CN105039962B

CN105039962B - 一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置及用其处理的工艺

Info

Publication number: CN105039962B
Application number: CN201510543845.XA
Authority: CN
Inventors: 王小平; 冯天玉; 王焱清; 张凯鑫; 张涛; 黄世明
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: CN105039962A

Abstract

本发明公开了一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置及用其处理的工艺，处理装置由基架部分、缸套定位夹紧部分、往复旋转部分以及缸套挤渗部分组成。压紧油缸固定在龙门架上，往复油缸带动旋转马达上下往复运动，并由两导杆导向；挤渗杆上端与旋转马达相连接，下端与挤渗体相连；配油盘套在挤渗杆外,配油盘内孔与之配合,四块挤渗压条均布镶嵌在挤渗体外圆周内，还有压紧块、碳化硅喂入口。液压系统的压力油流到压紧油缸，夹紧油缸通过液压系统换向使夹紧油缸活塞下行将缸套压紧。挤渗压力油使挤渗压块涨紧气缸套，将碳化硅微粒挤渗并镶嵌到气缸套内表面，内孔抛光，检验，清洗包装，使用寿命可达8000‑10000小时。

Description

一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置及用其处理的工艺

技术领域

本发明涉及一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置及用其处理的工艺。

背景技术

气缸套表面是柴油机的最主要摩擦表面。柴油机的寿命主要是由气缸套的磨损决定的。随着柴油机的不断强化，气缸套的工作条件更加恶劣。为延长发动机的寿命，提高气缸套的耐磨性显得尤为迫切。

气缸套的材质一般为普通灰铸铁(HB170-230)、高磷铸铁、硼铸铁、钒钛铸铁等。灰铸铁成本低，耐磨性差，而硼铸铁、钒钛铸铁成本较高，耐磨性也较好，在国内外应用的较广。

气缸套的磨损特点是第一道活塞环上死点处磨损最大并形成明显的台阶，在活塞环的下死点处磨损也较为显著。这是因为这两个地方，活塞环运动速度为零，不易建立油膜形成边界状态的摩擦，所以磨损较大，而在上死点处，还因为这时的气压力最大，同时燃烧产物中的酸性物质对缸壁起腐蚀作用，所以磨损特别大。而在中间部的磨损是比较均匀的，这就是气缸套的正常磨损，气缸套除了正常磨损外，还有腐蚀磨损，空气和机油中的杂质所形成的磨料所引起的磨损，这些情况也对气缸套的磨损影响非常大。

为了提高气缸套的耐磨性，可在气缸套材料中添加镍、铬、铜等合金元素。但是对于使用负荷较重的发动机来说，在气缸套中加入少量合金元素，并不能保证气套有足够的耐磨性，而添加大量的贵重合金元素又会使气缸套成本大大增加。此外，气缸套除了其内表面以外，其他表面的耐磨性要求实际上并不高或者并没有耐磨性要求。为了解决这一矛盾，我们常在普通材料气缸套内表面进行表面处理，以显著提高其耐磨性。

目前，国内外气缸套主要的表面处理工艺为：气缸套内表面镀铬、镀铜；高频淬火、激光淬火；表面磷化处理；平顶网纹珩磨等。而镀铬、镀铜成本高，环璄影响大；平顶网纹珩磨，工艺操控难度大；高频淬火，气缸套易产生裂纹；激光淬火，设备投入大，生产效率不高；表面磷化处理，耐磨性的提高不显著。

依据高磷铸铁开拓的耐磨机理：在珠光体为主的基体上，除分布中细片状石墨以外，还分布高硬度的硬化相。在摩擦过程中硬化相形成支承的第一摩擦面，软基体形成第二摩擦面。铸铁表面的耐磨性随硬化相的硬度提高而提高；随块度适中、分布均化而提高。如何在铸铁中形成硬度高、块度适中、分布均匀又不损坏铸铁的冷热加工性能的硬化相，一直是本申请人寻求提高缸套使用寿命降低其成本的方法和目的。

