金屬襯墊及其製造方法與流程
2023-09-18 09:09:50
本申請是申請號為201380020264.7，申請日為2013年4月15日，發明名稱為「金屬襯墊及其製造方法」的中國專利申請的分案申請。
本發明涉及作為內燃機的排氣歧管和排氣管的接合部或氣缸體和氣缸蓋的接合部等密封裝置使用的金屬襯墊及其製造方法。
背景技術：
作為內燃機的排氣歧管和排氣管或進氣歧管和進氣管的接合部等密封裝置使用的金屬襯墊被夾在相互對向的接合面間，通過以包圍開口於上述接合面的開口部的方式彎曲形成的密封凸緣來密封廢氣或空氣和燃料的混合氣等。
在此，在排氣歧管或進氣歧管的情況下，往往排氣管或進氣管的接合部的開口形狀為非圓形(例如方形環狀)，在這樣的部分上使用密封凸緣形成與上述開口形狀相似形的金屬襯墊(例如參照專利文獻1)。但是，這種金屬襯墊在承受到緊固負荷時，相比曲線狀延伸的部分，容易在密封凸緣直線狀延伸的部分發生變形，因此，存在在密封凸緣的直線狀部分容易產生由於面壓不足而引起的洩漏的問題。而且，為解決這樣的問題，目前已知有，通過增大容易產生面壓不足的部分的密封凸緣的寬度及高度以提高剛性，來確保必要的面壓(例如參照專利文獻2)。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開平08－014394號公報
專利文獻2：日本特開平08－159284號公報
技術實現要素：
(發明要解決的技術問題)
但是，根據現有的技術，由於密封凸緣的截面形狀本身大致全周為相同，所以可通過變更密封凸緣的寬度及高度來進行調整的面壓的範圍小。
本發明是鑑於以上問題點而創立的，其技術課題在於提供一種能夠抑制密封凸緣的面壓部分降低並能夠長期確保優異的密封性的金屬襯墊。
(解決技術問題的技術方案)
作為用於有效解決上述的技術課題的技術方案，本發明技術方案的金屬襯墊，在金屬板上形成有以密封對象空間的開口形狀開設的開口部和沿該開口部的周圍延伸的密封凸緣，在該密封凸緣中，由半凸緣構成的部分、由翹起凸緣構成的部分、由全凸緣構成的部分中兩個以上的部分相互連續。
此外，在此所說的半凸緣是指金屬板的開口緣部為頂部的端緣並且由單側斜面形成的隆起形狀的凸緣，翹起凸緣是指從一末端部經一斜面部及頂部到達另一斜面部的隆起形狀的凸緣，全凸緣是指以截面形狀形成山形的方式成形，且從一末端部經一斜面部、頂部及另一斜面部到達另一末端部的隆起形狀的凸緣。
在具備本發明技術方案的結構的金屬襯墊中，就賦予了緊固負荷時的密封凸緣的彈簧常數而言，由翹起凸緣構成的部分比由半凸緣構成的部分高，由全凸緣構成的部分比由翹起凸緣構成的部分高。因此，在密封凸緣沿非圓形的開口部延伸的情況下，例如可進行如下適宜的調整：通過將因密封凸緣的曲率大(曲率半徑小)而面壓上升的部分設為由半凸緣構成，抑制面壓的上升，且通過將因密封凸緣的曲率小(曲率半徑大)而面壓降低的部分設為由翹起凸緣或全凸緣構成，抑制面壓的降低。
本發明技術方案的金屬襯墊的製造方法，具備：在金屬板上利用配置於其厚度方向兩側的凹模和凸模成形凸緣的工序；在所述金屬板上形成開口緣經由所述凸緣的頂部、斜面部、末端部中兩個以上的開口部的工序。
