專利名稱：金屬密封墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一金屬密封墊，它安裝在構(gòu)成一內(nèi)燃機的氣缸蓋的氣缸體之間的連接表面上，金屬密封墊的作用是防止燃燒氣體、冷卻水、潤滑劑等物質(zhì)的泄漏。
在內(nèi)燃機中，金屬密封墊被插在氣缸體和氣缸蓋之間而形成一密封。用于汽油發(fā)動機的金屬密封墊，其材料通常使用石棉和橡膠的混合物，其中有夾心強化鋼板。中孔的圓柱邊緣用不銹鋼板包邊，而螺栓孔則用銅板包邊，從而在密封墊和連接表面之間形成一防護結(jié)構(gòu)。
進一步，在柴油發(fā)動機中，相應(yīng)的密封墊的材料是石棉、橡膠和金屬絲網(wǎng)的混合物，作為一種防護措施，在上述的邊緣和連接表面上也采用了上述類似的辦法，另外，沿中孔邊緣還裝有一耐火環(huán)。
這種密封墊通常叫作軟密封墊。但是，由于在這種類型的密封墊中使用了石棉，所以由此而引起的環(huán)保問題便使得這種密封墊的使用條件變得特別苛刻。
隨著時間的推移，發(fā)明者在汽油發(fā)動機中使用合成纖維取代了石棉。對于柴油發(fā)動機，密封墊的結(jié)構(gòu)包括一鋼質(zhì)層合板，該層合板則包括一其上形成有小凸起的鋼片基板、一疊層的不銹鋼底板和一鋼絲芯，該鋼絲網(wǎng)芯位于中孔邊緣。底板有一卷邊包在鋼絲網(wǎng)的邊緣并沿中孔邊緣的上表面延伸。一個經(jīng)焙燒的橡膠密封圈安裝在螺栓孔上。
這種軟密封墊在許多方面都是不盡人意的，比如其厚度不能太薄，隨著缸孔間距離的減小，發(fā)動機重量及尺寸的減小，其強度便難以保證，另外，在材料回收，熱阻抗、高性能、低成本和設(shè)計自由度等方面都帶來一定的問題。所以，最終在汽車工業(yè)領(lǐng)域，金屬密封墊的需求將大量增加。
另外，在金屬密封墊中，沿孔的圓邊緣，形成一小凸起，特別是在內(nèi)燃機缸孔(下文中均稱中孔)的邊緣更是如此。當金屬密封墊壓緊在氣缸蓋和氣缸體之間時，上述的小凸起便發(fā)生彈性變形而起到密封作用。進一步，在金屬密封墊中孔的邊緣，連同所說的小凸起一起形成一擋塊。該擋塊消除了氣缸體和氣缸蓋之間的連接表面上由于發(fā)動機工作所產(chǎn)生的振動，其同時也起到一密封構(gòu)件的作用，并可防止由于發(fā)動機振動而產(chǎn)生的疲勞破壞。在金屬密封墊中，一個完整的密封作用是這樣來完現(xiàn)的，首先由擋塊形成一初始密封，再由小凸起形成第二級密封以補償?shù)谝患売蓳鯄K形成的密封。
擋塊也可以按上述的辦法通過卷回一底板邊緣來進行設(shè)置，卷邊履蓋中孔的內(nèi)圓周表面，或者也可以通過在密封墊基板(或一金屬墊圈)上通過電弧等離子體噴涂來形成。
在任何情況下，擋板都必須有一對應(yīng)于發(fā)動機中相應(yīng)間距的厚度，就是說，其厚度應(yīng)該是氣缸體和氣缸蓋連接表面之間的間距。
近來，由于發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展而引起的整機性能改進，使發(fā)動機的燃燒成本、結(jié)構(gòu)尺寸和重量都在減小，各缸孔之間的距離也變得越來越小。此外，由于選擇了合適的增壓器，發(fā)動機的燃燒溫度和工作壓力也已經(jīng)增高了。據(jù)此，在現(xiàn)有技術(shù)中，由擋塊的寬度不能增加，所以它便難以阻止小凸起的振動。進一步，隨著發(fā)動機溫度變高，施加在密封墊表面上的壓力由于燃燒引起的熱膨脹便會增高，所以，當使用一比較薄的墊圈擋塊時，鋁質(zhì)的氣缸體便會產(chǎn)生凹痕。在這種情況下，擋塊的初始密封和墊片的二次密封構(gòu)成的兩次密封便無法得到。此外，由于墊圈擋塊并沒有被固定到基板上，所以它有時會產(chǎn)生滑動甚至于滑脫。
