CN106078383A - 使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法 - Google Patents

使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，打磨单元包括主杆、安装在主杆两端的带座轴承和通过橡胶圈夹具固定在主杆中部用于转动打磨的橡胶圈；带座轴承固定于往复运动单元的轴承座固定板上；主杆的端部设置有旋转运动单元的花键圆盘；加载单元顶部的缸套试样夹具设置于橡胶圈底部。本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，适用于高硅铝合金材料，在平面试样实现硅颗粒凸出的效果，也能够在缸套的圆筒状弧面实现；加工的缸套，硅颗粒凸出并且边角实现球化，以此提高其摩擦性能，降低摩擦系数。

Description

使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工 方法
技术领域
本发明涉及材料表面改进技术领域，涉及到一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化的设备及方法。
背景技术
当代汽车零部件逐步向轻量化发展，高硅铝合金缸套因其质量轻，导热性好等优点受到关注。气缸套是内燃机工作中摩擦行为频繁的零件，其耐磨性需要进一步提高。作为承担发动机内部摩擦磨损任务的零件，缸套材料就需要提高耐磨性，途径之一便是改进其表面的形态。在摩擦磨损状态下，高硅铝合金材料的理想结构是硅颗粒凸出进行承载，凹下的铝基体位置储油便于润滑效果。
化学腐蚀的方法虽然能够实现这一结构，但是腐蚀液会造成环境污染，而且凸出的硅颗粒边角尖锐，易脱落，腐蚀时间也需要严格控制。为了提高高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能，找到一种环保易操作的方法使缸套表面硅颗粒凸出并且边角球化是非常有意义的。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，用以解决现有的化学腐蚀方法，腐蚀液会造成环境污染，而且凸出的硅颗粒边角尖锐，易脱落，腐蚀时间也需要严格控制的缺点。本发明采用的技术手段如下：
一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，包括：用于支撑的支架台、用于对缸套试样进行打磨的打磨单元、用于对打磨单元提供旋转动力的旋转运动单元、用于对缸套试样同打磨单元进行加载的加载单元和用于控制打磨单元往复运动的往复运动单元；所述打磨单元包括主杆、安装在主杆两端的带座轴承和通过橡胶圈夹具固定在主杆中部用于转动打磨的橡胶圈；所述的带座轴承固定于往复运动单元的轴承座固定板上，使带座轴承能够在主杆的轴向方向往复运动；所述主杆的端部设置有旋转运动单元的花键圆盘；所述加载单元顶部的缸套试样夹具设置于橡胶圈底部。
作为优选所述的往复运动单元包括：一号调速电机、偏心轮、连接杆、轴承座固定板、导轨和滑块；两个所述的轴承座固定板底部分别设置有滑块，所述的滑块设置于导轨上，两个所述的导轨固定于支架台的水平台面上；所述的轴承座固定板通过连接杆连接有偏心轮，所述的偏心轮传动连接有一号调速电机。
作为优选所述的加载单元包括缸套试样夹具、主板、压力传感器、自调心连接块、加载螺杆、直线导轨和加载螺杆支板；所述的缸套试样夹具固定于主板的上表面，所述的主板底部设置有用于支撑的四根直线导轨，所述的直线导轨固定在支架台上；所述的主板下方依次设置有压力传感器、自调心连接块和加载螺杆，所述的压力传感器通过连接线依次连接有变送器和载荷显示表；所述的加载螺杆具有的外螺纹能够同加载螺杆支板螺孔具有的内螺纹螺纹连接，并且能够使加载螺杆转动后在竖直方向升降。
作为优选所述的旋转运动单元包括从动皮带轮支架、从动皮带轮内套、从动皮带轮、轴承、卡簧、花键圆盘、皮带、皮带轮和二号调速电机；所述的从动皮带轮支架设置于支架台的水平台面上，从动皮带轮内套通过螺丝固定在从动皮带轮支架上，从动皮带轮内套上通过轴承和卡簧设置有从动皮带轮；所述的从动皮带轮通过花键圆盘同主杆端部固定，所述的从动皮带轮通过皮带传动连接有二号调速电机。
作为优选所述的橡胶圈和缸套试样夹具外部设置有用于防护的玻璃罩，所述的玻璃罩底部同加载单元上部的主板通过密封玻璃圈密封设置。
