具有輥壓拋光凹部的缸套的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及缸套，更具體地，涉及具有棍壓拋光(roll-burnished)肩部的缸套。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(例如柴油或汽油發(fā)動(dòng)機(jī))包括限定多個(gè)缸膛的缸體?；钊诟滋艃?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力。通常，每個(gè)缸膛包括可替換缸套。缸套包括適配在缸膛內(nèi)的柱形主體。缸套還可包括支撐缸體上的缸套的在主體頂端處的徑向法蘭。
[0003]在將缸套裝入缸體的安裝過(guò)程中和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，缸套中引起高應(yīng)力。這些應(yīng)力在支撐缸體上的缸套的法蘭附近可以特別高。由于這些高應(yīng)力，缸套的接近法蘭的區(qū)域易于疲勞失效。因此，可在缸套上執(zhí)行各種強(qiáng)化操作以增加其在該關(guān)鍵區(qū)域的強(qiáng)度。
[0004]于2004年5月11日授權(quán)給Wakade等人的美國(guó)專利N0.6732699 ( ‘699專利)中公開(kāi)一種用來(lái)提高缸套強(qiáng)度的示例性操作。具體地，‘699專利公開(kāi)一種具有徑向上部法蘭的鑄鐵缸套，所述法蘭具有在法蘭與缸套的外部表面之間連接處形成的弧形圓角。在‘699專利的缸套中，鄰近弧形圓角的部分材料被激光硬化以提高該區(qū)域中材料的抗疲勞強(qiáng)度。
[0005]雖然在該區(qū)域中利用激光硬化可增加缸套的疲勞壽命，但是該方法不是最優(yōu)的。例如，實(shí)施激光硬化會(huì)增加缸套的成本。此外，在一些應(yīng)用中，缸套的潛在失效起始部位對(duì)于激光硬化來(lái)說(shuō)不容易接近。
[0006]本發(fā)明的缸套解決上述的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一方面，公開(kāi)一種缸套。所述缸套可包括沿縱向軸線從頂端延伸到底端的空心大致柱形主體和從主體的頂端徑向向外延伸的環(huán)形法蘭。缸套還可包括在最靠近主體的底端的一側(cè)鄰近法蘭的環(huán)形凹部。所述凹部可具有:第一軸向端和第二軸向端；在第一軸向端與第二軸向端之間延伸的大致直部分；以及在直部分與第一軸向端和第二軸向端中的至少一個(gè)之間的相交部分處形成的至少一個(gè)圓角?？稍谘刂v向軸線的方向上對(duì)直部分和所述至少一個(gè)圓角實(shí)施輥壓拋光操作。
[0008]另一方面，公開(kāi)一種制作缸套的方法。所述方法可包括制造沿縱向軸線從頂端延伸到底端的空心大致柱形主體和從主體的頂端徑向向外延伸的環(huán)形法蘭。方法還可包括沿著縱向軸線實(shí)施輥壓拋光操作以在最靠近主體的底端的一側(cè)形成鄰近法蘭的環(huán)形凹部。
[0009]又一方面，公開(kāi)一種缸套。所述缸套可包括沿縱向軸線從頂端延伸到底端的空心大致柱形主體和從主體的頂端徑向向外延伸的環(huán)形法蘭。所述方法還可包括在最靠近主體的底端的一側(cè)鄰近法蘭的環(huán)形凹部。所述凹部可具有:在法蘭與凹部之間相交部分處形成的第一圓角；在凹部與缸套的外表面之間相交部分處形成的第二圓角；以及在第一圓角與第二圓角之間延伸并與第一圓角和第二圓角相切的大致直部分?？稍谘刂v向軸線的方向上對(duì)直部分和第一圓角與第二圓角中的至少一個(gè)圓角實(shí)施輥壓拋光操作。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是示例性公開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視立體圖；
[0011]圖2是可連同圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的示例性公開(kāi)缸套的橫截面視圖；
[0012]圖3是圖2的缸套的肩部的橫截面視圖；和
[0013]圖4是制作圖2的缸套的示例性公開(kāi)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出發(fā)動(dòng)機(jī)10的示例性實(shí)施例，所述發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是任何其它類型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，例如二沖程或四沖程的汽油或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0015]除了其它之外，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括活塞12的組件、連桿14、以及曲軸16。每個(gè)活塞12可通過(guò)連桿14中的一個(gè)相應(yīng)連桿連接到曲軸16，使得活塞12的運(yùn)動(dòng)引起曲軸16的旋轉(zhuǎn)。這些組件可一起操作以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室18內(nèi)的一系列爆炸將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成曲軸16的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些爆炸可使發(fā)動(dòng)機(jī)10的活塞12和連桿14在缸20內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。以該方式，缸20可充當(dāng)其中發(fā)生燃燒過(guò)程的壓力容器和用于活塞12在它們內(nèi)滑動(dòng)的導(dǎo)向件。
