JPH072970B2 - 内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製作する方法 - Google Patents
内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製作する方法Info
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- JPH072970B2 JPH072970B2 JP59254279A JP25427984A JPH072970B2 JP H072970 B2 JPH072970 B2 JP H072970B2 JP 59254279 A JP59254279 A JP 59254279A JP 25427984 A JP25427984 A JP 25427984A JP H072970 B2 JPH072970 B2 JP H072970B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
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Description
【発明の詳細な説明】 ［作業上の利用分野］ 本発明は、ａ）シリンダ孔の被焼入れ範囲を所望の最終
直径に比して小さな直径に切削加工する工程、ｂ）レー
ザ光線の反射を数パーセント下げる特性を備えた吸収剤
をシリンダ孔壁に塗布する工程、ｃ）シリンダ孔壁の表
面にマルテンサイト組織を備えた焼入れストライプを形
成するようにシリンダ孔壁の被焼入れ範囲をレーザ光線
によって焼入れする工程及び、ｄ）シリンダ孔壁を最終
直径までホーニング加工する工程を、合金鋳鉄から鋳造
されたシリンダ若しくはシリンダブッシュに施す形式
の、内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製作する方
法に関する。
直径に比して小さな直径に切削加工する工程、ｂ）レー
ザ光線の反射を数パーセント下げる特性を備えた吸収剤
をシリンダ孔壁に塗布する工程、ｃ）シリンダ孔壁の表
面にマルテンサイト組織を備えた焼入れストライプを形
成するようにシリンダ孔壁の被焼入れ範囲をレーザ光線
によって焼入れする工程及び、ｄ）シリンダ孔壁を最終
直径までホーニング加工する工程を、合金鋳鉄から鋳造
されたシリンダ若しくはシリンダブッシュに施す形式
の、内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製作する方
法に関する。
［従来の技術］ 上記形式の方法はアメリカ合衆国特許第4093842号明細
書から公知である。また鋳鉄焼入れのための二酸化炭素
・高性能レーザの使用の可能性に関する一般的な資料は
雑誌「機械マーケット」−ヴュルツブルク86（1980年）
96、1915〜1918ページ−公知である。
書から公知である。また鋳鉄焼入れのための二酸化炭素
・高性能レーザの使用の可能性に関する一般的な資料は
雑誌「機械マーケット」−ヴュルツブルク86（1980年）
96、1915〜1918ページ−公知である。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記の公知方法によって焼入れされたシリンダ及びシリ
ンダブッシュにおいては、各焼入れストライプが互いに
密に隣接しているか更には部分的に重なっていたりす
る。この場合、２つの焼入れストライプの間又は、互い
に隣接したり重なったりしている焼入れストライプの場
合にはその焼もどし範囲内に大きな引張り応力が発生
し、その引張り応力は内燃機関の運転中に、運転応力と
の重畳によってシンリダ孔壁内に数センチメートルまで
達し得る亀裂を発生せしめてしまう程の大きさである。
この亀裂は焼入れ及びそれに続くホーニング加工の後で
は存在しなかったものである。
ンダブッシュにおいては、各焼入れストライプが互いに
密に隣接しているか更には部分的に重なっていたりす
る。この場合、２つの焼入れストライプの間又は、互い
に隣接したり重なったりしている焼入れストライプの場
合にはその焼もどし範囲内に大きな引張り応力が発生
し、その引張り応力は内燃機関の運転中に、運転応力と
の重畳によってシンリダ孔壁内に数センチメートルまで
達し得る亀裂を発生せしめてしまう程の大きさである。
この亀裂は焼入れ及びそれに続くホーニング加工の後で
は存在しなかったものである。
本発明は冒頭に述べた形式の方法を改良して上記公知例
