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GEBIET DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Metallelement, welches durch
einen Metallgußartikel
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, ein Verfahren zum Herstellen des Metallelements, welches
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und einen Metallgußartikel,
welcher das Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, umfaßt.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
Leichtmetallelement, welches durch einen Leichtmetallgußartikel
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, welches eine rauhe, unebene äußere Oberfläche aufweist, welche durch
Blasen eines Sandstrahls aus harten, grobkörnigen pyramidenförmigen bzw.
scharfkantigen Partikeln gegen die äußere Oberfläche ausgebildet wird, ist bekannt
(
japanische Patentoffenlegungs-Veröffentlichung
Hei 10-94867 ).
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Bei
dem oben erwähnten
Leichtmetallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, ist
es erforderlich, daß eine äußere Oberfläche des
harten, grobkörnigen
Partikelmaterials eine scharfe Kante aufweist, um die äußere Oberfläche des
Leichtmetallelements aufzurauhen.
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Wenn
die äußere Oberfläche des
Leichtmetallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, unter
Verwendung der grobkörnigen Partikel
aufgerauht wird, werden vertiefte Abschnitte der rauhen Oberfläche durch
scharfe Kanten der harten, grobkörnigen
Partikel in Form scharfkantiger Gräben ausgebildet, jedoch werden
erhöhte
Abschnitte der rauhen Oberfläche
nicht notwendigerweise in Form scharfer Spitzen ausgebildet. Ferner ist
es erforderlich, daß die
mittlere Partikelgrö ße der harten
Partikel 70 μm
beträgt
und die Verteilung der Partikelgrößen ungefähr eine vorbestimmte Normalverteilung
ist. Wenn die Geschwindigkeit eines Luftstrahls zum Blasen der harten,
grobkörnigen
Partikel und das Verhältnis
des Anteils des Luftstrahls und des Anteils des harten, grobkörnigen Partikelmaterials
nicht geeignet sind, kann eine erwünschte rauhe Oberfläche nicht
erreicht werden.
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Aufgrund
der Tatsache, daß das
oben erwähnte
harte, grobkörnige
Partikelmaterial ein hochwertiges Korund-Partikelmaterial ist, welches
ein zerbrechliches hartes Material mit scharfen Bruchkanten ist,
ist es unvermeidlich, daß das
harte, grobkörnige Partikelmaterial
durch den Sandstrahlvorgang verfeinert wird. Daher ist es, um die
harten, grobkörnigen Partikel
nach dem Sandstrahlvorgang wiederholt zu verwenden, notwendig, daß die harten,
grobkörnigen Partikel,
welche durch den Sandstrahlvorgang verfeinert wurden, kontinuierlich
abgeschieden und entfernt werden, um eine vorbestimmte Verteilung
der Partikelgröße aufrechtzuerhalten.
Diese Steuerung der Partikelgröße ist kompliziert.
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Vorsprünge einer
rauhen Oberfläche,
welche auf dem Leichtmetallelement, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, ausgebildet ist, können durch
eine große
Wärmekapazität des Gußhüllen-Leichtmetalls
geschmolzen und metallurgisch mit dem Gußhüllen-Leichtmetall verbunden
werden. Der metallurgisch verbundene Abschnitt ist jedoch ein Teil
der Oberfläche
des Leichtmetallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, und der
Vorsprung der rauhen Oberfläche
ist verjüngt,
so daß die
mechanische Verbindungskraft zwischen dem Leichtmetallelement, welches
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und dem Gußhüllen-Leichtmetall
schwach ist. Daher ist es wahrscheinlich, daß, wenn eine Kraft zum wechselseitigen
Trennen des Leichtmetallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und des Gußhüllen-Leichtmetalls aufgrund
einer Differenz der Wärmeausdehnung davon
wirkt, ein Riß an
einem Grenzabschnitt zwischen diesen erzeugt wird, so daß die Wärmeübertragung
zwischen diesen erheblich vermindert wird.
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EP-A-0919715 offenbart
eine Zylinderlaufbuchse, welche in einem Zylinderblock eingegossen ist.
Die äußere Oberfläche der
Zylinderlaufbuchse ist mit maschinell ausgebildeten Rillen, welche
in Umfangsrichtung verlaufen, mit einem parallelogrammförmigen bzw.
einem trapezförmigen
Querschnitt versehen.
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Der
Oberbegriff von Anspruch 1 basiert auf dieser Schrift.
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Gemäß
JP-A-8290256 sind
glatte Rillen in der Längsrichtung
eines Zylinderlaufbuchsenkörpers vorgesehen,
und glatte Vorsprünge
(Rippen) in Längsrichtung
verlaufen zwischen den Rillen. Die Laufbuchse ist nicht als Strangpreßelement
offenbart.