气缸套挤渗碳化硅是一项机械表面处理工艺。英国“莱斯道尔”公司早在上世纪八十年代中期就提出了气缸套挤渗碳化硅的工艺设想。在其“契夫登”坦克L60型二冲程柴油机上。随后，英国、美国、日本等国都作了许多研究，但在深入研究和推广应用上都没能获得突破；国内在上世纪八十年代也进行过一些研究，但也没能深入研究下去。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种可处理普通灰铸铁柴油机缸套，工艺简单、材料和挤渗成本低，生产效率高，能显著提高气缸套内表面的耐磨性的一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置及用其处理的工艺。

本发明目的的实现方式为，一种用柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置，由基架部分、缸套定位夹紧部分、往复旋转部分以及缸套挤渗部分组成；

压紧油缸固定在龙门架上，旋转马达固定在往复油缸的活塞杆上，带动旋转马达上下往复运动，并由两导杆导向；挤渗杆上端与旋转马达的输出轴相连接，下段伸入试验缸套，下端与挤渗体相连；配油盘套在挤渗6上部,配油盘内孔与挤渗杆外圆为间隙配合,配油盘内孔上下两端各装有一旋转密封圈；四块挤渗压条竖直均布镶嵌在挤渗体外圆周内，每块挤渗压条由上下两根柱塞顶着,并在四条挤渗压条围成的圆周上下各箍一道紧箍弹簧，压紧块固定在压紧油缸的套筒活塞下端，碳化硅喂入口固定在龙门架上；试验缸套固定在缸套定位工装上，缸套定位工装固定在基座上。

一种用柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置处理的工艺，待处理的柴油机气缸套放置在缸套定位工装上的内止口上并定位，液压系统的减压阀一路接压力传感器，一路经电磁换向阀二接配油盘；

液压系统的压力油经电磁换向阀一换向到压紧油缸的A3、B3油口，然后夹紧油缸通过液压系统换向使夹紧油缸活塞下行将待处理的柴油机气缸套压紧。挤渗压力油通过配油盘，挤渗杆，挤渗体推动柱塞，使挤渗压块涨紧待处理的柴油机气缸套，以实现待处理的柴油机气缸套内表面与挤渗压块之间的碳化硅微粒挤渗并镶嵌到待处理的柴油机气缸套内表面，内孔抛光，检验，清洗包装；挤渗压力由减压阀进行调节；

挤渗碳化硅处理液为绿色碳化硅+油基载附液，所述绿色碳化硅与油基载附液的重量配比为8:2；所述绿色碳化硅规格HV2300，180目；

所述95气缸套挤渗碳化硅表面处理工艺参数：

挤渗压力：20-25kg/cm²，

挤渗时间：1-2分钟，

往复速度：60-80毫米/秒，上下往复速度应一致，以利于内孔成规则网纹，

旋转速度：180-200转/分，

碳化硅的喂入量：15-20g/次。

采用本发明，可处理普通灰铸铁柴油机缸套，不需添加许多贵重合金，从而可极大地降低套缸的材料成本，工艺简单、设备投资少、材料和挤渗成本低，生产效率高；可将硬度极高的碳化硅微粒，机械地强制地压入、镶嵌并均匀分布到柴油机气缸套内表面上，形成一种软基体，硬质点的表面结构和多网纹小平台的表面形态，从而可显著地提高气缸套内表面的耐磨性。

附图说明

图1是本发明的柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置结构示意图，

图2是图1的I部分放大示意图，

图3是图1的P部分放大示意图，

图4是本发明的液压原理图，

图5是柴油机气缸套缸套结构示意图，

图6是碳化硅微粒镶嵌缸套内表面结构示意图。

具体实施方式

参照图1、2、3，本发明的一种柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置由基架部分、缸套定位夹紧部分、往复旋转部分以及缸套挤渗部分组成；所述基架部分由基座13，龙门架2组成；缸套定位夹紧部分由缸套定位工装12，压紧块8，压紧油缸7组成；往复旋转部分由往复油缸1，导向杆3，旋转马达4组成；缸套挤渗部分由配油盘5，挤渗杆6，挤渗体10，四根挤渗压条11，柱塞14，碳化硅喂入口16组成。

