CN107400847A - 一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统及工艺，用于对汽缸组件的盲孔进行等离子喷涂，包括喷涂装置，喷涂装置包括第一动力机构、喷枪组件和第二动力机构，通过第一动力机构驱动汽缸组件在水平和竖直方向运动，并确保汽缸组件定位稳固；通过第二动力机构驱动喷枪组件绕盲孔的中心旋转，保证所制备的涂层能够沿盲孔内壁均匀分布；喷枪的喷嘴端伸入盲孔内，喷枪的管路端与喷枪支座滑动连接，喷枪相对于盲孔中心的位置可调节，喷枪可偏离盲孔中心，喷涂距离不再固定，以改变喷涂距离，粉末能够充分熔化，涂层质量好，避免热量堆积，减小汽缸组件热变形；盲孔开口朝下与第一动力机构连接，避免粉尘在盲孔内堆积，减小粉尘污染。

Description

一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统及工艺
技术领域
本发明涉及再制造技术领域，尤其涉及一种航空活塞发动机废旧汽缸组件盲孔等离子喷涂再制造系统及制备工艺。
背景技术
航空活塞发动机是通航飞机的主要动力装置，汽缸-活塞组件的摩擦磨损是飞机发动机系统的主要机械故障之一。如图1所示，汽缸-活塞组件包括汽缸组件11、活塞12和连杆13，汽缸组件11包括汽缸筒111和汽缸头112。汽缸筒111的部分伸入汽缸头内与汽缸头112配合，汽缸筒111是由价格较贵的高强合金结构钢锻造制成，中部有深的整体式散热片，内表面经氮化处理并精密珩磨出特定的平顶网纹；汽缸头112是由铝合金铸造而成，兼有良好的导热性和重量轻的特点，能显著降低发动机整机重量，结构上涵盖了进气摇臂、排气摇臂、电喷嘴、进气门1121、排气门1122和散热片等，因此汽缸组件11技术复杂度和产品附加值较高，具有重要的维修和再制造价值。
由于航空活塞发动机常处于间歇操作(长时停放、偶尔飞行)、全功率运转(起飞、爬行和全速飞行等阶段)和不稳定冷却(冷却效果与飞机前进速度有关)等苛刻工况下，特别是汽缸-活塞组件上止点位置常因润滑油高温燃烧形成半干摩擦或干摩擦状态，再加上燃气压力、活塞12运动的速度和方向都处于急剧变化状态，使得汽缸、活塞环易于磨损、拉伤甚至断裂，汽缸筒111内表面上的网纹被磨损。该汽缸-活塞组件的磨损失效占航空活塞发动机摩擦磨损故障的45-65％，也直接导致了航空活塞发动机较短的大修间隔期和使用寿命。
由于航空活塞发动机汽缸筒111与汽缸头112的装配和拆解需采用特殊的胀缩工艺。对于废旧的汽缸组件11，如果在翻修过程中进行拆解，从可靠性和经济性的角度，该过程已经失去其再制造的价值和意义。因此，在不进行拆解的情况下，汽缸筒111上的孔为盲孔1111。
目前，航空活塞发动机废旧汽缸组件11的深度维修依旧由国外较传统的“扩缸+珩磨”式维修模式所主导，不仅要求较高的加工精度以满足尺寸容差标准，还需选配更大尺寸的非标活塞组件，造成零件互换性破坏、可维修次数有限、旧件利用率低，不仅导致航空活塞发动机的使用维护成本较高和更大的产品附加值浪费，也会影响通航飞机和军用无人机的使用寿命和飞行安全。
现有的内孔等离子喷涂方式主要有两种，一种为工件旋转(在下)、喷枪沿竖直方向作上下移动(在上)，但是因为航空活塞发动机的汽缸头112结构复杂且不对称(如汽缸头112周围各处分布着数量和大小不一的散热片)，因此汽缸组件11整体的重心并不在盲孔的中心，其在高速旋转过程中不稳定且易偏心，会导致所制备的涂层质量和厚度不均匀，同时，开口朝上的盲孔其内部粉尘更容易下沉堆积，很难排出，导致涂层污染，影响喷涂质量；另一种为工件固定(在下)、喷枪旋转(在上)，喷枪位于内孔的正中心处，其喷涂距离固定并小于内孔的半径，但是汽缸组件11上的盲孔内径较小，较短的喷涂距离使得粉末来不及熔化，涂层中会产生大量粉体和夹杂，降低涂层质量，同时，近距离的喷涂使得汽缸组件11温升较快，热变形大。