本發明技術方案的金屬襯墊的製造方法，具備：在金屬板上利用配置於其厚度方向兩側的凹模和凸模成形凸緣的工序；在所述金屬板上形成開口緣經由所述凸緣的頂部、斜面部、末端部中包含所述頂部的兩個以上的開口部的工序；在進行所述凸緣的成形之前，預先形成所述開口部中開口緣經由所述頂部的部分。
根據本發明技術方案的製造方法，就利用凹模和凸模成形在金屬板上成形的凸緣而言，在開口部的開口緣穿過凸緣的頂部的部分為半凸緣，在開口部的開口緣穿過凸緣的斜面部的部分為翹起凸緣，在開口部的開口緣穿過凸緣的末端部的部分為全凸緣。
(發明的效果)
根據本發明技術方案的金屬襯墊，由於密封凸緣的彈簧常數在由半凸緣構成的部分、由翹起凸緣構成的部分和由全凸緣構成的部分大幅變化，所以能夠抑制密封凸緣以非圓形延伸的情況下的曲率的差異所導致的密封凸緣的面壓偏差，能夠長期確保優異的密封性。
根據本發明技術方案的金屬襯墊的製造方法，能夠容易製造本發明技術方案的金屬襯墊。
附圖說明
圖1是表示本發明的金屬襯墊的優選的實施方式的俯視圖。
圖2(a)和圖2(b)是圖1所示的實施方式的主要部分剖面圖，圖2(a)是圖1的a－a剖面圖，圖2(b)是圖1的b－b剖面圖。
圖3是表示在本發明的金屬襯墊的製造方法的優選的實施方式中，在金屬板上預先形成有成為口孔部的一部分的預備孔的狀態的俯視圖。
圖4是表示在本發明的金屬襯墊的製造方法的優選的實施方式中使用的凸模的上面圖。
圖5(a)和圖5(b)是圖4所示的凸模的主要部分剖面圖，圖5(a)是圖4的a－a剖面圖，圖5(b)是圖4的b－b剖面圖。
圖6是表示在本發明的金屬襯墊的製造方法的優選的實施方式中使用的凹模的下面圖。
圖7(a)和圖7(b)是圖6所示的凹模的主要部分剖面圖，圖7(a)是圖6的a－a剖面圖，圖7(b)是圖6的b－b剖面圖。
圖8是表示在本發明的金屬襯墊的製造方法的優選的實施方式中，在金屬板上利用凸模和凹模成形凸緣的工序的俯視圖。
圖9(a)和圖9(b)是利用圖8所示的凸模和凹模進行的成形工序的主要部分剖面圖，圖9(a)是圖8的a－a剖面圖，圖9(b)是圖8的b－b剖面圖。
圖10是表示在本發明的金屬襯墊的製造方法的優選的實施方式中，在金屬板上通過二次加工而形成口孔部(ポート穴部)的工序的俯視圖。
符號說明
1金屬板
2口孔部
2a半圓弧狀開口緣
2b直線狀開口緣
2c緩曲線狀開口緣
4密封凸緣
41半凸緣
42翹起凸緣
42』全凸緣
5凸模
50凸緣成形用凸部
51半凸緣成形凸部
52翹起凸緣成形凸部
6凹模
60凸緣成形用凹部
61半凸緣成形凹部
62翹起凸緣成形凹部
mg金屬襯墊。
具體實施方式
以下，參照附圖說明本發明的金屬襯墊及其製造方法的優選的實施方式。首先，圖1表示本發明的金屬襯墊的優選的實施方式，該金屬襯墊mg插裝於例如汽車用內燃機的排氣歧管和排氣管的接合面間。
金屬襯墊mg在由選自不鏽鋼、冷軋鋼板、鍍鋅鋼板、及鋁合金板等具有彈性的薄板構成的金屬板1上開設有口孔部2、用於在該口孔部2和金屬板1的外周緣之間的多個部位插通將未圖示的排氣歧管和排氣管結合的螺栓的螺栓插通孔3，且形成有沿口孔部2的周圍延伸的密封凸緣4。