作为优选所述的一号调速电机同偏心轮间设置有齿轮减速器Ⅰ，并通过无级调速器Ⅰ调节转速。
作为优选所述的二号调速电机输出端设置有齿轮减速器Ⅱ，并通过无级调速器Ⅱ调节转速。
一种上述使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备的加工方法，具有以下步骤：
—安装缸套试样固定于缸套试样夹具上。
—接通二号调速电机电源，橡胶圈旋转运动，转速范围为1～620r/min。
—接通一号调速电机电源，橡胶圈沿主杆径向往复运动，往复运动转速范围为1～620r/min。
—转动加载螺杆把手，缸套试样向上移动，使缸套试样与橡胶圈接触，载荷在1～500N范围内调节，使缸套试样表面的铝被磨掉而硅颗粒凸出且使其边角球化。
与现有技术相比较，本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，具有以下优点：
1、本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，适用于高硅铝合金材料，在平面试样实现硅颗粒凸出的效果，也能够在缸套的圆筒状弧面实现。
2、本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，加工的缸套，硅颗粒凸出并且边角实现球化，以此提高其摩擦性能，降低摩擦系数。
3、本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，设备所用材料常见，成本低，实现度高；简单易操作，对操作人员的技术要求不高；对环境无污染，环保。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的正视图。
图2是本发明的俯视图。
图3-1是本发明使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法加工的缸套表面形貌图。
图3-2是现有技术化学腐蚀后的缸套表面形貌图。
图4-1是本发明使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法加工的缸套表面凸出的硅颗粒表面形貌线图。
图4-2是现有技术化学腐蚀后的缸套表面凸出的硅颗粒表面形貌线图。
图5是本发明的摩擦系数对比图。
图6是本发明缸套磨损量对比图。
其中：1、一号调速电机，2、偏心轮，3、连接杆，4、轴承座固定板，5、导轨，6、滑块，7、带座轴承，8、主杆，9、密封玻璃圈，10、玻璃罩，11、橡胶圈夹具，12、橡胶圈，13、缸套试样，14、缸套试样夹具，15、主板，16、压力传感器，17、自调心连接块，18、加载螺杆，19、直线导轨，20、加载螺杆支板21、从动皮带轮支架，22、从动皮带轮内套，23、从动皮带轮，24、轴承，25、卡簧，26、花键圆盘，27、皮带，28、皮带轮，29、二号调速电机，30、齿轮减速器Ⅱ，31、齿轮减速器Ⅰ，32、支架台，33、变送器，34、载荷显示表，35、无级调速器Ⅰ，36、无级调速器Ⅱ。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，包括：用于支撑的支架台32、用于对缸套试样13进行打磨的打磨单元、用于对打磨单元提供旋转动力的旋转运动单元、用于对缸套试样13同打磨单元进行加载的加载单元和用于控制打磨单元往复运动的往复运动单元。
所述打磨单元包括主杆8、安装在主杆8两端的带座轴承7和通过橡胶圈夹具11固定在主杆8中部用于转动打磨的橡胶圈12；所述的带座轴承7固定于往复运动单元的轴承座固定板4上，使带座轴承7能够在主杆8的轴向方向往复运动；所述的往复运动单元包括：一号调速电机1、偏心轮2、连接杆3、轴承座固定板4、导轨5和滑块6；所述的一号调速电机1同偏心轮2间设置有齿轮减速器Ⅰ31，并通过无级调速器Ⅰ35调节转速。两个所述的轴承座固定板4底部分别设置有滑块6，所述的滑块6设置于导轨5上，两个所述的导轨5固定于支架台32的水平台面上；所述的轴承座固定板4通过连接杆3连接有偏心轮2，所述的偏心轮2传动连接有一号调速电机1。
所述主杆8的端部设置有旋转运动单元的花键圆盘26；所述的旋转运动单元包括从动皮带轮支架21、从动皮带轮内套22、从动皮带轮23、轴承24、卡簧25、花键圆盘26、皮带27、皮带轮28和二号调速电机29；所述的二号调速电机29输出端设置有齿轮减速器Ⅱ30，并通过无级调速器Ⅱ36调节转速。