因此，现有的内孔等离子喷涂方式只适合于对通孔、大孔、规则型内孔件的增材修复，而对于这种结构精密复杂、非对称、孔径小、盲孔和内壁材质强度较高的航空活塞发动机汽缸组件11，现有技术方案尚不能实现针对这些航空活塞发动机废旧汽缸组件11的高质量再制造，对目前汽缸筒111内壁出现的划伤、磨损、腐蚀等失效形式无法进行有效修复，致使旧件利用率低、零件互换3差、整机性能降低，并产生大量报废汽缸，已造成巨大资源浪费和经济损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统及工艺，用于对汽缸组件的盲孔等离子喷涂，以解决现有技术中存在的航空活塞发动机废旧汽缸组件的修复率低、维护成本高、资源浪费和经济损失大的技术问题，克服现有盲孔等离子喷涂过程中工件旋转不稳定、易偏心，涂层质量不均匀，小孔喷涂距离受限、热积累过大导致的缸筒热变形大和盲孔粉尘污染严重的技术缺陷。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，用于对所述汽缸组件的盲孔进行等离子喷涂，包括喷涂装置，所述喷涂装置包括：
第一动力机构，用于驱动所述汽缸组件在水平和竖直方向运动，所述盲孔开口朝下与所述第一动力机构连接；
喷枪组件，包括喷枪和喷枪支座，所述喷枪的喷嘴端伸入所述盲孔内，所述喷枪的管路端与所述喷枪支座滑动连接，所述喷枪到所述喷枪组件的旋转中心的距离可调节；
第二动力机构，用于驱动所述喷枪组件绕所述盲孔的中心旋转。
其中，所述喷枪的下端通过安装块与所述喷枪支座滑动连接，所述喷枪组件还包括：
配重块，其设置于所述喷枪支座上，用于保持所述喷枪旋转时的动平衡；
管路，其一端穿过所述喷枪支座、所述安装块与所述喷枪连接，另一端与滑环组件连接，所述第二动力机构通过所述滑环组件与所述喷枪组件连接。
其中，所述喷枪支座包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘之间通过若干个连接杆连接，所述第一法兰盘上设置有滑槽，所述安装块与所述滑槽滑动连接并通过锁紧件定位紧固。
其中，所述第二动力机构和所述滑环组件均位于箱体内，所述滑环组件包括：
定子，其通过定子止转片与所述箱体固定连接，所述管路的进口端位于所述定子的一侧；
转子法兰盘，其转动连接于所述定子的上端；
转接筒，其上端与所述喷枪支座连接，下端与所述转子法兰盘连接，所述管路穿过所述转子法兰盘并穿过所述转接筒的内腔。
其中，所述第二动力机构包括：
主带轮，其与电机的输出端连接，所述电机与所述箱体固定连接；
从带轮，其通过皮带与所述主带轮连接，所述从带轮套设于所述转接筒的外表面上并与所述转接筒固定连接。
其中，所述转接筒的外表面上还套设有轴承组件，所述轴承组件包括：
轴承座，其与所述箱体固定连接；
轴承，其安装于所述轴承座上并套接于所述转接筒的外表面上，所述轴承包括位于所述从带轮上方的第一轴承和位于所述从带轮下方的第二轴承，所述从带轮与所述第一轴承之间、所述从带轮与所述第二轴承之间以及所述第二轴承与所述转接筒的下端凸边之间均设置有隔圈，所述从带轮与所述隔圈固定连接；
第一锁母，位于所述第一轴承的上端并固定套接于所述转接筒上，用于所述第一轴承的轴向定位；