の問題点を解決し、内燃機関の運転中にシリンダ孔壁に
亀裂が生じないように耐摩耗性シリンダ摺動面を製作可
能である方法を提供しようとするものである。
の問題点を解決し、内燃機関の運転中にシリンダ孔壁に
亀裂が生じないように耐摩耗性シリンダ摺動面を製作可
能である方法を提供しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ 上記課題を解決した本発明の要旨は、シリンダ孔壁に対
してレーザ光線を適切に案内して、互いに平行でシリン
ダ軸線に対して斜めに延びかつ該シリンダ軸線と鋭角を
成す焼入れストライプを形成し、その際、各焼入れスト
ライプの間で該焼入れストライプの縁から所定距離離れ
たところに機械運転中に生じる各引張り応力の最大値が
互いに重ならないように、２つの隣り合う焼入れストラ
イプの互いに隣り合う縁の間隔を前記所定距離の２倍よ
り大きくすることにある。
してレーザ光線を適切に案内して、互いに平行でシリン
ダ軸線に対して斜めに延びかつ該シリンダ軸線と鋭角を
成す焼入れストライプを形成し、その際、各焼入れスト
ライプの間で該焼入れストライプの縁から所定距離離れ
たところに機械運転中に生じる各引張り応力の最大値が
互いに重ならないように、２つの隣り合う焼入れストラ
イプの互いに隣り合う縁の間隔を前記所定距離の２倍よ
り大きくすることにある。
内燃機関の、特に燐の少ない合金鋳鉄から鋳造されたシ
リンダ又はシリンダブッシュの摺動面は以下のような処
理工程を経て耐摩耗性に形成される。
リンダ又はシリンダブッシュの摺動面は以下のような処
理工程を経て耐摩耗性に形成される。
ａ）まず各シリンダ孔を後の焼入れ加工に合わせて、切
削作業によって予備加工し、この際に少なくとも最後の
切削加工はホーニング加工によって行うと有利である。
この際にシリンダ孔の焼入れされるべき範囲を、有利に
は所望の最終直径より約2/100から5/100mm小さな直径に
形成する。その場合のシリンダ孔壁の表面は有利には15
μ±３μの表面あらさを有する。
削作業によって予備加工し、この際に少なくとも最後の
切削加工はホーニング加工によって行うと有利である。
この際にシリンダ孔の焼入れされるべき範囲を、有利に
は所望の最終直径より約2/100から5/100mm小さな直径に
形成する。その場合のシリンダ孔壁の表面は有利には15
μ±３μの表面あらさを有する。
ｂ）第２の工程ではシリンダ孔の壁面上に、レーザ光線
の反射を数パーセント下げる吸収剤を塗布する。
の反射を数パーセント下げる吸収剤を塗布する。
ｃ）第３の工程ではシリンダ孔の、焼入れされべき範囲
の壁部をレーザ光線によって焼入れし、シリンダ孔壁の
表面にマルテンサイト組織を有する焼入れストライプを
形成する。この焼入れは例えば5kwの二酸化炭素レーザ
によって行う。この際に該レーザ光線をシリンダ孔壁に
対して、互いに平行に並びかつら旋状に延びる焼入れス
トライプを形成するように案内する。このためには例え
ば、一方で当該のシリンダブッシュを適当な装置によっ
て連続回転運動せしめ、他方でレーザ器械をシリンダブ
ッシュの縦軸線の方向で移動せしめ、この際に当該の焼
入れストライプに所望のピッチに応じて、レーザ器械の
移動速度をシリンダブッシュの回転速度に適合せしめ
る。例えばこの焼入れ加工のためには、方形断面を有す
る焼入れストライプと焼入れ光線強度の均一な分布とを
生じることのできる、積分鏡をもって形成されるレーザ
光線の使用が有利である。
の壁部をレーザ光線によって焼入れし、シリンダ孔壁の
表面にマルテンサイト組織を有する焼入れストライプを
形成する。この焼入れは例えば5kwの二酸化炭素レーザ
によって行う。この際に該レーザ光線をシリンダ孔壁に
対して、互いに平行に並びかつら旋状に延びる焼入れス
トライプを形成するように案内する。このためには例え
ば、一方で当該のシリンダブッシュを適当な装置によっ
て連続回転運動せしめ、他方でレーザ器械をシリンダブ
ッシュの縦軸線の方向で移動せしめ、この際に当該の焼
入れストライプに所望のピッチに応じて、レーザ器械の
移動速度をシリンダブッシュの回転速度に適合せしめ
る。例えばこの焼入れ加工のためには、方形断面を有す
る焼入れストライプと焼入れ光線強度の均一な分布とを
生じることのできる、積分鏡をもって形成されるレーザ
光線の使用が有利である。
第３図、第４図、第５図にはそれぞれ公知の構造と相互
配置による、幅ａを有する焼入れストライプ１が示され
ている。既述のようにこの３つの公知例は全く不利なも
