箱)。照片的垂直的四分之一分割線和四分之三分割線必須想象為位于汽缸列的側(cè)面。具體一些，反射照片的朝向圖8與9的中間的上述分割線對(duì)應(yīng)于朝向V形發(fā)動(dòng)機(jī)的中間的創(chuàng)成線，也就是說(shuō)對(duì)應(yīng)于在入口側(cè)的創(chuàng)成線，而朝向圖的邊緣的分割線對(duì)應(yīng)于外創(chuàng)成線，即在出口側(cè)的創(chuàng)成線。
這種超聲反射照片是在水下拍攝的，水用作超聲波源或超聲波接收器和被檢測(cè)的對(duì)象之間的傳播與接觸介質(zhì)。水與壁的材料在一定程度上構(gòu)成多少是均質(zhì)的用于超聲波的傳播介質(zhì)，上述傳播介質(zhì)受到金屬中的缺陷例如橫過(guò)傳播方向的間隙或沒有材料結(jié)合的接觸部位的干擾。只有小部分超聲波可以跨過(guò)這類缺陷，而主聲能的大部分則在這些缺陷處被反射。在被測(cè)試的汽缸套的中部，在規(guī)定的高度處，并且以規(guī)定的取向，安裝一個(gè)同時(shí)也是一個(gè)超聲波接收器的超聲波發(fā)射器。超聲波發(fā)射器以高的方向性發(fā)出非常短的超聲波信號(hào)，而超聲波接收器則接收從汽缸壁上反射回來(lái)的回聲，記錄回聲的強(qiáng)度而不是傳播時(shí)間，由于這類超聲波的結(jié)果，被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部的非金屬夾雜物通過(guò)被反射的聲音的強(qiáng)度的增加而被檢測(cè)到，這與塵粒、煙霧或其類似物可以通過(guò)明亮的光線的光束而在氣體中可見相類似。在鑄入的汽缸套與曲軸箱之間沒有缺陷且材料結(jié)合良好的地方-按照?qǐng)D5-發(fā)射的超聲波脈沖在穿過(guò)無(wú)缺陷的壁時(shí)實(shí)際上沒有任何回聲；回聲的強(qiáng)度在此處非常低。在被空氣夾雜物和小的間隙干擾的地方(圖6)，被反射的超聲波的強(qiáng)度要高得多，而在間隙沿一寬廣的區(qū)域延伸的情況下(圖7)，發(fā)射的超聲波的非常大的一部分被反射。借助于這種試驗(yàn)布置，可以以高的局部分辨率逐行掃描整個(gè)汽缸套的表面，從而可如圖8a至8f和9a至9h所示在汽缸套的展開的創(chuàng)成表面上形成超聲波反射照片。
圖8a至8f的超聲波反射照片示出汽缸套與曲軸箱基體材料之間的良好結(jié)合。這些汽缸套在被鑄入以前在其外側(cè)10上按照本發(fā)明進(jìn)行了打毛。代表良好的材料結(jié)合的交叉線區(qū)在此處按比例占據(jù)了約80至95％的大表面區(qū)。只有在少數(shù)汽缸中在傳動(dòng)箱側(cè)或入口側(cè)的區(qū)域包含具有不良結(jié)合的區(qū)域，這些比較小的部位具有可以容忍的大小。在汽缸套的周向位置沒有與曲軸箱材料完全沒有材料結(jié)合的部位。如果材料結(jié)合區(qū)只在軸向上較短，則只限于在少數(shù)汽缸的周向的個(gè)別局部小部位的區(qū)域中。此外，無(wú)論就一個(gè)曲軸箱的個(gè)別汽缸或是依次鑄造的曲軸箱而言，這些圖象都是不能復(fù)制的。此處，當(dāng)然可能通過(guò)優(yōu)化措施得到進(jìn)一步的改善，尤其是關(guān)于熔液的引導(dǎo)。
在圖8的個(gè)別反射照片的上緣區(qū)中，有一沒有任何材料結(jié)合的狹條，這在實(shí)際中是不足為奇的，這是因?yàn)椋鶕?jù)鑄造位置和熔液引導(dǎo)，包圍鑄造作業(yè)是從底部向上進(jìn)行的，上部區(qū)域是熔液最后到達(dá)的區(qū)域。不過(guò)，由于此結(jié)合不良的區(qū)域位于活塞環(huán)上方的所謂活塞端環(huán)槽脊區(qū)，因此，為了使污染物質(zhì)排放少，在此區(qū)域完全希望有較高的汽缸壁溫度，而且任何與裝配有關(guān)的汽缸翹曲(Warping)是絕對(duì)可以忽略的。