第二锁母，位于所述第二轴承的下端并固定套接于所述转接筒上，用于所述第二轴承的轴向定位。
其中，所述第一动力机构包括：
竖直调节机构，其包括与所述汽缸组件连接的第一支撑板和与所述第一支撑板滑动连接的第二支撑板，所述第一支撑板上开设有与所述盲孔对应的通孔；
水平调节机构，其包括连接于所述第二支撑板下端的基座，所述第二支撑板与所述基座上的滑轨滑动连接。
其中，还包括冷却装置，其位于所述汽缸组件的汽缸筒的外围，所述冷却装置包括水冷组件，其包括套设于所述汽缸筒外的循环水筒，所述循环水筒与所述汽缸筒之间形成环形水腔，所述循环水筒的侧壁上开设有与所述环形水腔连通的进水口和出水口。
所述冷却装置还包括风冷组件，所述风冷组件包括套设于所述汽缸组件的汽缸头外的环形气管，所述环形气管位于所述循环水筒上方并位于所述汽缸筒与所述汽缸头的配合处，所述环形气管朝向所述汽缸头的散热片的内侧周面上均匀开设有若干个与所述环形气管的内腔连通的吹气孔。
其中，还包括除尘装置，所述除尘装置包括：
环形喷风管，其位于所述汽缸组件下方，所述环形喷风管靠近所述汽缸组件的周面上开设有若干个与所述环形喷风管的内腔连通并朝向所述盲孔的内壁喷风的喷风孔；
喷风通道，其包括第一风道和第二风道，所述第一风道与所述汽缸组件上的汽缸头的进气孔连通，所述第二风道与所述汽缸头的排气孔连通。
所述除尘装置还包括防尘遮蔽帽，其可拆卸地位于所述汽缸组件的汽缸筒内并安装于所述汽缸筒与所述汽缸头的配合处，用于遮蔽所述汽缸头的燃烧室。
一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造工艺，对所述汽缸组件的盲孔进行等离子喷涂，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对废旧汽缸组件进行预处理，包括机加工、清洗、干燥和喷砂；
步骤2：对再制造系统联调，通过第一动力机构调整所述汽缸组件的位置，使盲孔开口朝下，并将其中心对正喷枪组件的旋转中心，调整喷枪到盲孔的中心的距离；
步骤3：等离子喷涂层制备，喷涂过程中，汽缸组件只做竖直方向移动，喷枪只在水平面内做连续的旋转，通过两种运动的复合实现在盲孔内壁形成涂层；
步骤4：涂层后加工，将涂层进行内孔珩磨，使其表面粗糙度为Ra0.635μm-0.889μm，并形成45°交叉状的网纹。
本发明的有益效果：
本发明提出的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统及工艺，用于对汽缸组件的盲孔进行等离子喷涂，包括喷涂装置，喷涂装置包括第一动力机构、喷枪组件和第二动力机构。通过第一动力机构驱动汽缸组件在水平和竖直方向运动，并确保汽缸组件定位稳固；通过第二动力机构驱动喷枪组件沿盲孔的中心旋转，保证所制备的涂层能够沿盲孔内壁均匀分布；喷枪的喷嘴端伸入盲孔内，喷枪的管路端与喷枪支座滑动连接，喷枪相对于盲孔中心的位置可调节，当盲孔孔径较大时，喷枪可位于盲孔中心处，当盲孔孔径较小时，喷枪可偏离盲孔中心，并沿盲孔的直径方向，向远离喷枪的一侧喷涂，喷涂距离不再固定，以改变喷涂距离，粉末能够充分熔化，喷涂质量好，避免热量堆积，减小汽缸组件变形；盲孔开口朝下与第一动力机构连接，避免粉尘在盲孔内堆积，减小粉尘污染，利于热量散失。
附图说明
图1是现有的航空活塞发动机汽缸-活塞组件的结构示意图；
图2是本发明提供的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统的结构示意图；
图3是图2中的喷枪组件的结构示意图；
