專利名稱：內燃機的活塞與該活塞的制造方法及滑動部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及在冠部鑄有耐磨環的內燃機活塞和該活塞的制造方法及滑動部件。
背景技術：
眾所周知，為了滿足輕量化的要求，內燃機的活塞是由鋁合金材料形成活塞主體。 但由于作用在該活塞上端部所具有的冠部上的燃燒壓カ高，所以在所述冠部的外周形成活塞環溝槽，如果在此直接設置活塞環，則活塞環溝槽可能會出現破損。為此，在所述冠部的內部埋設耐蝕高鎳鑄鐵(ニレジスト鑄鉄即ちNi-Cr-Cu鑄鉄)制的耐磨環，從而在該高強度的耐磨環的外周形成活塞環溝槽。專利文獻1 (日本)特開2010-96022號公報然而，所述專利文獻1所記述的活塞因為使用耐蝕高鎳鑄鐵等単體比重大的材料作為耐磨環，所以存在活塞整體重量變大的問題。

發明內容
本發明是鑒于所述現有技術中的技術問題而提出的，其目的在于提供即使具有構成活塞環溝槽的耐磨環，也能夠充分抑制重量増加的內燃機活塞。第一方面的發明是一種內燃機的活塞，在冠部具有用來形成活塞環溝槽的耐磨環；該內燃機的活塞的特征在干，由將含鎂20重量％以上的材料浸漬到多孔質預成型體的多孔空間內而構成的部件形成所述耐磨環，該預成型體由比活塞母材的硬度更高且比重更大的材料成型。第二方面的發明是一種在冠部具有用來形成活塞環溝槽的耐磨環的內燃機活塞的制造方法；其特征在干，由比所述活塞母材的硬度更高且比重更大的金屬氧化物的粉體固化而形成預成型體，通過使比所述活塞母材的比重更小的金屬材料與所述預成型體的氧化還原反應，將該金屬材料浸漬到該預成型體的多孔空間內而形成所述耐磨環；然后，將所述耐磨環通過澆鑄固定在所述活塞母材上。第三方面的發明是一種滑動部件，部分地設有比母材的耐磨性更高的耐磨部；其特征在干，通過使含有鎂20重量％的材料浸漬到由比所述母材的硬度更高且比重更大的材料形成的多孔質預成型體的多孔空間內構成的成型體形成所述耐磨部。根據本發明，通過特殊的成型材料和成型方法形成耐磨環，由此能夠抑制活塞整體重量的増加。


圖1是表示本發明的實施方式所提供的柴油內燃機用活塞的側視圖；圖2是圖1的A-A線的剖面圖；圖3是表示本實施方式所提供的耐磨環的側視圖；圖4(A) (C)表示通過沖壓成型機形成壓粉體的ェ序；
圖5是本實施方式所提供的預成型體的側視圖；圖6是表示通過本實施方式所提供的活塞鑄造裝置澆鑄耐磨環的狀態下裝置的縱剖面圖。附圖標記說明1活塞；2冠部；3裙部(^力一卜部)；4開口部(工口乂部)；5 7活塞環溝槽；8耐磨環；10預成型體。
具體實施例方式以下根據附圖對本發明的內燃機用活塞及其制造方法及滑動部件的實施方式及實施例進行詳述。本實施方式的活塞適用于往復式柴油內燃機。[實施方式]所述活塞1由作為母材的AC8A Al-Si系鋁合金一體成型，如圖1及圖2所示，大致形成為圓筒狀，具有在冠面加上劃分有燃燒室的冠部2、在該冠部2的下端外周緣上一體地設置的圓弧狀的一對推力側及反推力側的裙部3、在該各裙部3的圓周方向的兩側端經由各連接部位連接的一對開口部4，在該各開口部4上一體形成有支撐未圖示的活塞銷的兩端部的一對活塞銷殼部如。另外，作為所述活塞1的母材，除了以所述鋁合金為基體材料以外，還可以以該鋁合金為基體材料而其中含有鎂合金，由此能夠實現活塞母材自身的輕量化。所述冠部2為厚度較厚地形成的圓盤狀，在冠面加上形成構成燃燒室的、斷面幾乎為倒M狀的凹部2b，并且在后述的鑄造后的外周面上進行切削、研磨等機械加工，分別形成支撐未圖示的壓力平環及油環等三個活塞環的上、中、下三層活塞環溝槽5、6、7。而且，在冠部2的內部埋設作為滑動部件的耐磨環8，并且在該耐磨環8的內周側形成環狀空洞部9，使冷卻油在其內部循環。如圖2及圖3所示，所述耐磨環8在所述冠部2的外周部被研磨后，用來形成保持最上層側的所述壓力平環的活塞環溝槽5，該耐磨環8以比所述活塞1的鋁合金母材的硬度更高且比重更大的鐵基金屬即耐蝕高鎳鑄鐵的壓粉體為基體材料，使鋁合金(Al)和鎂合金(Mg)浸漬到壓粉體中構成的成型體一體化地形成為圓環狀。詳細說明如后所述，該耐磨環8是通過本申請發明人多次的實驗而成型的。所述環狀空洞部9與所述耐磨環8及活塞1的中心軸線同軸配置，從所述耐磨環 8的內周面向徑向內側隔著很小的間隙，例如約3mm左右的間隙與所述耐磨環8貼近配置， 并且配置在活塞軸向上與耐磨環8彼此幾乎整體重疊的位置。為了吸收燃燒室的高熱并有效地進行與外部的熱交換，所述耐磨環8與環狀空洞部9內部的冷卻油優選盡可能地靠近接近燃燒室(凹部2b)的冠部2的內部上端側，因此， 在活塞軸向的位置上使8、9兩者重疊。所述耐磨環8是考慮到所述現有技術問題而為了實現輕量化、成型作業的容易性及成型作業成本的降低等，本申請的發明人根據反復進行的以下多次實驗的結果而制造出來的。[實施例]以下針對形成耐磨環8的材料及基于實驗的基本成型方法進行詳細的說明。