本發(fā)明便是針對上述問題而提出的，它的目的就是提供一金屬密封墊，它帶有一墊圈，即使缸孔間的距離很窄，它也能夠調(diào)整墊片的彈簧力。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)在現(xiàn)在技術(shù)中完成了一種金屬密封墊的發(fā)明，其例子見日本專利公告平2(1990)-58502，又進一步可見日本專利公開昭62(1987)-155376和日本專利公告平3(1991)-20626和平4(1993)-40540。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一金屬密封墊，其中至少在一塊金屬薄基板上形成一凸起，有一墊圈被固定在基板的平板部分上，并靠近缸孔，其位置偏離凸起的凹部，隨著基板輪廓的結(jié)束，所說的墊圈的端部在中孔的邊緣與基板端部對齊。所說的墊圈外形上對應(yīng)于所說的凸起的凹形輪廓，并且延伸進入所說的凸起，其目的是補償所說墊片的彈簧常數(shù)。
其中，墊圈的延伸寬度大約是基板平板部分寬度的110%到200%之間變動，這取決于墊圈的連接位置。
就是說，墊圈的延伸寬度在螺栓孔附近較小，而在螺栓孔之間則較大。這是因為墊片的彈簧常數(shù)在螺栓孔附近較小，此時，表面接觸壓力大，而氣缸體和氣缸蓋連接區(qū)域的間隔也較小的。但是，在螺栓孔之間的部分，由于連接表面的壓力較小而間隔較大，所以，凸起的彈簧常數(shù)必須是增大的。
因此，墊圈在安裝上與凸起的凹形表面輪廓相一致，墊圈延伸進入凸起的部分位于螺栓孔之間時被做得較大，而這一位置的表面壓力最小，在螺栓孔附近，表面壓力高，墊圈的延伸部分則是減小的，這樣就使得彈簧常數(shù)均勻化。
但是，根據(jù)發(fā)明者本人經(jīng)驗，當與墊圈相連接的基板的平板部分是十分狹窄的情況下，此時的發(fā)動機對應(yīng)于一狹窄的內(nèi)缸孔間隔，墊圈的寬度必須相應(yīng)是狹窄的，如果延伸進入凸起的墊圈比基板平板部分的寬度的大約110%還要小的話，要防止發(fā)動機上由墊圈所形成的壓痕是不可能的。
另一方面，如果延伸進入凸起的墊圈寬度超過基板平板部分寬度的大約200%，可能產(chǎn)生由于發(fā)動機內(nèi)孔間隔太窄而引起的墊圈位置干涉。
進一步，墊圈的使用還有一種情況，就是螺栓孔附近的基板平板部分非常狹窄。這種情況可以通過將墊圈固定到基板上使得墊圈邊緣延伸進入凸起來實現(xiàn)，而其上的一平板部分則相應(yīng)固定到所說的基板上的平板部分上。
其次，墊圈的厚度通常做得比基板的厚度要小，從而與在氣缸蓋和氣缸體的連接部分形成的不均勻的間隔對應(yīng)。
進一步，另一基板也可以與所說的基板疊在一起，使不同基板上相應(yīng)凸起的凹進部分彼此相對從而形成一夾層結(jié)構(gòu)，其中墊圈是被夾在兩基板之間的，從而使得這種結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)發(fā)動機的墊變形。
除上上述的結(jié)構(gòu)之外，如果將一中間板置于墊圈基板和所說的基板之間，則可強化基板的密封作用，同時該中間板還可以起到隔板的作用。
再者，還有一種結(jié)構(gòu)，就是墊圈和基板的組合狀態(tài)可以倒過來，一基板的凸起以同樣的方向疊在另一基板的凸起的相應(yīng)的凹進部分上。從而彈性的復(fù)位量被減少，使得彈簧的剛度增加。
圖1是本發(fā)明金屬密封墊的一典型實施例的平面圖;
圖2(a)是沿圖1是A-A線所做的剖面視圖;
圖2(b)是沿圖1中B-B線所做的剖面視圖;
圖2(c)是表示一墊圈邊緣伸入一凸起中的一最佳實施例的剖面視圖;
圖3是一最佳實施例的剖面視圖;
圖4是一最佳實施例的另一種剖面結(jié)構(gòu)視圖;