口孔部2相當於本發明技術方案中記載的開口部，開設成由排氣歧管及排氣管形成的廢氣通路的投影形狀，換言之，開設成將在排氣歧管及排氣管的接合面上開口的廢氣通路的開口形狀投影的大致長圓形狀。詳細而言，該口孔部2的開口緣由一對半圓弧狀開口緣2a和在其間延伸的直線狀開口緣2b及緩曲線狀開口緣2c構成。緩曲線狀開口緣2c相比半圓弧狀開口緣2a，曲率極小得多(曲率半徑大)。
沿口孔部2的周圍延伸的密封凸緣4，沿著半圓弧狀開口緣2a的部分由半凸緣41構成，沿著直線狀開口緣2b及緩曲線狀開口緣2c的部分由翹起凸緣42構成。
其中，如圖1的a－a截面即圖2(a)所示，半凸緣41為經由從外周末端部4a斜立起的外周斜面部4b到達平板狀的頂部4c的隆起形狀，頂部4c的內周側的端緣成為口孔部2的半圓弧狀開口緣2a。另外，如圖1的b－b截面即圖2(b)所示，翹起凸緣42為經由從外周末端部4a斜立起的外周斜面部4b和在其上端向上側以凸的形狀彎曲的頂部4c到達相反側的內周斜面部4d的隆起形狀，內周斜面部4d的內周端緣成為金屬板1的口孔部2的直線狀開口緣2b或緩曲線狀開口緣2c。
此外，在口孔部2的開口緣中的從半圓弧狀開口緣2a向直線狀開口緣2b或緩曲線狀開口緣2c的過渡部分(從直線狀開口緣2b或緩曲線狀開口緣2c向半圓弧狀開口緣2a的過渡部分)2d，密封凸緣4從半凸緣41連續過渡到翹起凸緣42(從翹起凸緣42到半凸緣41)。
如上構成的金屬襯墊mg例如以在汽車用內燃機的排氣歧管和排氣管的接合面間單一或多個層疊的狀態被插裝並緊固，由此，密封凸緣4被壓縮變形，通過其反作用負荷得到密封所需的面圧，防止從上述接合面間洩漏廢氣。
在這種金屬襯墊中，如圖示例，密封凸緣4的形狀為非圓形時，在承受到緊固負荷時，在曲率大(曲率半徑小)的部分有彈簧常數變高，面壓容易過大的趨勢，相反，在曲率小(曲率半徑大並接近直線)的部分有彈簧常數變低，容易產生面壓不足的趨勢。但是，根據圖示的實施方式的金屬襯墊mg，由於密封凸緣4中沿著曲率大的半圓弧狀開口緣2a的部分由半凸緣41構成，從而能夠防止面壓過大化，並且由於沿著曲率小的直線狀開口緣2b或緩曲線狀開口緣2c的部分由翹起凸緣42構成，從而能夠防止面壓過小化。
圖3～圖10按工序順序表示用於製造上述金屬襯墊mg的方法。即，在金屬襯墊mg的製造中，首先，如圖3所示，在金屬板1上開設螺栓插通孔3、具有開口緣成為圖1的口孔部2的半圓弧狀開口緣2a的部分的一對預備孔21、一對定位用孔22。它們可以在進行金屬板1的外緣的衝切的同時衝切形成。
圖4所示的凸模5，在其上面形成有凸緣成形用凸部50和通過與金屬板1的定位用孔22嵌合而用於在上面定位設置金屬板1的多個定位用凸部5a。凸緣成形用凸部50與圖1所示的密封凸緣4的頂部4c相對應，由成形半凸緣41的部分(以下稱作「半凸緣成形凸部」)51和成形翹起凸緣42的部分(以下稱作「翹起凸緣成形凸部」)52構成，同樣如圖5(a)、圖5(b)所示，半凸緣成形凸部51形成為寬度比翹起凸緣成形凸部52寬。