压紧油缸7固定在龙门架2上，旋转马达4固定在往复油缸1的活塞杆上，带动马达4上下往复运动，并由两导杆3导向，挤渗杆6上端与旋转马达4的输出轴相连接，下端与挤渗体10相连。往复油缸、旋转马达驱动挤渗装置的挤渗杆，挤渗体，挤渗压块在缸套内往复旋转，其往复旋转速度由单向节流阀控制，采用回油节流以减小油路的冲击与振动；往复、旋转速度可由流量计显示计算得出。

配油盘5套在挤渗杆6上部,配油盘5内孔与挤渗杆外圆为间隙配合,配油盘内孔上下两端各装有一旋转密封圈,以保证它们相对旋转运动时配合部位的密封。并设有旋转过油通道,以保证它们相对旋转运动时配合部位的密封；四块挤渗压条11竖直均布镶嵌在挤渗体10外圆周内，每块挤渗压条11由上下两根柱塞15顶着,并在四条挤渗压条11围成的圆周上下各箍一道紧箍弹簧14，以免挤渗压条脱落(见图3)。下段伸入待处理的柴油机气缸套9，下端与挤渗体10采用密封的万向球相连，在挤渗时以弥补缸套定位工装的误差对缸套内孔精度的影响。

配油盘5可随挤渗杆上下往复运动，挤渗杆在配油盘内孔中作旋转运动，其作用是使液压系统的挤渗压力油通过配油盘正常流入上下往复旋转运动的挤渗杆6的油路中。挤渗压力油通过配油盘，挤渗杆，挤渗体推动柱塞15，使挤渗压块涨紧缸套，以实现缸套内表面与挤渗压块之间的碳化硅微粒挤渗并镶嵌到缸套内表面上。

压紧块8固定在压紧油缸的套筒活塞下端，碳化硅喂入口16固定在龙门架上；试验缸套固定在缸套定位工装12上，缸套定位工装固定在基座13上，增加上下往复运动的稳定性。

待处理的柴油机气缸套9放置在缸套定位工装12上的内止口上并定位，液压系统的减压阀24一路接压力传感器，一路经电磁换向阀二34接配油盘5。

液压系统(见图4)压力油经电磁换向阀一27换向到压紧油缸7的A3、B3油口，夹紧油缸7通过液压系统换向使夹紧油缸活塞下行将待处理的柴油机气缸套压紧。挤渗压力油通过配油盘5，挤渗杆6，挤渗体10推动柱塞15，使挤渗压块涨紧待处理的柴油机气缸套，以实现待处理的柴油机气缸套内表面与挤渗压块之间的碳化硅微粒40挤渗并镶嵌到待处理的柴油机气缸套内表面41，形成一种软基体，硬质点的表面结构和多网纹小平台的表面形态，从而可显著地提高气缸套内表面的耐磨性(见图6)。挤渗压力由减压阀24进行调节。

挤渗碳化硅处理液为绿色碳化硅+油基载附液，所述绿色碳化硅与油基载附液的重量配比为8:2；所述绿色碳化硅规格HV2300，180目。本发明挤渗碳化硅处理液采用绿色碳化硅，是因绿色碳化硅是碳化硅中的一种，其挤渗效果较佳；绿色碳化硅加油基载附液是可将绿色碳化硅搓成球状，在挤渗时以利于绿色碳化硅的喂入。