圖5是不同的一種最佳實施例的剖面視圖。
例一如圖1所示，一金屬密封墊，其整體標記為100，它包括一彈性金屬板(以下簡稱為基板)1。一中孔(作為燃燒腔孔)5對應(yīng)于氣缸體的缸孔，氣缸體在圖中未表示出來。
在基板1上沿中孔的邊緣形成一凸起2，用點劃線表示的環(huán)線21則代表凸起2的頂部。
一墊圈24是一環(huán)狀板，它的內(nèi)徑等于基板1上中孔5的直徑，所說的內(nèi)徑與中孔5完全一致。如圖1所示，基板1上有螺栓孔29，其位置是通過將中孔5的圓周四等分來確定的。油孔30位于四個螺栓孔29的其中兩個附近，繭形的水孔31也形成于螺栓孔29之間。
如圖1中所示的，墊圈24的外徑小的地方接近螺栓孔29，大的地方位于螺栓孔29之間。在這個實施例中，墊圈24伸入凸起2中的部分最大延伸到墊片1的頂線21，而其它部分則稍微伸入到凸起2的邊緣部分，其位置接近于螺栓孔。
就是說，在這個實施例中，假定基板1的平板部分1a的寬度為100%，則墊圈24延伸進入凸起2直到到達墊片2頂線部分的寬度便為200%，而稍微伸入凸起2部分的寬度則為110%。
如上所述，墊圈24的外徑形狀不烷全是真正的圓形，但中孔5則是真正的圓形。墊圈的直徑在螺栓孔29附近的26-1，26-2，26-3和26-4部分較小，而在螺栓孔29之間相應(yīng)的中介區(qū)域部分25-1、25-2、25-3和25-4，墊圈直徑則較大。
圖2(a)表示螺栓孔29之間的中介區(qū)域沿圖1中A-A線剖開的相應(yīng)視圖。在這一部分，墊圈24延伸直到凸起2的頂線，此處的墊圈24的寬度視為W1。圖2(b)表示螺栓孔29附近的墊圈部分沿圖1中B-B線剖開的視圖，其中墊圈24稍微伸入凸起2，此處墊圈24的寬度視為W2。如圖2所示，很明顯，墊圖24的寬度或者延伸量有一比例關(guān)系W1＞W(wǎng)2表示螺栓孔之間的區(qū)域和接近螺栓孔的區(qū)域相應(yīng)的寬度的關(guān)系。


墊圈的外邊緣輪廓形狀沿其周邊緣是變化的。
順便說一下，如圖2(a)和2(b)所示，墊圈24的厚度T2大約為基板厚度T1的一半。因為墊圈24是用來強化基板1的，所以它的厚度最好按相應(yīng)的強化作用來確定并且使得其盡可能薄，從而使得其厚度與氣缸體和氣缸蓋之間的連接區(qū)域的間隔相一致。
圖2(a)和(b)表示了一個實施例，其中墊圈24伸入凸起的邊緣34a和一平板部分是與基板疊在一起的，并被固定在基板上，邊緣34a與基板1的邊緣34b對齊，并且與從中孔5的邊緣部分上的平板部分1a和凸起2的區(qū)域相鄰。在螺栓孔29附近的平板部分如圖1所示十分狹窄的情況下，墊圈24的邊緣34a可從基板1的邊緣部分34b向凸起位移從而突伸在凸起之上、如圖2(c)所示。
用這種方式，墊圈24的平板部分被固定到中孔基板的平板部分1a上，在圖2中用27來標記，固定方式可以是粘接或焊接。在這種情況下，位于中孔5附近的基板1的平板部分末端和墊圈24平板部分的末端必須對齊。
因此，當墊圈24被附加在基板1上時，由于在氣缸體和氣缸蓋之間的連接區(qū)域處由間隔的變化而引起的不均勻的或不適當?shù)谋砻鎵毫Ρ憧梢员慌懦Ｓ纱丝傻玫剿膹椈沙?shù)，同時確保了一有效的密封，并且不會因為墊圈24的過度壓緊而在氣缸蓋上造成壓痕。在這種結(jié)構(gòu)中，因為墊圈24的平板部分履蓋了中孔5的邊緣上的基板1的邊緣34b，所以在邊緣處使施加于相應(yīng)表面上的壓力變得最高，從而改進了密封效果。
例2圖3表示另一實施例。在這個實施例中，兩個基板1-1和1-2被連接在一起，使凸起2-1和2-2的凹槽相互面對，一墊圈24被固定在基板1-1的平板部分1a上，另一基板1-2則被附加在墊圈24的下表面上，從而使得墊圈24被夾在基板1-1和1-2之間。附圖表示出了圖1中所示的螺栓孔29之間的中間位置，其中延伸的墊圈24到達凸起2-1的頂線處。