のであることが判明している。第３図に示された焼入れ
ストライプの配置においては、この各焼入れストライプ
が互いに距離を置いてはいるがそれは、互いの引張り応
力が影響し合わない、即ち重なり合わない程の距離では
ない。従ってこの場合、２つの隣り合う焼入れストライ
プ１の縁間隔ｂが小さ過ぎると言える。第４図に示され
た公知例では各焼入れストライプ１が直ちに隣接して配
置されており、その各ストライプの引張り応力がそれぞ
れ焼入れストライプの縁区域ｃ（鎖線で図示）で著しく
重なってしまうので、各ストライプ間の相互影響は第３
図の例の場合よりも更に大きい。しかし第５図に示され
た公知例は更に不利なものである。この場合各焼入れス
トライプ１自体の縁区域が重なり合っている（重なり範
囲ｄと焼もどし範囲ｅで図示）。この２つの隣接した焼
入れストライプの重なった配置によって、その各発生引
張り応力の最大値が重畳して合成されるので、発生応力
の影響が最も強く生ぜしめられる。
配置による、幅ａを有する焼入れストライプ１が示され
ている。既述のようにこの３つの公知例は全く不利なも
のであることが判明している。第３図に示された焼入れ
ストライプの配置においては、この各焼入れストライプ
が互いに距離を置いてはいるがそれは、互いの引張り応
力が影響し合わない、即ち重なり合わない程の距離では
ない。従ってこの場合、２つの隣り合う焼入れストライ
プ１の縁間隔ｂが小さ過ぎると言える。第４図に示され
た公知例では各焼入れストライプ１が直ちに隣接して配
置されており、その各ストライプの引張り応力がそれぞ
れ焼入れストライプの縁区域ｃ（鎖線で図示）で著しく
重なってしまうので、各ストライプ間の相互影響は第３
図の例の場合よりも更に大きい。しかし第５図に示され
た公知例は更に不利なものである。この場合各焼入れス
トライプ１自体の縁区域が重なり合っている（重なり範
囲ｄと焼もどし範囲ｅで図示）。この２つの隣接した焼
入れストライプの重なった配置によって、その各発生引
張り応力の最大値が重畳して合成されるので、発生応力
の影響が最も強く生ぜしめられる。
上記のような焼入れストライプにおける引張り応力の相
互影響を回避するために本発明によれば、シリンダ孔壁
２に対してレーザ光線を適切に案内することによって、
第１図に示されたような、互いに平行にかつシリンダ軸
線３に対して斜めに延び、しかも該シリンダ軸線３との
間に鋭角αを形成する焼入れストライプ４が形成され
る。この鋭角αは大体、約10゜から60゜の範囲内にあ
る。
互影響を回避するために本発明によれば、シリンダ孔壁
２に対してレーザ光線を適切に案内することによって、
第１図に示されたような、互いに平行にかつシリンダ軸
線３に対して斜めに延び、しかも該シリンダ軸線３との
間に鋭角αを形成する焼入れストライプ４が形成され
る。この鋭角αは大体、約10゜から60゜の範囲内にあ
る。
更に本発明によれば各焼入れストライプ４は、２つの相
並んだ焼入れストライプの間にそれぞれ縁間隔ｘを形成
するように互いに距離を置いて配置されており、この縁
間隔ｘの寸法は、その縁間隔ｘ内に各焼入れストライプ
縁から一定の距離ｋだけ離れて位置する、機械運転中に
生じる引張り応力の各最大値範囲が互いに重ならないよ
うに設定される。即ち縁間隔ｘは距離ｋの２倍よりも大
きい。本発明による、シリンダ軸線３に対して斜めに延
びる焼入れストライプ４の幅は自由に選択し、使用例に
応じて各条件に適合させることが可能である。
並んだ焼入れストライプの間にそれぞれ縁間隔ｘを形成
するように互いに距離を置いて配置されており、この縁
間隔ｘの寸法は、その縁間隔ｘ内に各焼入れストライプ
縁から一定の距離ｋだけ離れて位置する、機械運転中に
生じる引張り応力の各最大値範囲が互いに重ならないよ
うに設定される。即ち縁間隔ｘは距離ｋの２倍よりも大
きい。本発明による、シリンダ軸線３に対して斜めに延
びる焼入れストライプ４の幅は自由に選択し、使用例に
応じて各条件に適合させることが可能である。
ｄ）焼入れ後にはシリンダ孔壁２が所定のシリンダ摺動
面の形成のために最終直径までホーニング加工され、そ
の際に、前記のマルテンサイト組織への組織転換時に生
じる材料***部が全く除去される。これによって各シリ
ンダ孔壁は有利に、６μ±３μ及びR3z２μから４μの
表面あらさを有する焼入れストライプを備える。また使
用例によっては、焼入れされたシリンダ孔壁２を焼もど
しし、内部応力レベルの均一化を達成しかつ残留オース
テナイト形成を部分的に前もって排除処理しておくこと
が有利に可能である。この焼もどしは例えば200℃の温