所述的从动皮带轮支架21设置于支架台32的水平台面上，并且从动皮带轮支架21套过主杆8固定在支架台32上，从动皮带轮内套22通过螺丝固定在从动皮带轮支架21上通过轴承24和卡簧25设置有从动皮带轮23；所述的从动皮带轮23通过花键圆盘26同主杆8端部固定，并且花键圆盘26通过花键和主杆8传动连接。
所述的从动皮带轮23通过皮带27传动连接有二号调速电机29。
所述加载单元顶部的缸套试样夹具14设置于橡胶圈12底部；所述的加载单元包括缸套试样夹具14、主板15、压力传感器16、自调心连接块17、加载螺杆18、直线导轨19和加载螺杆支板20；所述的缸套试样夹具14固定于主板15的上表面，所述的主板15底部设置有用于支撑的四根直线导轨19，所述的直线导轨19固定在支架台32上；所述的主板15下方依次设置有压力传感器16、自调心连接块17和加载螺杆18，所述的压力传感器16通过连接线依次连接有变送器33和载荷显示表34；在加载的时候，缸套试样13受力，将力传递给压力传感器16，压力传感器16通过变送器33将信号放大，在载荷显示表34上显示出压力值。
所述的加载螺杆18具有的外螺纹能够同加载螺杆支板20螺孔具有的内螺纹螺纹连接，并且能够使加载螺杆18转动后在竖直方向升降。
所述的橡胶圈12和缸套试样夹具14外部设置有用于防护的玻璃罩10，所述的玻璃罩10底部同加载单元上部的主板15通过密封玻璃圈9密封设置，密封玻璃圈9用密封胶胶在主板15上，玻璃罩10装在密封玻璃圈9内。
如图所示，一种上述使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备的加工方法，具有以下步骤：
1、把42mm×9mm×7mm的缸套试样13固定于缸套试样夹具14上，并罩上玻璃罩10。
2、接通二号调速电机29电源，橡胶圈12旋转运动，转速在1～620r/min范围内调节。
3、接通一号调速电机1电源，橡胶圈12沿主杆8径向往复运动，往复运动转速在1～620r/min范围内调节。
4、转动加载螺杆18把手，缸套试样13向上移动，使缸套试样13与橡胶圈12接触，载荷在1～500N范围内调节，优选加载到额定载荷5N，使缸套试样13表面的铝被磨掉而硅颗粒凸出且使其边角球化。
5、将处理后的缸套试样13进行清洗，用OLYMPUS公司LEXT(OLS3100)型3D激光共聚焦显微镜观察试样的表面形貌。
6、选用铬基陶瓷复合镀活塞环与缸套配对进行摩擦磨损试验。为了对比数据，未处理的缸套与处理后的缸套采用同样的试验参数。
如图3-1和图3-2所示，是用3D激光共聚焦显微镜拍摄的缸套表面凸出的硅颗粒表面形貌图，如图4-1和图4-2所示，线图是凸出的硅颗粒表面形貌线，能够对比出本发明加工的缸套同现有技术化学腐蚀加工的缸套的区别，如图3-1所示，本发明处理后的硅颗粒凸出且边角球化、圆化，而图3-2所示，现有技术化学腐蚀后的硅颗粒凸出且边角尖锐。
本发明所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备及加工方法，采用软且弹性大的材料作为基体，镶嵌一种硬质颗粒制成摩擦材料，旋转并往复摩擦高硅铝合金合金缸套表面，使缸套表面的铝被磨掉而硅颗粒凸出，是主要为解决高硅铝合金缸套而进行的研发。
考虑到使用材料的成本及实用性，摩擦材料选用软橡胶作为基体，金刚石粉末作为硬质颗粒，即采用软橡胶中镶嵌金刚石颗粒。用此方法处理高硅铝合金缸套表面后，选用铬基陶瓷复合镀活塞环与缸套配对进行摩擦磨损试验，试验结果显示配对副的摩擦系数明显有所降低。如图5所示，与未处理的缸套进行对比，此方法处理后的缸套配对副的摩擦系数由0.141降低到0.121，降幅达14％。如图6所示，与未处理的缸套相比，此方法处理后的缸套试样13的磨损量由0.7mg降到0.2mg。
本发明所设计的设备往复转速能够达到1～620r/min，旋转转速能够达1～620r/min，加载力能够达到1～500N。
摩擦磨损试验验证，此方法处理的缸套能够使配对副摩擦系数降低。此发明不光能用在平面的试样上，也能够应用在缸套试样这种弧面上，设备所用的材料成本低，简单易操作，对环境无污染。该发明适用于改进高硅铝合金缸套表面形貌以提高摩擦性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于包括：用于支撑的支架台(32)、用于对缸套试样(13)进行打磨的打磨单元、用于对打磨单元提供旋转动力的旋转运动单元、用于对缸套试样(13)同打磨单元进行加载的加载单元和用于控制打磨单元往复运动的往复运动单元；