(第一工序)首先，作為耐磨環8的基體材料，粉碎作為金屬氧化物(鐵基材料)的耐蝕高鎳鑄鐵的切粉，壓縮該切粉，預成型為作為多孔質壓粉體的預成型體10。基本上稱該預成型體 10為壓粉體，但為方便起見，直到將Al和Mg的熔液浸漬到以下的多孔空間內的第七工序之前都將其稱為預壓粉體。所述耐蝕高鎳鑄鐵的切粉在實驗上通常通過試驗研究用的小型振動研磨機，經過約8小時的敲打、4小時的研磨，共計12小時的粉碎得到，其平均粒徑(μ m)分級為50、100、 200、400、600、800、1000。(第二工序)接著，通過圖4所示的普通沖壓成型機11對所述耐蝕高鎳鑄鐵的切粉進行加壓， 形成圖5所示的預成型體10。即首先如圖4(A)所示，在成型模具12的圓柱狀型腔12a內從下方插入內插了成型銷13a的下沖頭13，以保持定位的狀態，在型腔1 內填充所述耐蝕高鎳鑄鐵的切粉14。接著，如圖4(B)所示，從型腔12a的上方向下插入上沖頭15，與所述下沖頭13 — 起從上下方向以規定的壓力對所述切粉14進行加壓，形成作為圓筒狀壓粉體的預成型體 10。之后，如圖4(C)所示，只要使下沖頭13與上沖頭15同步上升，從成型模具12中取出所述預成型體10就可得到圖5所示的外徑為16mm、內徑為8mm、高度為IOmm的圓筒狀的預成型體10。在實驗中，在通過所述沖壓成型機11進行成型作業時，改變所述上、下沖頭13、15 的沖程，使所述預成型體10的成型密度(g/cm3)分別變化為3、4、5、6、7、7. 8。該耐蝕高鎳鑄鐵的預成型體10以鐵(Fe)為基體材料，如表1所示，以最大(Max)、 最小(Min)含量的方式分別表示出所包含的碳(TC)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、鎳 (Ni)、鉻(Cr)、銅(Cu)等材料。表 權利要求
1.一種內燃機的活塞，在冠部具有用來形成活塞環溝槽的耐磨環，該內燃機的活塞的特征在干，由將含鎂20重量％以上的材料浸漬到多孔質預成型體的多孔空間內而構成的部件形成所述耐磨環，該預成型體由比活塞母材的硬度更高且比重更大的材料成型。
2.如權利要求1所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述多孔質預成型體通過固化金屬粉體而成型。
3.如權利要求2所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述預成型體為壓粉體。
4.如權利要求2所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述預成型體的粉體的平均粒徑設定為100 μ m以上且密度設定為3. Og/cm3以上。
5.如權利要求2所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述粉體為鐵基金屬。
6.如權利要求5所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述粉體由耐蝕高鎳鑄鐵形成。
7.如權利要求1所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述活塞母材為鋁合金材料。
8.如權利要求1所述的內燃機的活塞，其特征在干，所述活塞母材為鎂合金材料。
9.一種在冠部具有用來形成活塞環溝槽的耐磨環的內燃機活塞的制造方法，其特征在干，由比所述活塞母材的硬度更高且比重更大的金屬氧化物的粉體固化而形成預成型體， 通過使比所述活塞母材的比重更小的金屬材料與所述預成型體的氧化還原反應，將該金屬材料浸漬到該預成型體的多孔空間內而形成所述耐磨環； 然后，將所述耐磨環通過澆鑄固定在所述活塞母材上。
10.一種滑動部件，部分地設有比母材的耐磨性更高的耐磨部，該滑動部件的特征在干，通過使含有鎂20重量％的材料浸漬到由比所述母材的硬度更高且比重更大的材料形成的多孔質預成型體的多孔空間內構成的成型體形成所述耐磨部。
全文摘要
提供一種內燃機的活塞、該活塞的制造方法及滑動部件。該活塞雖然具有構成活塞環溝槽的、比重大的耐磨環，但能夠充分抑制重量的增加。一種內燃機的活塞(1)，在冠部(2)具有用來形成活塞環溝槽(5)的耐磨環(8)，由多孔質預成型體(10)形成所述耐磨環(8)，該多孔質預成型體(10)是通過壓縮比活塞(1)的鋁合金(Al)母材的硬度更高且比重更大的耐蝕高鎳鑄鐵的切粉而形成的壓粉體，預成型體的平均粒徑設定為100～1000μm以上且密度設定為3.0～6.0g/cm3以上，預成型體的加熱溫度為1000℃，加熱時間為30分鐘。而且設定浸漬預成型體、浸透到多孔質的多孔空間內的鋁合金與鎂合金的熔液中所述鎂合金量在60～90重量％的范圍內。
文檔編號B22F3/26GK102562349SQ20111036132
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優先權日2010年12月28日
發明者佐佐木正登, 佐藤貴范, 高橋智一 申請人:日立汽車系統株式會社