度において５時間又はそれ以上の時間に亘って行われ得
る。これによって応力ピークは、全体的により低い内部
応力レベルまで下げられる。
面の形成のために最終直径までホーニング加工され、そ
の際に、前記のマルテンサイト組織への組織転換時に生
じる材料***部が全く除去される。これによって各シリ
ンダ孔壁は有利に、６μ±３μ及びR3z２μから４μの
表面あらさを有する焼入れストライプを備える。また使
用例によっては、焼入れされたシリンダ孔壁２を焼もど
しし、内部応力レベルの均一化を達成しかつ残留オース
テナイト形成を部分的に前もって排除処理しておくこと
が有利に可能である。この焼もどしは例えば200℃の温
度において５時間又はそれ以上の時間に亘って行われ得
る。これによって応力ピークは、全体的により低い内部
応力レベルまで下げられる。
本発明においては、各焼入れストライプ４がシリンダ軸
線３に対して斜めに形成されかつ、相並んだ２つの焼入
れストライプ４の間に縁間隔ｘが設けられていることに
よって、既述のように、内燃機関の運転時にシリンダ孔
壁２内に第２図に示されたような応力線図が形成され
る。この引張り・圧縮応力線図においては横座標に対し
て垂直に、本発明による配置と相互間隔とを有する焼入
れストライプ４が示されている。縦座標上では、プラス
符号（＋）で示された方向に、シリンダ孔壁２内に形成
される引張り応力が示され、またマイナス符号（−）で
示された方向に、シリンダ孔壁２内で作用する圧縮応力
が示されている。また内燃機関の運転中に、常に転換す
る符号方向を以ってシリンダ孔壁２内に形成される応力
履歴は第２図には応力線図５又は６によって示されてい
る。この線図から分かるように、応力線図５又は６の圧
縮応力最大値はそれぞれの焼入れストライプ４の内部に
位置しており、また引張り応力は焼入れストライプ４の
内部のみでなく、他にシリンダ孔壁２の、２つの焼入れ
ストライプ４の間の焼入れされていない範囲内でも作用
し、この焼入れされていない範囲内には両方の応力線図
５又は６の引張り応力最大値９又は10も、それぞれ焼入
れストライプ４の縁から距離ｋだけ離れて位置してい
る。多くの実験の結果、この引張り応力最大値９又は10
はシリンダブッシュ材料と焼入れ深さによって種々異な
りはするが、しかし焼入れストライプ４の縁から2mmか
又はそれより小さなある一定の距離ｋだけ離れて位置す
ることが判明している。本発明の原理、即ち相並んだ２
つの焼入れストライプ４の縁間隔がこの距離ｋの２倍よ
りも大きいことによって、応力線図５と６の形成が、そ
の最大値９と10が重なって不都合に合計されてしまうこ
とがないように保証されている。従って相並んだ２つの
焼入れストライプの縁間隔ｘは常に距離ｋの２倍よりも
大きくなければならない。これによって内燃機関の運転
中にシリンダ孔壁２内に微細な亀裂や粗い亀裂が生じな
いように保証されている。
線３に対して斜めに形成されかつ、相並んだ２つの焼入
れストライプ４の間に縁間隔ｘが設けられていることに
よって、既述のように、内燃機関の運転時にシリンダ孔
壁２内に第２図に示されたような応力線図が形成され
る。この引張り・圧縮応力線図においては横座標に対し
て垂直に、本発明による配置と相互間隔とを有する焼入
れストライプ４が示されている。縦座標上では、プラス
符号（＋）で示された方向に、シリンダ孔壁２内に形成
される引張り応力が示され、またマイナス符号（−）で
示された方向に、シリンダ孔壁２内で作用する圧縮応力
が示されている。また内燃機関の運転中に、常に転換す
る符号方向を以ってシリンダ孔壁２内に形成される応力
履歴は第２図には応力線図５又は６によって示されてい
る。この線図から分かるように、応力線図５又は６の圧
縮応力最大値はそれぞれの焼入れストライプ４の内部に
位置しており、また引張り応力は焼入れストライプ４の
内部のみでなく、他にシリンダ孔壁２の、２つの焼入れ
ストライプ４の間の焼入れされていない範囲内でも作用
し、この焼入れされていない範囲内には両方の応力線図
５又は６の引張り応力最大値９又は10も、それぞれ焼入
れストライプ４の縁から距離ｋだけ離れて位置してい
る。多くの実験の結果、この引張り応力最大値９又は10
はシリンダブッシュ材料と焼入れ深さによって種々異な
りはするが、しかし焼入れストライプ４の縁から2mmか
又はそれより小さなある一定の距離ｋだけ離れて位置す
ることが判明している。本発明の原理、即ち相並んだ２
つの焼入れストライプ４の縁間隔がこの距離ｋの２倍よ