反之，作為對(duì)比，按照?qǐng)D9a至9h的超聲波反射照片示出，當(dāng)汽缸套毛坯在其外側(cè)按傳統(tǒng)方法用車床切削時(shí)，其結(jié)合結(jié)果是如何較差的，該照相取自設(shè)計(jì)基本相同，但是有八個(gè)缸的曲軸箱的例子。雖然被鑄造在一起的零件的良好結(jié)合與不良結(jié)合的分布在此處是比較均勻地復(fù)制的，但其結(jié)果很差。具體一些，在按照?qǐng)D9的超聲波反射照片中，具有良好結(jié)合的交叉線區(qū)域按比例只占據(jù)很小的表面積，即約20％。有良好結(jié)合的部位全部按照熔液的引導(dǎo)位于曲軸箱的出口側(cè)。未結(jié)合的或有受干擾的結(jié)合的比例很高，同時(shí)，在某些情況下，至少是在規(guī)定的載荷和/或環(huán)境條件下，將削弱運(yùn)行廢熱從內(nèi)燃機(jī)至冷卻水的正確散發(fā)。此外，由于汽缸套在周向與軸向上都有不均勻的溫度分布，因而使汽缸套有高度不規(guī)則的熱變形，因此需要有較大的活塞間隙，而這又會(huì)由于在活塞周向與汽缸運(yùn)行表面之間的較大的間隙量而在廢氣中產(chǎn)生較高比例的未燃燒的碳?xì)浠衔铩＿€有，對(duì)按照?qǐng)D9a至9h有缺陷地鑄入的汽缸套所作的指責(zé)為，在大的周向區(qū)域中，它們沿軸向未與曲軸箱材料連接，同時(shí)，在這些部位，它們可能會(huì)在汽缸頭密封墊的壓力的作用下沿軸向位移，不僅導(dǎo)致汽缸頭密封墊的推擠力的不均勻分布，而且還加大汽缸套的不均勻變形。運(yùn)行表面的不均勻的形狀，也就是說(shuō)，汽缸形狀與圓形和與直線的創(chuàng)成形狀的幾個(gè)μm左右的偏差對(duì)活塞的平穩(wěn)運(yùn)行和對(duì)活塞環(huán)的良好的密封作用均有不良的影響。在汽缸套在鑄入時(shí)無(wú)初期熔化的情況下，已經(jīng)在汽缸套的端面上在外部做出固定肩環(huán)，上述肩環(huán)用于保證汽缸套在曲軸箱中的軸向形狀相配的連接并防止汽缸套軸向松動(dòng)。不過(guò)，這種肩環(huán)通常只能通過(guò)附加的機(jī)加工作業(yè)(在兩個(gè)肩環(huán)之間用車床進(jìn)行切削加工)并用更多的原料做出。
為了可以在被鑄入的汽缸套毛坯上做出按照本發(fā)明的表面打毛，首先要生產(chǎn)一管狀毛坯并將其機(jī)加工成所要求的形狀與所要求的尺寸。為了將其表面被輕金屬曲軸箱2的材料16包圍的毛坯9的外表面10打毛，要用顆粒13對(duì)此表面噴丸，該顆粒要破碎成具有銳利的邊緣并由脆而硬的材料最好是高級(jí)的金剛砂組成，顆粒由用噴嘴18引導(dǎo)的空氣流12攜帶。攜帶有顆粒的氣流大體上橫向地指向毛坯9的表面10的處理部位，也就是說(shuō)成一90±45°的角度α。當(dāng)氣流沖擊毛坯9時(shí)，顆粒將其表面10打毛并將材料按棱錐體形或矛形往上推，以形成材料堆積11，或使材料結(jié)疤突起，從而形成尖的或銳緣的材料隆起，它們?cè)趯拸V的區(qū)域中在其基部上進(jìn)入基體材料中，攜有顆粒的空氣流必須對(duì)其主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，特別是關(guān)于顆粒的流速或顆粒打擊在外表面上的速度和空氣流中的顆粒密度，而所要求的打毛的外表面的表面形貌和汽缸套與包圍鑄件的材料的最佳冶金結(jié)合則是優(yōu)化的兩個(gè)主要結(jié)果?？墒?，對(duì)于顆粒噴丸領(lǐng)域的一般專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，這類參數(shù)優(yōu)化都是十分合理的。
所用的硬材料顆粒13有一約70μm的平均粒子尺寸d。這一平均尺寸基本上還確定了所得到的粗糙度的大小。平均粒子尺寸應(yīng)當(dāng)大于所尋求的粗糙度。采用破碎成具有銳利邊緣并且平均粒子尺寸約為70μm的噴丸材料，則可得到30～60μm的粗糙度。對(duì)平均粒子尺寸給出的值是一統(tǒng)計(jì)平均值，它如圖12的曲線所示，可以按照鐘形頻率分布19向上或向下超過(guò)。顯然，顆粒13作用在外表面10上的沖擊也產(chǎn)生作用在顆粒上的力，以致至少一部分顆粒破碎。因此，在采用顆粒噴丸時(shí)，所用的硬材料顆粒的粒子尺寸將如圖12的用點(diǎn)劃線代表的頻率分布20所示，向著較小的平均粒子尺寸(d″)移動(dòng)。通過(guò)不斷地或反復(fù)地經(jīng)常從顆粒流中濾去細(xì)的成份(按照?qǐng)D12的分布曲線中的左手區(qū)14)并通過(guò)輸入一定量的、大體質(zhì)量相等的新顆粒混合物，就有可能得到靠近平均顆粒直徑d′的頻率分布21，該直徑只略小于初始的平均直徑d。通過(guò)按此方式處理顆?；旌衔?，就可以得到一大體恒定的顆粒尺寸，因而是大體恒定的表面粗糙度。
