CN101539064B - 无缸套铝合金发动机曲轴箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无缸套铝合金发动机曲轴箱，包括箱体、气缸体和活塞，所述气缸体位于所述箱体右上端，所述活塞位于气缸体内并与气缸体内壁滑动配合，所述箱体和气缸体用铝合金一体铸造成型，所述铝合金按如下重量百分比计组分及配比制得：Si11.55～13.25％，Cu2～3.5％，Fe0.4～1.05％，Zn≤3％，Mn0.1～0.35％，Sn≤0.1％，Mg≤0.25％，Pb≤0.20％，Ni≤0.5％，Cr0.01～0.15％，稀土，余量为Al。该无缸套铝合金发动机曲轴箱的铝合金机械性能好，抗拉强度大于等于260MP和屈服强度大于等于240MP且耐磨性好寿命长，产品加工工艺更易，制造成本会更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机，尤其是涉及一种无缸套铝合金发动机曲轴箱。
技术背景
曲轴箱广泛应用于各类发动机中，是发动机不可缺少的重要零件。发动机曲轴箱中的气缸体使用时间是影响发动机寿命和大修时间间隔的主要因素，曲轴箱气缸体的使用时间较短的主要原因是由于在使用过程重载高温环境下活塞与气缸体内壁剧烈摩擦磨损。为使发送机缸体具有较好的可加工性和散热性能，曲轴箱气缸体多用金属铝制造。在高温状态下，金属铝的屈服强度和硬度随温度的上升呈明显下降趋势，工作时的高温环境将使磨损加剧，故金属铝制发动机气缸体耐磨性较差。发送机在工作过程中，气缸体的磨损将使气密性降低，进而使发动机功率下降，大修时间间隔缩短。因此发动机曲轴箱中的气缸体中多装有硼钛铸铁套以解决耐磨等问题。
由于气缸体的缸套是关键部件，工作环境十分恶劣，热废劳严重，其质量的好坏直接影响到汽油机的使用寿命，多年我国一直采用的是离心铸造工艺生产气缸体缸套，但是废品率高居不下，铸造的生产成本、能源消耗都比较大，环境污染比较严重。同时工厂对机车及零部件的质量要求也不断提高，改进气缸缸套质量、降低废品率是当前的必要。
目前我国生产的缸套是用IT无心酸性中频炉炼铁水，单悬臂卧式离心浇注机进行生产浇注，质量不稳定、废品率高，同时还表现在抗拉强度低、金相组织不均，还有不允许存在的莱氏体及硬质点数量超标，在机加过程中刀具的磨损消耗相当大，还有加工后内孔气孔、疏松多。
废品率(对生产10000件产品进行了分析)
从废品率可以看出产抗拉废、金相不合格、内孔气孔、疏松、加工废是主要的废品因素，目前的生产工艺比较难解决，所以进行缸套改进是一种趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既耐磨，又能减少废品率的无缸套铝合金发动机曲轴箱。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：提供一种无缸套铝合金发动机曲轴箱，它包括箱体、气缸体和活塞，所述气缸体位于所述箱体右上端，所述活塞位于气缸体内并与气缸体内壁滑动配合，其要点是：所述箱体和气缸体用铝合金一体铸造，所述铝合金按如下重量百分比计组分及配比制得：Si11.55～13.25％，Cu2～3.5％，Fe0.4～1.05％，Zn≤3％，Mn0.1～0.35％，Sn≤0.1％，Mg≤0.25％，Pb≤0.20％，Ni≤0.5％，Cr0.01～0.15％，稀土≤0.1％，余量为Al。
所述铝合金的组分及其较佳重量百分比为：Si12～12.75％，Cu3.1～3.5％，Fe0.7～1.05％，Zn2.1～3％，Mn0.25～0.35％，Sn≤0.1％，Mg0.18～0.25％，Pb0.10～0.20％，Ni0.1～0.4％，Cr0.01～0.13％，稀土≤0.1％，余量为Al。采用传统铸造铝合金的方法制取。
加入Ni≤0.5％和Cr0.01～0.15％，该两种成分可以增加气缸体的硬度；Si11.55～13.25％此种成分可以提高气缸体的耐磨性；Cu 2～3.5％可以增加气缸体时效后的硬度和延伸率；稀土可以改善气缸体内部的相关结晶和机械性能。