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Gemäß
JP 49 044 857 B1 verlaufen
die Vorsprünge
und Rillen in der Axialrichtung eines zylindrischen Elements. Dieses
zylindrische Element wird nicht extrudiert, sondern aus einem flachen
Blech ausgebildet, welches mit Vorsprüngen und Rillen versehen wird
und danach zu einer Zylindergestalt gebogen wird.
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T.
Sheppard: Extrusion of Aluminium Alloys, Kluwer Academie Publishers,
Dordrecht, NL, 1999, Seite 284, 6, 15,
stellt mikroskopische unregelmäßige Vorsprünge dar,
welche in der Strangpreßrichtung
voneinander getrennt sind, und diese scheinen ferner in der Richtung,
welche lotrecht zu dieser Strangpreßrichtung verläuft, voneinander
getrennt zu sein.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des herkömmlichen
Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, welche
die oben erwähnten
Schwierigkeiten überwindet.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Metallelement, welches durch einen
Metallgußartikel
mit einer Gußhülle versehen
wurde, wobei die Oberfläche des
Metallelements, welches durch den Metallgußartikel mit einer Gußhülle versehen
wurde, eine unregelmäßige Oberfläche mit
Vorsprüngen,
welche davon hervorstehen, ist und eine maximale Breite der Vorsprünge an einem äußersten
Endabschnitt breiter als eine maximale Breite der Vorsprünge an einem Basisabschnitt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallelement
ein Strangpreßelement
ist, welches Rillen in der Strangpreßrichtung aufweist, und die Vorsprünge zwischen
den Rillen als unregelmäßig geformte
Vorsprünge,
welche in der Strangpreßrichtung
voneinander getrennt sind, ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge in Zackenlinien,
welche in der Strangpreßrichtung
verlaufen, aufgereiht sind, wobei benachbarte Zackenlinien durch
die Rillen voneinander getrennt sind und die Rillen keine derartigen
Vorsprünge
aufweisen, wobei die Vorsprünge
metallurgisch mit dem Gußhüllenmaterial
verbunden sind.
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Beim
Gießen
eines geschmolzenen Metalls zum Versehen des Metallelements, welches
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, mit einer Gußhülle umgibt
das geschmolzene Gußhüllenmetall
den Vorsprung des Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, wobei ein breiter Bereich bedeckt wird, und die Oberfläche des
Vorsprungs wird durch die Wärme
des geschmolzenen Metalls ausreichend erwärmt, um zuverlässig metallurgisch mit
dem Gußhüllenmetall
verbunden zu werden.
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Aufgrund
der Tatsache, daß die
maximale Breite des Vorsprungs an dem äußersten Endabschnitt breiter
als die maximale Breite des Vorsprungs an dem Basisabschnitt ist,
wird der Vorsprung mit dem Gußhüllenmetall
durch eine Verhakungswirkung mechanisch fest verbunden, so daß schwerlich
ein Riß an
einem Grenzabschnitt zwischen diesen erzeugt wird und eine hohe
Wärmeübertragung
erreicht wird.
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Aufgrund
der Tatsache, daß das
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, eine
unregelmäßige, unebene
Oberfläche
aufweist, ist der Oberflächenbereich
des Vorsprungs des Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, vergrößert, um
die metallurgische Verbindung zu fördern, und das Metallelement,
welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, wird stärker
mit dem Gußhüllenmetall
verbunden.
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Das
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, ist
ein Strangpreßelement,
welches glatte Rillen, welche in einer Strangpreßrichtung verlaufen, und unregelmäßig geformte Vorsprünge, welche
zwischen den Rillen angeordnet sind, aufweist, und die unregelmäßig geformten
Abschnitte werden ausgebildet, wenn das Metallelement extrudiert
wird. Das Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, welches
Vorsprünge
aufweist, kann effizient und mit niedrigen Kosten in Massenproduktion
hergestellt werden.
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Ferner
werden eine mechanische Verbindung durch einen Verhakungseffekt
des keulenförmigen
Abschnitts und eine metallurgische Verbindung durch eine Speicherwirkung
der unterhöhlten
Gestalt im Hinblick auf geschmolzenes Metall gefördert.
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Mindestens
ein Teil des äußersten
Endabschnitts des Vorsprungs kann in einer verjüngten scharfkantigen Gestalt
ausgebildet werden. Aufgrund der Tatsache, daß der äußerste Endabschnitt des Vorsprungs
scharfkantig ist, ist die Massen-Wärme kapazität klein, und der Vorsprung
kann metallurgisch vollkommen mit dem Gußhüllenmetall verbunden werden.