图4是图3的仰视图；
图5是图2中的箱体内部的剖视结构示意图；
图6是图2的水冷组件的局部仰视示意图；
图7是图2的防尘遮蔽帽的局部剖视仰视示意图；
图8是本发明提供的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造工艺喷涂后内孔涂层的宏观形貌图；
图9是图8中的涂层进行内孔珩磨后截面的放大图。
图中：
11、汽缸组件；111、汽缸筒；1111、盲孔；112、汽缸头；1121、进气门；1122、排气门；1123、进气门座；1124、排气门座；1125、进气孔；1126、排气孔；1127、电嘴安装孔；12、活塞；13、连杆；
21、第一动力机构；22、喷枪组件；23、第二动力机构；24、滑环组件；25、轴承组件；26、箱体；
211、第一支撑板；212、第二支撑板；213、基座；214、第一滑座；215、第二滑座；216、第一驱动装置；217、减速器；218、丝杠；
221、喷枪；222、喷枪支座；223、配重块；224、安装块；225、管路；2221、第一法兰盘；2222、第二法兰盘；2223、连接杆；22211、滑槽；
231、主带轮；232、从带轮；233、电机；234、皮带；
241、定子；242、转接筒；243、转子法兰盘；244、定子止转片；
251、轴承座；252、轴承；253、隔圈；254、第一锁母；255、第二锁母；
31、循环水筒；32、进水口；33、出水口；34、O型密封圈；35、环形气管；351、吹气孔；
41、环形喷风管；42、喷风通道；43、防尘遮蔽帽；411、喷风孔；421、第一风道；422、第二风道；431、第一圆孔；432、第二圆孔；433、定位孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
参见图2，一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，用于对磨损的汽缸组件11的盲孔1111进行等离子喷涂。该系统包括喷涂装置、冷却装置和除尘装置，喷涂装置用于喷涂盲孔1111，冷却装置用于在喷涂过程中降温，除尘装置用于除去喷涂过程中盲孔1111内的粉尘。
喷涂装置包括第一动力机构21、喷枪组件22和第二动力机构23，第一动力机构21驱动汽缸组件11在水平和竖直方向运动，并使汽缸组件11定位稳固，第二动力机构23驱动喷枪组件22绕盲孔1111的中心旋转，保证所制备的涂层能够沿盲孔1111内壁均匀分布；喷枪组件22包括喷枪221和喷枪支座222，喷枪221的上端为喷嘴端，喷枪221的下端为管路端，喷枪221的喷嘴端伸入盲孔1111内，喷枪221的管路端与喷枪支座222滑动连接，喷枪221相对于盲孔1111中心的位置可调节，当盲孔1111孔径较大时，喷枪221可位于盲孔1111中心处，当盲孔1111孔径较小时，喷枪221可偏离盲孔1111中心，喷涂距离不再固定，以改变喷涂距离，粉末能够充分熔化，涂层质量好，避免热量堆积，减小汽缸组件11热变形；盲孔1111开口朝下与第一动力机构21连接，避免粉尘在盲孔1111内堆积，减小粉尘污染，利于热量散失。喷枪组件22的旋转中心即为盲孔1111的中心，如图2中箭头方向所示，喷枪组件22于X-Y平面内旋转，其旋转轴线垂直于X-Y平面。
