CN103132009A - 利用等离子体喷涂工艺来修复气缸运行表面的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种修复容纳在发动机缸体中的缸套的内表面的方法。从内表面去除材料,以产生厚度减小的区域,厚度减小的区域相对于气缸轴向地延伸,并且在未达到缸套的端部处停止,从而在厚度减小的区域和缸体的端部之间留有初始直径区。然后,例如通过锤刷来使厚度减小的区域的表面粗糙化。将等离子体涂层涂覆到初始直径区域的至少一部分和厚度减小的区域。然后,对涂层进行精加工,以产生与在涂覆涂层之前的初始直径区域的初始内径相等的均匀的内径。

Description

利用等离子体喷涂工艺来修复气缸运行表面的工艺
本申请要求于2011年11月22日提交的DE 10 2011 086803.8号申请的外国优先权权益,该申请通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种利用等离子体喷涂工艺来修复内燃机的磨损的气缸套的工艺。
背景技术
已知的是,通过执行电弧丝喷涂利用铁合金来涂覆铸铝发动机缸体的气缸支承面。已知的电弧丝喷涂工艺包括双丝电弧喷涂(TWAS)工艺,其中,以使电流跨过丝材传输的方式将两个丝材喂入到喷涂头中。
还可通过等离子体喷涂的方式来涂覆涂层,其中,使金属粉末或填充焊丝熔化并以金属氮化物化合物的方式将氮气喂入到材料混合物中,从而使涂层硬化。
现在的内燃机及其发动机缸体可由金属或轻金属(例如铝)铸造而成,具体地,铝缸体具有在其缸孔上的铁或金属涂层。可通过热处理来喷涂金属涂层。上面描述的工艺是已知的热喷射工艺。通过等离子体喷涂工艺的方式来涂覆缸孔的优势在于,因为它由此能够产生对减少发动机的磨损因素和对延长发动机的使用寿命产生积极影响的涂层,而且与通过灰铸铁合金的方式提供的传统的内衬相比,该发动机具有相对低的油耗。
然而,现在的例如由轻金属生产的发动机缸体仍然具有由铸铁金属合金制造(例如由灰铸铁制造)的内衬,从而在例如上止点区域中以及缸套的其它区域中发生例如明显的磨损。如果发生这种磨损,则可能需要进行尝试来提供修复措施,或者更换受损缸体;这不仅非常昂贵,而且还对整个动力传动系统具有不利影响,这是由于更换的组件可能不与现有的组件立即配合,并且在特定的情况下,需要漫长的设置工作。
美国专利申请US2011030663A1教导了通过热喷涂方式的有效的和经济的修复会由于与缸套的轴向端部相邻的铝唇(lip)并且由于铝唇与缸套上的将被涂覆的表面区域之间的区域而变得复杂。US2011030663A1还公开了利用锤子或冲击刷仅对缸套运行表面的磨损区域进行机械加工,在这种情况下,相邻区域可能未损害或被机械加工,并且可保持为例如珩磨状态。因此,在缸套中产生了包括不同材料的区域,并且这些区域使得更加难以进行均匀的机械加工。
发明内容
在这里公开的实施例中,一种修复缸套的损坏区域的方法包括:对损坏区域进行机械加工以产生厚度减小的区域;使厚度减小的区域的表面粗糙化;将涂层涂覆到厚度减小的区域以及与厚度减小的区域相邻的未机械加工区域;对涂层进行精加工以产生期望的内径,涂层基本上完全地从未机械加工的表面去除。
涂层还可轴向地延伸超过未机械加工区域,以涂覆发动机缸体的与缸套的轴向端部紧邻的唇部。
可通过诸如等离子体传输电弧丝涂覆工艺的等离子体喷涂工艺来涂覆涂层。