由于本发明在气缸体内没有设置气缸套，是在生产过程中直接采用铝合金将气缸体和箱体一起压铸出来的，该铝合金材料各项机械性能均优于传统铸铁或钢质气缸套，因此该气缸体的各项性能指标既可以满足传统的铸铁或钢质气缸套所起的耐磨等作用外，还能避免单独生产铸铁或钢质缸套带来的工艺及其成本的增加。同时，气缸体不带缸套时在工作过程中的热场更均匀；生产过程中更易加工，气缸体内壁的光洁度更高，在工作过程中磨擦阻力更小；在对气缸体内壁进行珩磨时，珩磨出来的网纹更好，在气缸体工作过程中机油润滑更好；活塞在气缸体内往返运动过程，铝合金比硼钛铸铁合金的磨擦阻力更小；不带气缸套比带气缸套气缸体内壁在工作过程中不易失圆，原因是不带气缸套气缸体的内壁温度场比较均匀，产生的热应力一致，气缸体的内壁在轴线上变形较小，这样气缸体的内壁的失圆就小。
由于活塞侧向力的作用部分通过活塞环在一定环面上对气缸体内壁作用，侧面会使气缸孔各部(周向和轴向上)的变形不均，再加上活塞自上而下的运动过程，气缸体内壁气体压力不断改变，活塞和气缸体内壁接触位置不断改变， 所以工作过程中阻力大小、热场均不均匀和气缸体内壁是否失圆对气缸体内壁是否易拉缸有相当大的影响。
本发明的效果：
1、不带缸套气缸体的生产工艺少；
2、气缸体不带缸套同带缸套气缸体产品重量更轻670克以上；
3、气缸体不带缸套比带缸套气缸体降低成本和能源，每件可节约5-6元；
4、气缸体不带缸套比带缸套气缸体生产工艺得到改进和提升：刀具的消耗相当小噪声小、环境灰尘小、设备的磨损小、组织均匀，没有硬质点加工过程中不易失圆；
5、气缸体不带缸套比带缸套气缸体散热更好；
6、气缸体在工作过程中，气缸体不带缸套比带缸套气缸体更不易出现拉缸现象；
7、该无缸套铝合金发动机曲轴箱的铝合金机械性能好，抗拉强度大于等于260MP和屈服强度大于等于240MP，且耐磨性好，寿命长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的气缸体2的结构示意图。
上述附图中各编号的意义是：1.箱体，2.气缸体，3.活塞。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
请参见图1和图2：所示的无缸套铝合金发动机曲轴箱，它是由箱体1、气缸体2和活塞3等部件组成，所述箱体1和气缸体2用铝合金一体铸造成型，且所述气缸体2位于所述箱体1右上端，所述活塞3位于气缸体2内并与气缸体2内壁滑动配合，所述铝合金的组分及其较佳重量百分比为：Si11.55～13.25％，Cu2～3.5％，Fe0.4～1.05％，Zn≤3％，Mn0.1～0.35％，Sn≤0.1％，Mg≤0.25％，Pb≤0.20％，Ni≤0.5％，Cr0.01～0.15％，稀土≤0.1％，余量为Al。
该铝合金的组分及其较佳重量百分比为：Si12～12.75％，Cu3.1～3.5％，Fe0.7～1.05％，Zn2.1～3％，Mn0.25～0.35％，Sn≤0.1％，Mg0.18～0.25％，Pb0.10～0.20％，Ni0.1～0.4％，Cr0.01～0.13％，稀土≤0.1％，余量为Al。
本发明的实施例1：
熔炼：先向熔炼炉中加入铝合金废料和铝合金边角料。然后加入铝锭，待铝锭完全熔化，炉温在720℃～760℃时，在熔炼炉中加入Mg、Si、Cu、Fe、Mn、Zn、Sn、Ni、Pb、Cr和稀土，其中各成分的重量百分比为：Si12.4％，Cu2.75％，Fe0.75％，Zn2％，Mn0.18％，Sn0.05％，Mg0.13％，Pb0.15％，Ni0.3％，Cr0.13％，稀土0.1％，余量为Al。
精炼：在温度720℃～760℃之间，加精炼剂，充分搅拌、去渣扒灰，精炼时间为40分钟～60分钟。
模具进行压铸成型：铸造温度为640℃～660℃，铸造速度为60毫秒/分钟。
人工时效：将缸套铝合金发动机曲轴箱加热到温度为268℃～278℃进行去应力退火，去除残余应力。