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Eine
Seite des unregelmäßigen Abschnitts nahe
bei einem Strangpressungsbeginnsende kann breit und hoch sein, und
eine Seite des unregelmäßigen Abschnitts
nahe bei einem Strangpressungsvollendungsende kann schmal und niedrig
sein. Der Zugwiderstand des Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, gegen das Gußhüllenmetall
in der Strangpreßrichtung
wird erheblich größer.
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Das
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, kann
ein hohler zylindrischer Körper
sein. Eine Laufbuchse eines Verbrennungsmotors beispielsweise kann
einfach hergestellt werden, und es kann eine sehr starke, feste
Verbindung eines Blocks und der Laufbuchse erreicht werden.
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Vorzugsweise
ist das Metallelement zylindrisch und weist eine äußere Oberfläche auf,
welche mit den Vorsprüngen
ausgebildet ist, wobei die Vorsprünge in Reihen, welche in Axialrichtung
angeordnet sind, angeordnet sind und in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen durch
die Rillen getrennt sind und wobei die Vorsprünge in der Axialrichtung voneinander
getrennt sind und äußerste Abschnitte der
Vorsprünge
seitwärts
gebogen sind.
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Das
verjüngte äußerste Ende
des Vorsprungs des zylindrischen Metallelements, welches mit einer
Gußhülle versehen
werden soll, wird mit dem Gußhüllenmetall
ausreichend metallurgisch verbunden, und der gesamte Vorsprung wird
durch eine Speicherwirkung des unterhöhlten Abschnitts im Hinblick
auf geschmolzenes Metall erwärmt,
um die metallurgische Verbindung zu fördern. Ferner wird eine Bewegung
des Gußhüllenmetalls
in Radial- und Umfangsrichtung durch einen gebogenen Abschnitt,
welcher den unterhöhlten
Abschnitt aufweist, beschränkt,
um die Verbindungskraft und die Haftkraft aufgrund einer mechanischen
Verbindung zu verstärken.
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Vorzugsweise
ist das Metallelement zylindrisch, wobei das Metallelement eine äußere Oberfläche aufweist,
welche mit den Vorsprüngen
ausgebildet ist, die Vorsprünge
in Reihen, welche in Axialrichtung verlaufen, angeordnet sind und
in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen durch
die Rillen getrennt sind, und wobei die Vorsprünge in der Axialrichtung voneinander
getrennt sind und äußerste Endabschnitte
der Vorsprünge
in Axialrichtung gebogen sind.
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Haft-
und Verbindungskraft in Axialrichtung des Zylinders werden verbessert,
um ein wechselseitiges Gleiten zwischen dem zylindrischen Metallelement,
welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und dem Gußhüllenmetall
in der Axialrichtung zu beschränken
und diese fest aneinander zu befestigen. Aufgrund der Verbesserung
der Anhaftung werden Wärmeübertragung,
Kühlleistung
und Schlagfestigkeit verbessert.
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Aufgrund
der Tatsache, daß die
Vorsprünge, welche
an der äußeren Oberfläche des
zylindrischen Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, in Axialrichtung in Reihen angeordnet und in Umfangsrichtung
in regelmäßigen Abständen durch
Rillen getrennt sind, wird die Haft- und Verbindungskraft in Axialrichtung
des Zylinders durch die Reihen der Vorsprünge und der Rillen, welche
dazwischenliegend zwischen den Reihen der Vorsprünge angeordnet sind, verbessert,
wird ein wechselseitiges Gleiten zwischen dem zylindrischen Metallelement,
welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und dem Gußhüllenmetall
in der Axialrichtung beschränkt
und werden diese fest aneinander befestigt. Daher werden Wärmeübertragung,
Kühlleistung und
Schlagfestigkeit aufgrund der Verbesserung der Anhaftung verbessert.
Die Rille zwischen den Reihen der Vorsprünge verbessert das Fließen des
geschmolzenen Metalls, so daß die
Güte des
Gußprodukts
verbessert wird.