[0016]可在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22內(nèi)將缸20布置成彼此成角度的兩排。每排可包括定位在曲軸16的相同側(cè)上的一組缸20，它們的軸線位于通過(guò)曲軸16的軸線的公共平面中。每個(gè)缸20可通過(guò)缸蓋26在其頂部密封。能夠在缸20內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞12可因此限定可變?nèi)莘e的燃燒室18。
[0017]圖2示出示例性缸套28的橫截面視圖，所述缸套28可用來(lái)保護(hù)相關(guān)缸20免于經(jīng)受由活塞12造成的磨耗和退化。缸套28可移除地安裝在活塞孔30內(nèi)，活塞12在活塞孔30內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。缸套28可具有沿縱向軸線32延伸的空心大致柱形主體。在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行過(guò)程中，隨著活塞12被連桿14和曲軸16(如圖1所示)以上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，缸套28可形成用于活塞12的滑動(dòng)表面。由于燃燒室18中發(fā)生燃燒，缸套28可被加熱。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22可包括冷卻劑夾套或冷卻劑腔34，其沿缸套28的外表面循環(huán)冷卻劑(例如，7K、乙二醇或混合物)以冷卻缸套28。在一些實(shí)施方式中，可通過(guò)本領(lǐng)域已知的其它方法冷卻缸套28。此外，可使用一個(gè)或多個(gè)緊固件36來(lái)將缸蓋26固定至發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，緊固件36可以為螺栓，但是如果需要，也可使用本領(lǐng)域已知的任何其它緊固件。
[0018]缸套28可由任何種類的鋼或鑄鐵制成。在一些實(shí)施方式中，缸套28由延性鑄鐵或球墨鑄鐵制成。在其它實(shí)施方式中，缸套28由鋼或其它種類的鑄鐵制成，例如灰鑄鐵或蠕墨鑄鐵。在所公開(kāi)的實(shí)施方式中，缸套28由灰鑄鐵制成。
[0019]如圖2所示，缸套28還可包括位于缸套28的頂端處的環(huán)形肩部38。缸套28的肩部38可包括從缸套28的頂端徑向向外延伸的環(huán)形法蘭40。法蘭40的外表面與形成于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22中的環(huán)形階梯狀安裝表面配合，以將缸套28固定就位并防止缸套28向下進(jìn)一步滑落到孔30中。
[0020]肩部38還可包括鄰近法蘭40的環(huán)形凹部42。更具體地，凹部42可在最接近于缸套28的底端的一側(cè)鄰近于法蘭40形成。凹部42可配置成接收設(shè)置在凹部42與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22之間的環(huán)形密封裝置44。密封裝置44能夠密封水和/或油防止泄漏到燃燒室18中。在一些實(shí)施方式中，密封裝置44可以為0型圈，但是如果需要，也可使用本領(lǐng)域已知的其它密封裝置。
[0021]如圖3所示，凹部42可包括至少一個(gè)圓角和大致直部分50。例如，第一圓角46可形成在法蘭40與凹部42相交處的凹部42的第一軸向端處，第二圓角48可形成在凹部42與缸套28的外表面相交處的凹部42的第二軸向端處。直部分50可在圓角46與圓角48之間延伸以形成凹部42的壁。更具體地，直部分50可與圓角46和圓角48相切。圓角46、48和直部分50可共同為密封裝置44提供光滑配合表面，以在缸套28與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體22之間形成緊密密封。
[0022]由于高燃燒壓力和活塞12的劇烈往復(fù)運(yùn)動(dòng)，法蘭40會(huì)經(jīng)受高應(yīng)力。此外，緊固件36會(huì)在缸套28的安裝過(guò)程中在法蘭40處增加應(yīng)力。由于圓角46、48與法蘭40接近，圓角46、48還充當(dāng)缸套28中疲勞裂紋起始部位的高應(yīng)力區(qū)域。典型地，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，缸套28的圓角46、48和直部分50可以是缸套28的鑄造特征。此外，在一些應(yīng)用中，可在鑄造后對(duì)圓角46、48使用噴丸加工以在那些區(qū)域中產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。但是，鑄造加工和/或噴丸處理在缸套28的這些高應(yīng)力區(qū)域中會(huì)是不充分的。具體地，鑄造加工和噴丸處理與其它加工操作相比可提供較少的殘余壓縮應(yīng)力。此外，噴丸處理會(huì)提供較粗糙表面并且/或者在