所述绿色碳化硅规格HV2300，180目。

所述95气缸套挤渗碳化硅表面处理工艺参数：

挤渗压力：20-25kg/cm²，

挤渗时间：1-2分钟，

旋转速度：180-200转/分，

碳化硅的喂入量：15-20g/次。

参照图4，液压系统中有空气滤清器17、油位油温计18、吸油滤清器19、油泵20、接压力表的接线21、电机22、接配油盘的接线23、减压阀24、溢流阀25、接压力传感器的接线26、电磁换向阀一27、单向节流阀28、接旋转马达的接头A1、B129，接流量计的接线一30、接往复油缸的接头A2、B231，接流量计的接线二32、接夹紧油缸的接头A3、B333，电磁换向阀二34。

待处理的柴油机气缸套9的材质为普通灰铸铁缸套(HT300)，其化学成分：碳3.2-3.35；硅1.77-2.66；磷0.13-0.38；铬≤0.77；硫≤0.1。金相组织：石墨呈一般中细片状，也有点状；基体基本上为珠光体，铁素体少量；磷共晶呈网状分布，数量有的较多，块度细小。机械性能：硬度HB188-238，抗拉强度为25.5-28kg/mm2，抗弯强度为38-42kg/mm²。不需添加许多贵重合金，从而可极大地降低套缸的材料成本。

采用本发明对95柴油机气缸套挤渗碳化硅，表面处理前其内孔加工至Φ95-0.03，表面粗糙度为Ra0.8。95柴油机气缸套大头放置在缸套定位工装12上的内止口上并定位，夹紧油缸下行压紧柴油机气缸套：然后调整挤渗压条在缸套内孔中的行程，挤渗压条在柴油机气缸套内表面往复旋转挤压时，其挤渗压条可超出缸套内孔两端挤渗压条上下两端的三分之一长度，以利于缸套内孔上下两端部分的挤渗碳化硅的处理质量。处理后成品尺寸为Φ95+0.030，表面粗糙度为Ra0.4，其它尺寸加工至成品尺寸。

硼铸铁气缸套经六小时模拟磨损试验后的平均磨损量为0.1057mm其经验证后的耐磨实际使用寿命为6000小时。采用本发明对普通灰口铸铁材料气缸套经过挤渗碳化硅表面处理后，经六小时快速模拟磨损试验，气缸套的磨损量控制在0.05mm以内，对比可判断出，柴油机气缸套实际使用寿命预期可提高至8000-10000小时。

参照图5，柴油机气缸套上有上肩台35，其与冷却水接触的套体37上、下有上定位外圆36、下定位外圆38，其上有阻水槽部分39。

本发明具有工艺简单、材料和挤渗成本低、设备投资少、无污染、生产效率高等特点。

Claims

1.柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置处理的工艺，其特征在于：待处理的柴油机气缸套放置在缸套定位工装上的内止口上并定位，液压系统的减压阀一路接压力传感器，一路经电磁换向阀二接配油盘；

液压系统的压力油经电磁换向阀一换向到压紧油缸的A3、B3油口，然后夹紧油缸通过液压系统换向使夹紧油缸活塞下行将待处理的柴油机气缸套压紧；挤渗压力油通过配油盘，挤渗杆，挤渗体推动柱塞，使挤渗压块涨紧待处理的柴油机气缸套，以实现待处理的柴油机气缸套内表面与挤渗压块之间的碳化硅微粒挤渗并镶嵌到待处理的柴油机气缸套内表面，内孔抛光，检验，清洗包装；挤渗压力由减压阀进行调节；

所述柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理工艺参数：

挤渗压力：20-25kg/cm²，

挤渗时间：1-2分钟，

旋转速度：180-200转/分，

碳化硅的喂入量：15-20g/次。

2.根据权利要求1所述的用柴油机气缸套挤渗碳化硅表面处理装置处理的工艺，其特征在于：待处理的柴油机气缸套(9)为普通灰铸铁缸套，其化学成分：碳3.2-3.35；硅1.77-2.66；磷0.13-0.38；铬≤0.77；硫≤0.1；金相组织：石墨呈一般中细片状，也有点状；基体为珠光体，铁素体少量；磷共晶呈网状分布，硬度HB188-238，抗拉强度为25.5-28kg/mm²，抗弯强度为38-42kg/mm²。