机械加工步骤可在厚度减小的区域和未机械加工区域之间形成有角度的或者倒角的过渡部。
粗糙化的步骤可包括锤刷工艺。
精加工的步骤可包括珩磨。
在这里公开的另一实施例中,一种修复容纳在发动机缸体中的缸套的损坏区域的方法包括:对损坏区域进行机械加工,以产生厚度减小的区域,厚度减小的区域在未达到缸套的轴向端部处停止并使缸套的邻近该轴向端部的部分成为未机械加工区域;使厚度减小的区域的表面粗糙化;将涂层涂覆到厚度减小的区域区,涂层延伸至缸套的与厚度减小的区域相邻的缸套的未机械加工区域上;对涂层进行精加工,以产生与在涂覆涂层之前的未机械加工区域的直径相等的期望的内径。
涂层还可以轴向地延伸到发动机缸体的与缸套的轴向端部紧邻的唇部上。
可以通过等离子体传输电弧丝涂覆工艺来涂覆所述涂层。
机械加工的步骤可以在厚度减小的区域和未机械加工区域之间产生过渡部。
过渡部可以是内倒角。
粗糙化的步骤可以包括锤刷工艺。
精加工步骤可以包括珩磨。
在这里公开的又一实施例中,一种修复容纳在发动机缸体中的缸套的内表面的方法包括:从内表面去除材料,以产生厚度减小的区域,厚度减小的区域相对于气缸轴向地延伸,并且在未达到缸套的端部处停止,从而在厚度减小的区域和缸体的端部之间留有初始直径区域;使厚度减小的区域的表面粗糙化;将涂层涂覆到初始直径区域的至少一部分和厚度减小的区域;对涂层进行精加工,以产生与涂覆涂层之前的初始直径区域的初始内径相等的均匀的内径。
涂层还可以轴向地延伸到发动机缸体的与缸套的端部紧邻的唇部上。
可以通过等离子体传输电弧丝涂覆工艺来涂覆涂层。
粗糙化步骤可以包括锤刷工艺。
精加工步骤可以包括珩磨。
附图说明
在权利要求书中具体地复述了这里描述的本发明的实施例。然而,通过参照下面结合附图进行的详细描述,其它特征将变得更加明显,并且可以更好地理解实施例,在附图中:
图1是其中已经铸造了缸套的由轻金属制成的发动机缸体的局部图,缸套在上止点区域中有所磨损;
图2至图5示出了在修复缸套的工艺中的顺序的步骤。
具体实施方式
按所要求的,在这里公开本发明的具体实施例;然而,应该理解的是,公开的实施例仅仅是可以以各种可替换的形式实施的本发明的示例。附图不需要是按比例的;可夸大或最小化一些特征,以示出特定组件的细节。因此,这里公开的具体的结构上和功能上的细节不被解释为限制性的,而仅是作为用于教导本领域技术人员以不同的方式应用本发明的代表性的基础。
图1示出了可由诸如铝合金的轻质金属制成的发动机缸体1的局部。如本领域所公知的,由不同的金属材料制成(例如,由灰铸铁制成)的缸套2已经铸造到发动机缸体1中。缸套2由轻金属唇部3(其为发动机缸体1的一部分)在头部侧(即,在图中的平面的顶部)跨过。油被捕获在缸套2和轻金属缸体1之间,如通过类似通道的构造4的方式来表示。活塞(未示出)以传统的方式容纳在缸套2中。
图1示出了包括缸孔的轴向端部的一部分的发动机缸体的一部分,其中,缸套2包括上止点区域5和设置在上止点区域上方的头部区6。缸套2沿缸孔的轴向长度向下延伸,直至未在附图中示出的气缸的底部区域。
缸套2以示例的方式在其上止点区域5中表现出磨损7。头部区域6表现出很少的磨损或未表现出磨损,因此不需要修复。