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Die
Vorsprünge,
welche an der äußeren Oberfläche des
Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, ausgebildet
sind, können
in Axialrichtung in unregelmäßigen Abständen angeordnet
sein und können
in Umfangsrichtung nicht in Linie angeordnet sein. Ein wechselseitiges Gleiten
zwischen dem zylindrischen Metall, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, und dem Gußhüllenmetall
sowohl in der Umfangsrichtung als auch in der Axialrichtung wird
beschränkt,
die Haft- und Verbindungskraft zwischen dem zylindrischen Metallelement,
welches mit einer Gußhülle versehen werden
soll, und dem Gußhüllenmetall
wird weiter verbessert, und Kühlleistung
und Schlagfestigkeit werden weiter verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen
eines zylindrischen Metallelements, welches eine unregelmäßige äußere Oberfläche mit
Vorsprüngen
aufweist, und zum Versehen des zylindrischen Metallelements mit
einer Gußhülle durch
einen Metallgußartikel;
umfassend: Vorbereiten eines Preßform-Mundstücks, welches eine
innere Umfangsfläche,
welche mit Längsrillen mit
einer Tiefe H und einer Breite W ausgebildet ist, aufweist, wobei
die Beziehung zwischen einer maximalen Tiefe HMAX und
einer minimalen Breite WMIN der Rille auf
HMAX/WMIN = 1,5
festgelegt ist; Einführen
eines zylindrischen Metallmaterials in das Preßform-Mundstück; Warmstrangpressen
des zylindrischen Metallmaterials, um das zylindrische Metallelement
zu erhalten, welches eine äußere Oberfläche mit
Vorsprüngen
aufweist, wobei die innere Umfangsfläche des Preßform-Mundstücks Rillen
ausbildet, welche in dem zylindrischen Metallelement vorgesehen
sind und in der Strangpreßrichtung
verlaufen, und die Vorsprünge
aufgrund eines großen
Widerstands des Kontakts mit den Rillen des Preßform-Mundstücks als
unregelmäßig geformte
Vorsprünge,
welche in der Strangpreß richtung
voneinander getrennt sind, zwischen den Rillen des zylindrischen
Metallelements derart ausbildet, daß eine maximale Breite der
Vorsprünge
an einem äußersten Endabschnitt
breiter als eine maximale Breite der Vorsprünge an einem Basisabschnitt
ist und die Vorsprünge
in gezackten Linien, welche in der Strangpreßrichtung verlaufen, aufgereiht
sind, wobei benachbarte gezackte Linien durch die Rillen voneinander
getrennt sind und die Rillen keine derartigen Vorsprünge aufweisen;
und Versehen des zylindrischen Metallelements mit einer Gußhülle durch
den Metallgußartikel,
wobei die Vorsprünge
metallurgisch mit dem Material des Gußhüllenartikels verbunden werden.
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Gemäß diesem
Verfahren können
Vorsprünge
an der äußeren Oberfläche des
zylindrischen Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden
soll, gleichzeitig mit der Extrusion des zylindrischen Metallelements
ausgebildet werden, und ein Arbeitsschritt wie etwa eine Sandstrahlbehandlung ist
unnötig,
daher ist eine Kostensenkung möglich.
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Durch
Festlegen der Beziehung zwischen der maximalen Tiefe HMAX und
der minimalen Breite WMIN auf HNAX/WMIN = 1,5 kann das zuvor erwähnte zylindrische
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, welches
eine hohe Haft- und Verbindungskraft aufweist, einfach hergestellt
werden.
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Die
minimale Breite WMIN der Rille kann auf WMIN = 1,3 mm festgelegt werden. Wesentlich
mehr Abschnitte, welche in Axialrichtung gebogen sind, können an
der äußeren Oberfläche des
zylindrischen Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen
werden soll, erzeugt werden.
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Die
Beziehung zwischen einem minimalen Innendurchmesser d und einer
Gesamtinnenumfangslänge
L eines Querschnitts des Preßform-Mundstücks kann
auf L/d·π = 1,5 festgelegt werden.
Die Abschnitte, welche in Axialrichtung gebogen sind, können zuverlässiger an
der äußeren Oberfläche des
Metallelements, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, erzeugt
werden.
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Das
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, kann
in Form eines hohlen zylindrischen Körpers ausgebildet werden. Wenn das
Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, auf
eine Laufbuchse eines Verbrennungsmotors angewandt wird, werden
Verbindung und Anhaftung zwischen einem Block und der Laufbuchse
und die Kühlungseigenschaften
verbessert, so daß ein
Verbrennungsmotor hoher Zuverlässigkeit
erreicht werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1a bis 1g sind
erläuternde
Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Metallelements,
welches mit einer Gußhülle versehen werden
soll, gemäß der vorliegenden
Erfindung im Überblick
darstellen;
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2 ist
eine vergrößerte Vorderansicht
eines wesentlichen Abschnitts eines Preßform-Mundstücks, welches
bei dem Herstellungsverfahren verwendet wird;
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3 ist
eine weiter vergrößerte Vorderansicht
eines wesentlichen Abschnitts von 2;
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4 ist
eine teilweise vergrößerte Vorderansicht
eines weiteren Preßform-Mundstücks;
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5 ist
eine Tabelle, welche Daten von Musterbeispielen gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen
darstellt;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer Laufbuchse, wobei lediglich gezackte
Linien, welche an der äußeren Ober fläche ausgebildet
sind, schematisch und in Vergrößerung dargestellt
sind;
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7 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der gezackten Linien, welche an der äußeren Oberfläche der
Laufbuchse ausgebildet sind, in Draufsicht;
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8 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der gezackten Linien, welche an der äußeren Oberfläche der
Laufbuchse ausgebildet sind, in perspektivischer Ansicht;
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9 ist
eine vergrößerte Längsschnittsansicht
eines wesentlichen Abschnitts von 9;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht der Laufbuchse, welche lediglich eine
der gezackten Linien, welche an der äußeren Oberfläche ausgebildet sind,
schematisch und in Vergrößerung darstellt;
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11 ist
eine vergrößerte Draufsicht
der gezackten Linie von 10;
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12 ist
eine Längsschnittsansicht
gemäß der Linie
XII-XII von 11;
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13 ist
eine Querschnittsansicht gemäß der Linie
XIII-XIII von 12;
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14 ist
eine Querschnittsansicht gemäß der Linie
XIV-XIV von 12;
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15 ist
eine Abbildung eines wesentlichen Abschnitts der Laufbuchse, welche
in 6 dargestellt ist; und
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16 ist
eine Abbildung eines wesentlichen Abschnitts der Laufbuchse, welche
in 7 dargestellt ist.