另外，凸模5的凸緣成形用凸部50中的半凸緣成形凸部51形成月牙形狀，其外緣51a與半凸緣41的頂部41c的外緣相對應地延伸，即，在該凸模5上設置圖3所示的金屬板1時，以位於預備孔21的外周側的方式形成，與之相對，內緣51b以穿過預備孔21內的方式形成。
另一方面，圖6所示的凹模6在其下面形成有凸緣成形用凹部60。參考符號6a是可與凸模5的定位用凸部5a嵌合的定位用凹部或孔。凸緣成形用凹部60由圖1所示的成形密封凸緣4的半凸緣41的部分(以下稱作「半凸緣成形凹部」)61和成形翹起凸緣42的部分(以下稱作「翹起凸緣成形凹部」)62構成，同樣如圖7(a)、圖7(b)所示，半凸緣成形凹部61形成為寬度比翹起凸緣成形凹部62寬。另外，半凸緣成形凹部61形成為寬度比凸模5的半凸緣成形凸部51寬，且翹起凸緣成形凹部62形成為寬度比凸模5的翹起凸緣成形凸部52寬。
詳細而言，凹模6的半凸緣成形凹部61的外緣61a及翹起凸緣成形凹部62的外緣62a與圖1及圖2(a)和圖2(b)所示的密封凸緣4的末端部4a相對應地延伸，在與凸模5組合時，位於該凸模5的半凸緣成形凸部51的外緣51a及翹起凸緣成形凸部52的外緣52a的更外周側。另外，凹模6的半凸緣成形凹部61的內緣61b及翹起凸緣成形凹部62的內緣62b在與凸模5組合時，位於該凸模5的半凸緣成形凸部51的內緣51b及翹起凸緣成形凸部52的內緣52b的更內周側。
其次，如圖8及圖9(a)和圖9(b)所示，在將圖3所示的金屬板1定位設置於凸模5和凹模6之間進行衝壓成形時，該金屬板1在半凸緣成形凸部51和半凸緣成形凹部61之間，因預備孔21的存在而如圖9(a)所示，僅在半凸緣成形凸部51的外緣51a和半凸緣成形凹部61的外緣61a進行彎曲，形成沿著預備孔21的半圓弧狀開口緣2a的半凸緣41。另一方面，在翹起凸緣成形凸部52和翹起凸緣成形凹部62之間，由於金屬板1上不存在預備孔21，所以該金屬板1如圖9(b)所示在翹起凸緣成形凸部52的頂部和翹起凸緣成形凹部62的外緣62a及內緣62b這三處彎曲，成形截面形狀為山形的全凸緣42』。
其次，將成形這種由半凸緣41及全凸緣42』構成的密封凸緣的金屬板1如圖10中點劃線所示切斷。即，衝切由一對預備孔21、21和全凸緣42』、42』圍成的區域(圖10中網格線所示的區域)1a。
在該工序中，通過在靠內周末端部4e的位置切斷圖9(b)所示的全凸緣42』的內周斜面部4d，如圖1所示，形成口孔部2，同時形成沿著該口孔部2的直線狀開口緣2b及緩曲線狀開口緣2c的翹起凸緣42，結束金屬襯墊mg的製造。
因此，可以容易地製造具有沿著口孔部2的半圓弧狀開口緣2a的半凸緣41和沿著直線狀開口緣2b及緩曲線狀開口緣2c的翹起凸緣42連續的密封凸緣4的金屬襯墊mg。
此外，在形成口孔部2的工序中，如果將圖9(b)所示的內周斜面部4d在內周末端部4e切斷，則也可以將沿著直線狀開口緣2b及緩曲線狀開口緣2c的翹起凸緣42的部分設為由全凸緣構成，而且，在凸模5及凹模6的凸緣成形凸部及凸緣成形凹部的形狀、和形成口孔部2的切斷位置的關係上，也可以將沿著半圓弧狀開口緣2a的部分設為由翹起凸緣構成等進行各種變更。