りも大きいことによって、応力線図５と６の形成が、そ
の最大値９と10が重なって不都合に合計されてしまうこ
とがないように保証されている。従って相並んだ２つの
焼入れストライプの縁間隔ｘは常に距離ｋの２倍よりも
大きくなければならない。これによって内燃機関の運転
中にシリンダ孔壁２内に微細な亀裂や粗い亀裂が生じな
いように保証されている。
［発明の効果］ 本発明の方法によれば、内燃機関の運転中に亀裂を生じ
ないシリンダ孔壁を製造することが可能である。
ないシリンダ孔壁を製造することが可能である。
第１図は本発明による方法を用いての焼入れストライプ
の配置及び形成の１実施例を示す図、第２図は各焼入れ
ストライプ内及びその間に生じる応力履歴を示す引張り
・圧縮応力線図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ公
知の方法を用いてのレーザ焼入れによるシリンダ孔壁へ
の焼入れストライプの配置を示す図である。 1,4……焼入れストライプ、２……シリンダ孔壁、３…
…シリンダ軸線、5,6……応力線図、7,8……圧縮応力最
大値、9,10……引張り応力最大値、a,f……焼入れスト
ライプの幅、ｘ……焼入れストライプの縁間隔、ｃ……
縁区域、ｄ……重なり範囲、ｅ……焼もどし範囲、ｋ…
…距離、α……鋭角
の配置及び形成の１実施例を示す図、第２図は各焼入れ
ストライプ内及びその間に生じる応力履歴を示す引張り
・圧縮応力線図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ公
知の方法を用いてのレーザ焼入れによるシリンダ孔壁へ
の焼入れストライプの配置を示す図である。 1,4……焼入れストライプ、２……シリンダ孔壁、３…
…シリンダ軸線、5,6……応力線図、7,8……圧縮応力最
大値、9,10……引張り応力最大値、a,f……焼入れスト
ライプの幅、ｘ……焼入れストライプの縁間隔、ｃ……
縁区域、ｄ……重なり範囲、ｅ……焼もどし範囲、ｋ…
…距離、α……鋭角
フロントページの続き (72)発明者 ヴオルフラム・ラウシュ ドイツ連邦共和国アウグスブルク・グライ ナウアー・ヴエーク ９エフ (72)発明者 ハルトヴイン・ツエヒマイスター ドイツ連邦共和国ミュンヘン50・ザンク ト・ヨハン シュトラーセ 18 (56)参考文献 特開 昭59−212572（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】ａ）シリンダ孔の被焼入れ範囲を所望の最
終直径に比して小さな直径に切削加工する工程、ｂ）レ
ーザ光線の反射を数パーセント下げる特性を備えた吸収
剤をシリンダ孔壁に塗布する工程、ｃ）シリンダ孔壁の
表面にマルテンサイト組織を備えた焼入れストライプを
形成するようにシリンダ孔壁の被焼入れ範囲をレーザ光
線によって焼入れする工程及び、ｄ）シリンダ孔壁を最
終直径までホーニング加工する工程を、合金鋳鉄から鋳
造されたシリンダ若しくはシリンダブッシュに施す形式
の、内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製作する方
法において、シリンダ孔壁（２）に対してレーザ光線を
適切に案内して、互いに平行でシリンダ軸線（３）に対
して斜めに延びかつ該シリンダ軸線（３）と鋭角（α）
を成す焼入れストライプ（４）を形成し、その際、各焼
入れストライプ（４）の間で該焼入れストライプの縁か
ら所定距離（ｋ）離れたところに機械運転中に生じる各
引張り応力の最大値が互いに重ならないように、２つの
隣り合う焼入れストライプの互いに隣り合う縁の間隔
（ｘ）を前記所定距離（ｋ）の２倍より大きくすること
を特徴とする内燃機関の耐摩耗性のシリンダ摺動面を製
作する方法。 - 【請求項２】外部の光学系、特に積分鏡を用いて、すべ
ての焼入れストライプ（４）を１つ１つ順次に互いに平
行に形成し、かつ調節可能な均一幅とほぼ1.3ミリメー
トルまでの焼入れ深さとを生じるレーザにより焼入れス
トライプ（４）内に方形の焼入れ横断面を形成する特許
請求の範囲第１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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| JPH072970B2 true JPH072970B2 (ja) | 1995-01-18 |
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