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BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Verweis auf die 1 bis 18 beschrieben.
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Wie
in 1a dargestellt wird eine geschmolzene Leichtmetall-Legierung 1,
welche 73% Al, 17% Si, 5% Fe, 3,5% Cu, 1% Mg und 0,5% Mn (Gewichtsprozente)
enthält,
aus einem Kübel 2 in
einen Tiegel 3 geladen. Die geschmolzene Leichtmetall-Legierung
tropft durch eine Öffnung,
welche an einer Unterseite des Tiegels vorgesehen ist. Dabei wird
die geschmolzene Leichtmetall-Legierung zu feinen Partikeln umgewandelt
und wird durch Luft oder ein inertes Gas, welches mit hoher Geschwindigkeit aus
Düsen 4,
welche die Öffnung
umgeben, schnell gekühlt,
und es wird sub-/pereutektisches Aluminium-Silizium-Legierungs-Matrixpulver 5 gebildet
(Zerstäubungsprozeß).
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Das
sub-/pereutektische Aluminium-Silizium-Legierungs-Matrixpulver 5 wird
gemeinsam mit Aluminiumoxidpulver, welches Abriebsfestigkeit verleiht,
und Graphitpulver, welches Selbstschmierungseigenschaften verleiht,
in einen Mischbehälter 6 geladen
(1b). Sodann wird der Mischbehälter dicht verschlossen und
um eine horizontale Achse 7 gedreht, so daß das Pulver
gleichmäßig gemischt
wird und Rohlings-Rohmaterialpulver 8 erhalten wird.
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Wie
in 1c dargestellt, wird das Rohlings-Rohmaterialpulver 8 in
einen zylindrischen Gummisack 10 geladen, worin ein Kernstück 9,
welches einen Durchmesser aufweist, welcher einem Durchmesser einer
Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors entspricht, angeordnet
ist. Der zylindrische Gummisack 10 ist in einem zylindrischen
Druckbehälter 12,
welcher einen oberen und einen unteren Deckel 11 aufweist,
untergebracht. Eine Flüssigkeit, wie
etwa Wasser, wird in den zylindrischen Druckbehälter 12 geladen und
einem Druck von 1,6 GPa ausgesetzt, um einen hohlen zylindrischen
Rohling 13 (1d) vorbereitend auszubilden,
welcher eine gleichmäßige Dichteverteilung
und ein Dichteverhältnis
von etwa 70% aufweist (kaltes hydrostatisches Druckformverfahren).
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Der
hohle zylindrische Rohling 13 wird in einen Heizofen (nicht
dargestellt) gegeben und vorgewärmt
und unter Stickstoffatmosphärengas
entgast (1e). Sodann wird der hohle zylindrische
Rohling 13 in einen Behälter 15 einer
Warmstrangpreßvorrichtung 14 geladen,
welche in 1f dargestellt ist. In dem Behälter 15 ist
ein Dorn 16 in einem mittleren Loch des hohlen zylindrischen
Rohlings 13 eingesetzt. Der Dorn 16 ist derart
befestigt, daß ein
vorderes Ende des Dorns 16 auf einer Extrusionsseite eines
Preßform-Mundstücks 17,
welches an dem Behälter 15 befestigt
ist, angeordnet ist. Ein vorderes Ende eines Druckkolbens 18 wird
in Berührung
mit einer Rückseite
des hohlen zylindrischen Rohlings 13 gebracht, so daß der hohle
zylindrische Rohling 13 extrudiert wird, wenn sich der
Druckkolben 18 in einer Strangpreßrichtung X bewegt. Der extrudierte hohle
zylindrische Rohling 13 wird durch mechanische Arbeit geschnitten,
um Laufbuchsen 19 mit vorbestimmter Länge zu erhalten (1g).