在修复工艺的第一步骤中,如图2中所示,通过围绕缸套2的整个圆周从缸套2的内部(优选地,从上止点区域5),并且还部分地侵入到头部区域6中,并且向下直至底部区域(未示出)去除材料来减小缸套2的材料厚度。在这种情况下,最好使与磨损或损坏的上止点区域5紧邻(沿轴向方向)的头部区域6的材料厚度保持为局部不变。如图2中所示,在该步骤中,轻金属唇部3也可保持为未被机械加工。即,通过机械加工步骤,轻金属唇部3的原始内径和缸套的与轻金属唇部3沿轴向紧邻的头部区域6的原始内径保持不变。
可执行材料去除步骤,以在上止点区域5(其中去除了材料)和未去除材料的头部区域6之间形成过渡部8。过渡部8可采取倾斜的内倒角的形式,例如,优选地具有以倾斜平面的形式的连续倾斜。过渡部8还可以形成有指向外部的曲率,实质上以中空的形式形成。
优点在于,在机械加工步骤中,不去除缸套2的整个厚度,而是保留支撑内衬结构,以支撑将要以下面描述的方式涂覆的修复涂层。
在后续步骤中,使缸套的厚度减小的区域(即,从上止点区域5向下直至底部区域)粗糙化。在该过程中,过渡部8也可被粗糙化。
如在本公开中使用的,粗糙化被定义为在准备涂覆修复涂层的过程中进行机械加工以使表面粗糙化。为此,在这里公开的修复工艺中,优选地使用利用锤刷或冲击刷的组合锤刷工艺。因此,在缸套2中产生槽9。槽9也可具有凹陷(undercut)。例如,可通过例如在US2011030663A1中公开的组合锤刷工艺来实现粗糙化,该申请的公开内容通过引用包含于此。
一旦表面被粗糙化,则在后续步骤中涂覆修复涂层10,如图4中所示。为此,能够使用热喷涂工艺,例如等离子体喷涂,例如,PTWA内部涂覆工艺。
将修复涂层10以过厚的厚度喷涂,其中,在这种情况下,过厚的厚度是指修复涂层10最初被涂覆为比在完成后的修复好的缸套中期望的厚度大的厚度。当喷涂涂层10时,头部区域6、通道4和轻金属唇部3也被涂覆。由于头部区域6、通道4和轻金属唇部3的一些或全部表面未被粗糙化,所以将在这些未粗糙化的区域中形成不足的结合。如关于后续步骤的图5中所示,由于修复涂层10最终被去除,所以对载油通道4的过度喷涂也不会导致进一步的损害。在缸套2的粗糙化区域中,可以清楚地识别修复涂层10与粗糙化区域之间的结合。
在铸造内衬(通常由灰铸铁组成)与缸套的轻金属之间,油体积(虽然是小的油体积)被捕获在这两个组件之间的间隙中,使得采用已知的等离子体喷涂(例如,等离子体传输电弧丝(PTWA)内部涂覆工艺)的传统工序的方式来执行修复是不实际的,这是因为捕获的油将由于等离子体火焰的作用而从间隙流出,因此不再能够确保喷涂到基质材料上的涂层的结合所需的性质。因此,在轻金属和金属内衬之间的过渡处,涂覆更可能会失败。
一旦已经将修复涂层10涂覆至过厚的厚度,则将其进行精加工,在这种情况下,如图5中所示,恢复了缸套2的初始的、期望的内径。具体地说,将粘附到头部区6、将通道4桥接以及粘附到轻金属唇部3的涂层基本完全去除。术语“基本完全去除”意图表示虽然可能残留着一些小痕量或残余的涂层,但是头部区域6和唇部3的初始直径没有显著减小。在这方面,即使例如油将具有减弱的结合,但是对这些区域的初始涂覆也不造成损害。因此,精加工的修复涂层10以齐平的方式与头部区域6接合。
精加工步骤可包括例如珩磨。由于修复涂层从过渡部8一直连续到底部区域,所以在修复好的缸套中还避免了材料至不同材料的过渡,从而可使用简单的精加工工具或珩磨工具代替特殊的珩磨工具。
应该注意的是,如在上下文中使用的,术语“精加工”并不是必然暗示将不执行对缸套表面的进一步平滑化、抛光或其它处理。相反,该术语是指产生缸套的标称内径的机械加工步骤。