所述打磨单元包括主杆(8)、安装在主杆(8)两端的带座轴承(7)和通过橡胶圈夹具(11)固定在主杆(8)中部用于转动打磨的橡胶圈(12)；
所述的带座轴承(7)固定于往复运动单元的轴承座固定板(4)上，使带座轴承(7)能够在主杆(8)的轴向方向往复运动；
所述主杆(8)的端部设置有旋转运动单元的花键圆盘(26)；
所述加载单元顶部的缸套试样夹具(14)设置于橡胶圈(12)底部。
2.根据权利要求1所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的往复运动单元包括：一号调速电机(1)、偏心轮(2)、连接杆(3)、轴承座固定板(4)、导轨(5)和滑块(6)；
两个所述的轴承座固定板(4)底部分别设置有滑块(6)，所述的滑块(6)设置于导轨(5)上，两个所述的导轨(5)固定于支架台(32)的水平台面上；
所述的轴承座固定板(4)通过连接杆(3)连接有偏心轮(2)，所述的偏心轮(2)传动连接有一号调速电机(1)。
3.根据权利要求1所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的加载单元包括缸套试样夹具(14)、主板(15)、压力传感器(16)、自调心连接块(17)、加载螺杆(18)、直线导轨(19)和加载螺杆支板(20)；
所述的缸套试样夹具(14)固定于主板(15)的上表面，所述的主板(15)底部设置有用于支撑的四根直线导轨(19)，所述的直线导轨(19)固定在支架台(32)上；
所述的主板(15)下方依次设置有压力传感器(16)、自调心连接块(17)和加载螺杆(18)，所述的压力传感器(16)通过连接线依次连接有变送器(33)和载荷显示表(34)；
所述的加载螺杆(18)具有的外螺纹能够同加载螺杆支板(20)螺孔具有的内螺纹螺纹连接，并且能够使加载螺杆(18)转动后在竖直方向升降。
4.根据权利要求1所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的旋转运动单元包括从动皮带轮支架(21)、从动皮带轮内套(22)、从动皮带轮(23)、轴承(24)、卡簧(25)、花键圆盘(26)、皮带(27)、皮带轮(28)和二号调速电机(29)；
所述的从动皮带轮支架(21)设置于支架台(32)的水平台面上，从动皮带轮内套(22)通过螺丝固定在从动皮带轮支架(21)上通过轴承(24)和卡簧(25)设置有从动皮带轮(23)；
所述的从动皮带轮(23)通过花键圆盘(26)同主杆(8)端部固定，所述的从动皮带轮(23)通过皮带(27)传动连接有二号调速电机(28)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的橡胶圈(12)和缸套试样夹具(14)外部设置有用于防护的玻璃罩(10)，所述的玻璃罩(10)底部同加载单元上部的主板(15)通过密封玻璃圈(9)密封设置。
6.根据权利要求2所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的一号调速电机(1)同偏心轮(2)间设置有齿轮减速器Ⅰ(31)，并通过无级调速器Ⅰ(35)调节转速。
7.根据权利要求4所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备，其特征在于：
所述的二号调速电机(29)输出端设置有齿轮减速器Ⅱ(30)，并通过无级调速器Ⅱ(36)调节转速。
8.一种上述权利要求1-7任意一项权利要求所述的使高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出且边角球化设备的加工方法，其特征在于：
—安装缸套试样(13)固定于缸套试样夹具(14)上；
—接通二号调速电机(29)电源，橡胶圈(12)旋转运动，转速范围为1～620r/min；
—接通一号调速电机(1)电源，橡胶圈(12)沿主杆(8)径向往复运动，往复运动转速范围为1～620r/min；
—转动加载螺杆(18)把手，缸套试样(13)向上移动，使缸套试样(13)与橡胶圈(12)接触，载荷在1～500N范围内调节，使缸套试样(13)表面的铝被磨掉而硅颗粒凸出且使其边角球化。
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