這個實施例在適應(yīng)由于溫度引起的發(fā)動機的熱變形方面是很有效的。
例3圖4表示圖3所示的實施例的另一種結(jié)構(gòu)。一中間板33被夾在墊圈24和基板1-2之間。這樣可以提供一有效的密封，同時中間板也可作為一隔片。
例4圖5表示圖3所示的實施例的另一種結(jié)構(gòu)，墊圈24和基板1-1的組合狀態(tài)被顛倒過來了，基板1-2被疊在凸起2的凹槽上，并且凹槽的方向都是一致的。這個實施例適合于減小彈性的復(fù)位力，增加彈簧剛變。
如上所述，很容易理解，彈簧常數(shù)通過控制墊圈的寬度是可以改變的，在中孔處的邊緣部分的表面壓力在凸起的凹的一側(cè)上是可以增加的，密封效果通過本發(fā)明因而得到進一步的改進。
權(quán)利要求
1.一金屬密封墊包括至少一個基板，該基板至少有一個彈性薄板，該薄板上至少有一缸孔，一平板部分環(huán)繞該孔，一凸起與缸孔同心地形成在上述的平板部分上，其中有一墊圈固定到平板部分上，墊圈延伸進入凸起，并與凸起相應(yīng)的凹形表面相適配，所說的墊圈的對應(yīng)于缸孔邊的端面在結(jié)構(gòu)上與所說的缸孔的孔邊端面對齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中延伸進入凸起的墊圈其寬度在基板的平板部分寬度的110%至200%之間變動，這完全取決于所連接墊圈的相應(yīng)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中，所說的墊圈是這樣固定在所說的基板上，即使得延伸進入凸起的墊圈的邊緣和一平板部分被固定到基板的平板部分上，從而使得延伸進入凹槽的墊圈的彎折點不會與基板的彎折點重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中，墊圈的厚度比基板的厚度要小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中第二塊基板被置于第一塊基板上，第二塊基板的凸起的凹槽部分與第一塊基板相應(yīng)的凸起的凹槽部分相對，而所說的墊圈被夾在所說的兩塊基板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中所說的第二塊基板被置于所說的第一塊基板之上，而兩塊基板的凸起的凹槽部分相互面對，一中間板被置于第二塊基板與所說的墊圈之間，從而使得所說的墊圈和所說的中間板被夾在所說的兩基板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬密封墊，其中一墊圈在凸起的凹進部分一側(cè)被固定到所說的第一塊基板的平板部分上，并位于所述的凸起的凹進部分中線和第一基板的缸孔邊緣之間，在缸孔邊緣處，各構(gòu)件的邊緣端面是平齊的，墊圈延伸進入凸起，并且與凸起的凹槽表面互相適配，此外，第二塊基板被置于第一塊基板上，第一塊基板的凸起的凹槽與第二塊基板的凸起的凹槽結(jié)構(gòu)上相對應(yīng)，而第二塊基板被置于所說的墊圈之上。
全文摘要
一種金屬密封墊，其中在一基板上形成一凸起，該基板至少有一個彈性金屬薄板，其中一墊圈在凸起的凹進的一側(cè)被固定到一基板的平板部分上，墊圈在凸起的中心和基板的缸孔之間延伸，基板和墊圈的各端面在中孔的邊緣部分是平齊的，墊圈延伸進入凸起，其外部輪廓也是凹形的并與凸起的凹槽表面相一致。
文檔編號F16J15/08GK1079801SQ9310689
公開日1993年12月22日 申請日期1993年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月9日
發(fā)明者植田耕作 申請人:日本金屬密封片株式會社