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, weist das Preßform-Mundstück 17 eine
kreisförmige Öffnung 17a auf,
welche einen Innendurchmesser von 94,3 mm aufweist, und in der Umfangsfläche der Öffnung 17a sind
Rillen 17b mit einer Breite W und einer Tiefe H gleichmäßig in Umfangsrichtung
angeordnet.
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Wie
in 5 dargestellt, weisen gemäß einem Ausführungsbeispiel
1, welches Musterbeispiele 1 bis 5 umfaßt, sämtliche Musterbeispiele die
gleiche Rillenbreite W von 0,38 mm und die gleiche Rillenöffnung (Zentralwinkel)
von 1,5° auf,
weisen jedoch verschiedene jeweilige Rillenhöhen von 1 mm, 0,7 mm, 0,5 mm,
0,3 mm und 0,2 mm auf. Bei den Musterbeispielen 1 und 2, welche
einen Wert H/W von mehr als 1,5 aufweisen, werden Tropfen an hervorstehenden Linien
der Laufbuchse 19 erzeugt und werden unregelmäßige gezackte
Linien 20 ausgebildet, wie in den 6 bis 9, 10 bis 14 und 15 bis 16 dargestellt.
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Wenn
die Umfangslänge
der Rille 17b lang ist, erfährt der hohle zylindrische
Rohling 13 einen großen
Widerstand aufgrund des Kontakts mit den Rillen 17b des
Preßform-Mundstücks 17,
wenn der Rohling 13 durch die Rillen 17b läuft, so
daß die
oben erwähnten
Tropfen erzeugt werden.
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Das „Tropfenerzeugungsverhältnis" in 5 bedeutet
ein Verhältnis
einer Anzahl der hervorstehenden Linien, bei welchen unregelmäßige gezackte Linien
durch Tropfen ausgebildet werden, zu der Gesamtzahl der hervorstehenden
Linien an der Laufbuchse 19. Bei den Musterbeispielen 1
und 2 ist das Tropfenerzeugungsverhältnis größer als 70% und gut, daher
ist ein Wert H/W von mehr als 1,9 wünschenswert.
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Bei
der gezackten Linie 20, welche in den 6 bis 9 dargestellt
ist, sind breite und hohe Abschnitte 20a (unregelmäßig geformte
Abschnitte 20a) und schmale und niedrige Abschnitte 20b unregelmäßig in Strangpreßrichtung
angeordnet, und bei dem breiten und hohen Abschnitt 20a ist
ein äußerster
Endabschnitt breiter als ein Basisabschnitt nahe bei einer Oberfläche der
Rille 21 der Laufbuchse 19 (der Basisabschnitt
ist eingeschnürt,
wie in den 10 und 11 dargestellt).
Ferner ist die Oberfläche
der breiten und hohen Abschnitte 20a in Form einer unregelmäßigen gezackten
Oberfläche
ausgebildet. Daher werden die Laufbuchse 19 und ein Zylinderblock,
welcher die Laufbuchse 19 mit einer Gußhülle versieht, mechanisch fest
miteinander verbunden.
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Aufgrund
der Tatsache, daß mindestens
ein Abschnitt des äußersten
Endes des breiten und hohen Abschnitts 20a der gezackten
Linie 20 in einer scharfkantigen Gestalt ausgebildet ist,
wird die Wärme
des geschmolzenen Gußhüllenmetalls
für den Zylinderblock
konzentrisch auf das scharfkantige äußerste Ende des Abschnitts 20a übertragen,
um einen Oxidationsfilm auf dem Abschnitt 20a zu schmelzen,
so daß eine
zuverlässige
metallurgische Verbindung erreicht werden kann.
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Jeder
der breiten und hohen Abschnitte 20a der gezackten Linie 20 weist
eine Seite nahe bei einem Strangpressungsbeginnsende auf, welche
breiter und höher
ist, und eine andere Seite nahe bei einem Strangpressungsvollendungsende,
welche schmaler und niedriger ist, und eine Endfläche des breiten
und hohen Abschnitts 20a bei dem Strangpressungsbeginnsende
ist in der Strangpreßrichtung von
dem Basisabschnitt ausgehend zu dem äußersten Endabschnitt hin geneigt
(9 und 12). Daher
tritt, wenn die Laufbuchse, welche durch den Zylinderblock mit einer
Gußhülle versehen
wird, ein großer
Widerstand auf.