在選擇與處理噴丸材料時(shí)，重要的是，不僅使顆粒尺寸，而且使顆粒形狀為最佳，而且要通過(guò)合適的處理措施，使之保持最佳。優(yōu)選的是具有尖角的碎片狀的、矛狀的、四面體的棱錐狀的，而在本例子的情況下，立方形甚至球形的顆粒對(duì)打毛是不利的。至于通過(guò)打擊工件而破碎的顆粒，較好的是在某些情況下在用過(guò)多次之后將顆粒全部破碎并粉碎成細(xì)的成分，以便分離出來(lái)，而不是僅僅使它們的角被敲去，成為圓石子形。按這樣方式“變圓”的顆粒不能起所要求的打毛的作用，而是從顯微鏡下可以看出，它反而在噴丸后的表面上留下比較光滑的敲打的組織。首先可在脆性材料中觀察到所要求的破碎行為。
權(quán)利要求
1.一種被鑄入另一輕金屬鑄件(2)中的輕金屬零件毛坯(9)，它在其外表面(10)上具有大于20μm的粗糙度并被輕金屬鑄件(2)的材料(16)包圍，此表面的形貌由帶坡度的、大體為棱錐形或矛形的凸起材料結(jié)疤或材料堆積(11)形成，它們?cè)谄浠恐苯舆M(jìn)入毛坯的基體組織中。
2.如權(quán)利要求1所述的毛坯，其特征為，形狀與尺寸都隨機(jī)的棱錐形或矛形凸起材料結(jié)疤或材料堆積(11)在其表面(10)上按統(tǒng)計(jì)平均大體均勻地分布。
3.如權(quán)利要求1所述的毛坯，其特征為，毛坯(9)在其外表面(10)上的峰與谷之間的高度約為30～60μm。
4.如權(quán)利要求1所述的毛坯，其特征為，被鑄入的輕金屬零件為一汽缸套(9)，而容納此輕金屬零件的輕金屬鑄件為一往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(8)的模鑄的曲軸箱(2)。
5.如權(quán)利要求4所述的毛坯，其特征為，汽缸套(9)的材料(15)為過(guò)共晶鋁/硅合金。
6.一種用于生產(chǎn)鑄入鑄件的金屬毛坯的方法，在此方法中，首先生產(chǎn)一毛坯并將其機(jī)加工至所要求的形狀與尺寸，接著，使將被鑄件材料包圍的毛坯的外表面用一被引導(dǎo)的由硬材料組成的并在流動(dòng)的氣體中被攜帶的顆粒流噴丸處理，以特別用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1的毛坯，其特征為，采用金剛砂最好是高級(jí)金剛砂作為噴丸毛坯(9)的表面(10)的顆粒(13)，該金剛砂被破碎成具有銳利的邊緣并具有約70μm的平均粒子尺寸(d)，毛坯由輕金屬合金(15)形成并被鑄入同樣由輕金屬(16)形成的鑄件(2)中，由此，毛坯(9)的經(jīng)過(guò)噴丸的表面(10)被打毛，而毛坯(9)的靠近表面的材料則得到棱錐形或矛形的凸起結(jié)疤或堆積(11)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，將由空氣攜帶的顆粒流以90±45°的角度(α)導(dǎo)至毛坯(9)的表面(10)的處理部位。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，使由于將所用的硬材料顆粒(13)在使用中 破碎而形成的細(xì)的成分(14)連續(xù)地從顆粒(13)中分離，并通過(guò)加入大體上質(zhì)量相同并具有規(guī)定的平均粒子尺寸(d)的新粒子(13)，至少大體上保持在運(yùn)行中的噴丸顆粒材料的平均粒子尺寸(d′)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，為了生產(chǎn)將被鑄入往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輕金屬曲軸箱(2)的汽缸套(6)的毛坯，首先要生產(chǎn)管狀毛坯(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種優(yōu)先由過(guò)共晶鋁/硅合金形成并被鑄入曲軸箱的汽缸套毛坯,以及一種生產(chǎn)上述毛坯的方法。采用一種特殊的表面處理,毛坯在其外側(cè)有30～60μm的粗糙度,其形狀為棱錐形或矛形的凸起材料結(jié)疤或材料堆積。這是通過(guò)噴丸達(dá)到的,由脆的硬材料最好是高級(jí)金剛砂組成的顆粒被破碎以具有銳利的邊緣,它有約70μm的平均尺寸。所形成的細(xì)的成分被不斷地分離,平均粒子尺寸通過(guò)添加新的顆粒而得到保持。
文檔編號(hào)F02F1/00GK1180598SQ97117670
公開日1998年5月6日 申請(qǐng)日期1997年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月27日
發(fā)明者弗朗茨·呂克特, 彼得·施托克爾 申請(qǐng)人:戴姆勒－奔馳公司