机加工：采用专用设备和专用刀具对无缸套铝合金发动机曲轴箱进行镗孔加工，使尺寸公差和几何形状达到要求。
装配：在无缸套铝合金发动机曲轴箱中装入曲轴、活塞等。
本发明的实施例2：
本发明的实施例2与实施例1相同，唯一不同之处是铝合金中各成分的重量百分比不一样，实施例2中铝合金各成分的重量百分比为：Si11.55％，Cu2％，Fe0.4％，Zn1％，Mn0.1％，Sn0.01％，Mg0.1％，Pb0.1％，Ni0.1％，Cr0.01％，稀土0.1％，余量为Al。
本发明的实施例3：
本发明的实施例3与实施例1相同，唯一不同之处是铝合金中各成分的重量百分比不一样，实施例3中铝合金各成分的重量百分比为：Si13.25％，Cu3.5％，Fe1.05％，Zn3％，Mn0.35％，Sn0.1％，Mg0.25％，Pb0.2％，Ni0.3％，Cr0.05％，稀土0.1％，余量为Al。
本发明不带缸套缸体与带缸套气缸体发动机性能对比：
本发明中铸造铝合金机械性能：
[0044] 由于本发明采用特制铝合金对气缸体进行铸造，该气缸体的各种性能指标都优于硼钛铸铁套，因此直接采用活塞位于气缸体内并与气缸体内壁滑动配合，既可解决现有铝合金带来的不耐磨等问题，还可解决硼钛铸铁套带来的废品多、成本高等问题。
Claims (2)
1.一种无缸套铝合金发动机曲轴箱，包括箱体(1)、气缸体(2)和活塞(3)，所述气缸体(2)位于所述箱体(1)右上端，所述活塞(3)位于气缸体(2)内并与气缸体(2)内壁滑动配合，其特征在于：所述箱体(1)和气缸体(2)用铝合金一体铸造成型，所述铝合金的组分及其重量百分比为：Si12～12.75％，Cu3.1～3.5％，Fe0.7～1.05％，Zn2.1～3％，Mn0.25～0.35％，Sn≤0.1％，Mg0.18～0.25％，Pb0.10～0.20％，Ni0.1～0.4％，Cr0.01～0.13％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的无缸套铝合金发动机曲轴箱，其特征在于：所述的铝合金按重量百分比还包括稀土≤0.1％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ding Jiquan Inventor before: Cheng Fugang Inventor before: Ding Jiquan |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Aluminum alloy engine crankcase without cylinder sleeve Effective date of registration: 20121207 Granted publication date: 20110119 Pledgee: Chongqing Three Gorges bank Limited by Share Ltd Beibei branch Pledgor: ChongQing San Hua Industrial Co., Ltd. Registration number: 2012990000766 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20140909 Granted publication date: 20110119 Pledgee: Chongqing Three Gorges bank Limited by Share Ltd Beibei branch Pledgor: ChongQing San Hua Industrial Co., Ltd. Registration number: 2012990000766 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110119 Termination date: 20170408 |