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Bei
den Musterbeispielen 1, 2 wird aufgrund der Tatsache, daß die Laufbuchse 19 die
unregelmäßigen gezackten
Linien 20 an der äußeren Oberfläche aufweist,
die Wärme
des geschmolzenen Metalls für
den Zylinderblock, welcher die Laufbuchse 19 mit einer
Gußhülle versieht,
schnell auf eine unregelmäßige gezackte
Oberfläche
der gezackten Linie 20 übertragen,
so daß die
gezackte Oberfläche
bei einer ausreichend hohen Temperatur für eine metallurgische Verbindung
geschmolzen wird. Ferner werden aufgrund der Tatsache, daß das äußerste Ende
des breiten und hohen Abschnitts 20a der gezackten Linie 20 wie
ein Haken gebogen ist und der untere Abschnitt des Abschnitts 20a breit
ausgebildet ist (siehe 12), die Laufbuchse 19 und
der Zylinderblock mechanisch fest miteinander verbunden, so daß die Laufbuchse 19,
welche in Gleitkontakt mit einem Kolben gelangt und verschiedenen
Kräften
ausgesetzt wird, durch den Zylinderblock stabil und fest gehalten werden
kann.
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Selbst
wenn eine Wärmespannung
erzeugt wird, so daß die
Laufbuchse 19 und der Zylinderblock aufgrund einer Differenz
der Wärmeausdehnung
zwischen der Laufbuchse 19 und dem Zylinderblock getrennt
werden, werden die Laufbuchse 19 und der Zylinderblock
in einem fest verbundenen Zustand gehalten, und es ist nicht zu
befürchten,
daß ein
Spalt zwischen diesen erzeugt wird.
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Aufgrund
der Tatsache, daß die
Laufbuchse 19 und der Zylinderblock ohne Spalt fest verbunden werden,
entweicht die Wärme
der Laufbuchse 19, welche sich in Kontakt mit einer Verbrennungskammer
befindet und erwärmt
wird, durch den Zylinderblock, welcher einen hohen Wärmeleitungskoeffizienten
aufweist, und die Laufbuchse 19 wird auf einer geeigneten
Temperatur gehalten. Daher wird die Schlagfestigkeit verbessert,
wird die Belastung des Kühlsystems
vermindert und kann der Zwischenraum zwischen benachbarten Laufbuchsen 19 verkleinert werden,
um den Verbrennungsmotor zu verkleinern.
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In
dem Fall, daß die
sub-/pereutektische Aluminium-Silizium-Legierungs-Laufbuchse 19,
welche Vorsprünge
mit unterhöhlter
Gestalt, welche an der äußeren Umfangsfläche bei
der Strangpressung der Laufbuchse 19 ausgebildet werden,
aufweist, durch einen Zylinderblock (nicht dargestellt), welcher
durch Hochdruckgießen
hergestellt wird, mit einer Gußhülle versehen
wird, können
die folgenden Merkmale erreicht werden.
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Wenn
die äußere Umfangsfläche der
Laufbuchse 19 durch den Zylinderblock mit einer Gußhülle versehen
wird, umgibt geschmolzenes Metall für den Zylinderblock den hervorstehenden
Abschnitt 20a mit unterhöhlter Gestalt durch den Einspritzdruck des
Druckgießens
vollständig.
Dabei wird ein starker Oxidationsfilm auf dem äußersten Ende des hervorstehenden
Abschnitts 20, welcher eine kleine Massen-Wärmekapazität aufweist,
durch die Wärmeenergie
des geschmolzenen Metalls örtlich
geschmolzen. Somit werden sowohl eine mechanische Verbindung als
auch eine metallurgische Verbindung verwirklicht, und es kann eine
hohe Haftverbindungskraft erreicht werden.
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Aufgrund
der Tatsache, daß bei
dem Einspritzvorgang des Zylinderblocks verschiedene Arten von Verbindungen
gleichzeitig verwirklicht werden können, gibt es wenige Spalte,
welche zwischen dem Zylinderblock und der äußeren Umfangsfläche der Laufbuchse
erzeugt werden. Daher wird der Kolben wirksam gekühlt, wird
die Schlagfestigkeit verbessert und kann Wärme, welche in der Verbrennungskammer
erzeugt wird, wirksam zu dem Kühlsystem
geleitet werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Laufbuchse fest an dem
Zylinderblock befestigt ist, wird der Öleintrag vermindert und kann
die Abgasemission (Kohlenwasserstoff) vermindert werden.
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Wenn
der Zylinderblock gemäß der thermischen
Historie einer Alterungs-Wärmebehandlung ausgesetzt
wird, gibt es sehr wenige Spalte zwischen der Laufbuchse und dem
Zylinderblock, und daher ist die Verbindung der Laufbuchse und des
Zylinderblocks fest, so daß eine
Deformation einer inneren Umfangsfläche der Bohrung im Lauf des
Betriebs vermindert wird, und infolgedessen werden Ölverbrauch
und Dichtigkeitseigenschaften verbessert.