虽然可以避免的材料损失因此而被预期,但是这种工序在机械加工的经济型方面具有优点,这是因为喷涂工具可以以连续穿过的方式操作而与过渡点无关。由于不需要注意过渡点,所以实现了可观的时间收获,这足以弥补材料损失的不足。优点还在于因此能够产生永久性地未改变的缸套的初始内径,而不需要进而去关注(材料)过渡。
以公开的修复工艺的方式在缸套上产生的修复涂层可具有与从最开始喷涂到轻金属壁上从而由此形成缸套的涂层相同的性质。在这方面,利用所公开的修复工艺,能够使最初由灰铸铁生产的缸套具有通过例如PTWA内部涂覆工艺而涂覆的涂层的优点,同时保留最初的灰铸铁内衬。
显然,能够使发动机缸体的全部缸套利用根据本发明的修复工艺进行处理。还能够利用根据本发明的修复工艺处理最终将要处理的未磨损的发动机缸体的缸套。
虽然上面描述了示例性实施例,但是并不意图使这些实施例描述本发明的全部可能的形式。相反,在说明书中使用的词语是用于说明的词语而不是用于限制的词语,应该理解的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以进行各种改变。另外,不同的实施实施例中的特征可以进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种修复缸套的损坏区域的方法,该方法包括下述步骤:
对损坏区域进行机械加工,以产生厚度减小的区域;
使厚度减小的区域的表面粗糙化;
将涂层涂覆至厚度减小的区域以及与厚度减小的区域相邻的未粗糙化区域;以及
对涂层进行精加工,以产生期望的内径,未粗糙化的表面的涂层基本被完全去除。
2.如权利要求1所述的方法,其中,涂覆涂层的步骤包括等离子体喷涂工艺。
3.如权利要求2所述的方法,其中,等离子体喷涂工艺包括等离子体传输电弧丝涂覆工艺。
4.如权利要求1所述的方法,其中,机械加工的步骤在厚度减小的区域和未机械加工区域之间产生过渡部。
5.如权利要求4所述的方法,其中,过渡部是倾斜平面。
6.如权利要求1所述的方法,其中,粗糙化的步骤包括锤刷工艺。
7.如权利要求1所述的方法,其中,精加工步骤包括珩磨。
8.如权利要求1所述的方法,其中,涂层被涂覆为延伸至与缸套紧邻的发动机缸体的唇部上。
9.一种修复容纳在发动机缸体中的缸套的损坏区域的方法,该方法包括下述步骤:
对损坏区域进行机械加工,以产生厚度减小的区域,厚度减小的区域在未达到缸套的轴向端部处停止并使缸套的邻近该轴向端部的部分成为未机械加工区域;
使厚度减小的区域的表面粗糙化;
将涂层涂覆到厚度减小的区域,涂层延伸至缸套的与厚度减小的区域相邻的未机械加工区域上;以及
对涂层进行精加工,以产生与在涂覆涂层之前的未机械加工区域的直径相等的期望的内径。
10.一种修复容纳在发动机缸体中的缸套的内表面的方法,该方法包括下述步骤:
从内表面去除材料,以产生厚度减小的区域,厚度减小的区域相对于气缸轴向地延伸,并且在未达到缸套的端部处停止,从而在厚度减小的区域和缸体的端部之间留有初始直径区域;
使厚度减小的区域的表面粗糙化;
将涂层涂覆到初始直径区域的至少一部分和厚度减小的区域;以及
对涂层进行精加工,以产生与涂覆涂层之前的初始直径区域的初始内径相等的均匀的内径。
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