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Bei
den Musterbeispielen 3, 4, 5 der Tabelle, welche in 5 dargestellt
ist, sind die Werte H/W kleiner als 1,5, und infolgedessen sind
die Tropfenerzeugungsverhältnisse
niedrig.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
2 in der Tabelle von 5 wird der gleiche hohle zylindrische Rohling 13 wie
der Rohling bei dem Ausführungsbeispiel
1 verwendet, und die Werte H und W der Musterbeispiele 6–10 sind
derart ausgewählt,
daß der Wert
H/W sämtlicher
der Musterbeispiele 2, 7 (mehr als 1,5) beträgt. Bei den Musterbeispielen
6, 7, 8 und 9 beträgt
aufgrund der Tatsache, daß die
Breite der Rille 17b des Preßform-Mundstücks 17 kleiner
als 1,3 mm ist, das Tropfenerzeugungsverhältnis mehr als 70%. Demgemäß können die
Musterbeispiele 6, 7, 8 und 9 zur praktischen Verwendung übernommen werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
3 in der Tabelle von 5 wird ein Pulver, welches eine
andere Zusammensetzung (58,5% Al, 25% Si, 4,5% Cu, 1,5% Mg, 10%
Al2O3 und 0,5% Gr
(Graphitpartikel)) als das bei dem Ausführungsbeispiel 1 aufweist,
bei einem Druck von 1,6 GPa durch kaltes hydrostatisches Druckpressen
geformt, um den hohlen zylindrischen Rohling 13 zu erhalten.
Der hohle zylindrische Rohling 13 wird in einem auf 450°C erwärmten Zustand
warmstranggepreßt.
Das oben erwähnte Pulver
wird in einer derartigen Weise hergestellt, daß Al2O3 und Gr zugefügt werden, nachdem das sub-/pereutektische
Aluminium-Silizium-Legierungs-Matrixpulver durch einen Zerstäubungsprozeß ähnlich wie
bei dem Ausführungsbeispiel
1 geformt wurde.
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Bei
den Musterbeispielen 11, 12 des Ausführungsbeispiels 3 beträgt aufgrund
der Tatsache, daß H/W
größer als
1,5 ist, die Breite W der Rille 17b des Preßform-Mundstücks kleiner
als 1,3 ist und das Umfangslängenverhältnis L/d·π größer als
1,5 ist, das Tropfenerzeugungsverhältnis 92% bzw. 87%, und es wird
eine gute gezackte Linie 20 ausgebildet.
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Bei
den Musterbeispielen 13, 14 ist aufgrund der Tatsache, daß das Umfangslängenverhältnis L/d·π kleiner
als 1,5 ist, das Tropfenerzeugungsverhältnis jedoch niedrig, obwohl
teilweise Tropfen erzeugt werden, so daß diese Musterbeispiele nicht
zur praktischen Verwendung übernommen
werden können.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
4 in der Tabelle von 5 wird der gleiche zylindrische
Rohling 13 wie der bei dem Ausführungsbeispiel 3 verwendet. Bei
jedem der Musterbeispiele 15, 16 ist die Rille 17b des
Preßform-Mundstücks 17 in
T-förmiger
Gestalt ausgebildet, wie in 4 dargestellt,
ist die Innenumfangslänge
des Preßform-Mundstücks 17 notwendigerweise
lang, ist dementsprechend das Umfangslängenverhältnis L/d·π wesentlich größer als
1,5, und beträgt
daher das Tropfenerzeugungsverhältnis 100%.
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Bei
den Musterbeispielen 17, 18 ist das Umfangslängenverhältnis größer als 1,5, verglichen mit den
Musterbeispielen 15, 16 jedoch kleiner als bei diesen, daher ist
das Tropfenerzeugungsverhältnis hoch,
erreicht jedoch keine 100%.
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Bei
den oben erwähnten
Ausführungsbeispielen
ist das Metallelement, welches mit einer Gußhülle versehen werden soll, ein
Sinterungs-Strangpreßartikel
(eine Laufbuchse 19), kann jedoch auch ein gewöhnlicher
Strangpreßartikel,
ein Schmiedeartikel oder ein Gußartikel
sein.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung kann auf ein Metallelement, welches durch
einen Metallgußartikel
mit einer Gußhülle versehen
werden soll, wie etwa eine Laufbuchse eines Verbrennungsmotors,
welche durch einen Zylinderblock mit einer Gußhülle versehen werden soll, oder ähnliches
angewandt werden.