第一动力机构21包括竖直调节机构和水平调节机构，竖直调节机构包括与汽缸组件11连接的第一支撑板211和与第一支撑板211滑动连接的第二支撑板212，第一支撑板211的一端与汽缸组件11连接，另一端通过第一滑座214与第二支撑板212滑动连接，第一支撑板211能沿第二支撑板212竖直滑动，如图2中Z方向所示。汽缸组件11固定于第一支撑板211上，第一支撑板211上开设有与盲孔1111对应的通孔，喷枪221可穿过通孔伸入盲孔1111内。水平调节机构包括连接于第二支撑板212下端的基座213，基座213上设置有滑轨，第二支撑板212通过第二滑座215与滑轨滑动连接，第二支撑板212能沿基座213水平滑动，如图2中X方向所示。
第二支撑板212的上端设置有第一驱动装置216，第一驱动装置216通过丝杠218与第一滑座214连接，在本实施例中，第一驱动装置216为电机，电机与丝杠218之间设置有减速器217。基座213上设置有第二驱动装置，第二驱动装置与第二滑座215连接，在本实施例中，第二驱动装置为液压缸。通过第一驱动装置216和第二驱动装置可调节汽缸组件11的位置，调节时，由电机控制旋转方向和转速，并通过减速器217带动丝杠218旋转，从而驱使第一支撑板211作竖直方向运动；当需要调整汽缸组件11的水平位置时，可以通过液压缸使第二支撑板212沿滑轨滑动实现。调节之后，丝杠218和液压缸能够自动定位，保证汽缸组件11的稳固。
参见图2至图5，喷枪组件22还包括配重块223，喷枪221的下端通过安装块224与喷枪支座222滑动连接，配重块223设置在喷枪支座222上，通过增加机构的重量保持喷枪221旋转时的动平衡，保证喷枪221高速旋转时的稳定性。对于不同的喷涂距离和喷枪转速，喷枪221与配重块223的相对位置可根据实际情况调节，配重块223的重量可根据实际情况设置。喷枪支座222包括第一法兰盘2221和第二法兰盘2222，第一法兰盘2221和第二法兰盘2222之间通过若干个连接杆2223连接，第一法兰盘2221上设置有滑槽22211，安装块224与滑槽22211滑动连接并通过锁紧件定位紧固。在本实施例中，滑槽22211有两条并平行设置，锁紧件为螺栓。
喷枪组件22还包括管路225，管路225的一端穿过喷枪支座222和安装块224后与喷枪221连接，另一端与滑环组件24连接。在本实施例中，管路225有七条，包括阳极水路、阴极水路、阳极电缆、阴极电缆、送粉气管、工作气管和冷却气管。滑环组件24包括定子241、转接筒242和转子法兰盘243，管路225的进口端位于定子241上，其中，阳极水路、阴极水路、送粉气管、工作气管和冷却气管的进口端位于定子241的侧面上，阳极线缆的接线柱和阴极线缆的接线柱位于定子241的底面上。转接筒242的上端与喷枪支座222连接，下端与转子法兰盘243连接，转子法兰盘243与定子241转动连接。管路225从转子法兰盘243的底端穿入并从转子法兰盘243的上端伸出，穿过转子法兰盘243并穿过转接筒242的内腔。滑环组件24确保管路的可靠固定，输出的管路连续旋转，并同时保证各管路中水、电或气的稳定传输。
第二动力机构23和滑环组件24均位于箱体26内，定子241通过定子止转片244与箱体26固定连接。箱体26能够防止喷涂过程中粉尘污染其内部机械机构、用于固定电机、施以整个箱体26一定配重以保证喷枪221稳定可靠旋转不晃动。
在箱体26的一侧对应管路225的进口端开设有管路安装缺口，便于管路225的安装与连接。在转子法兰盘243上开设有供管路225穿过的管路安装孔。第二法兰盘2222为环状结构，其边缘上开设有螺栓安装孔，中间的空腔供管路225穿过；第一法兰盘2221上于两个滑槽22211的中间开设有贯穿的方形孔，安装座为上下两端开口的内部中空结构，方形孔与安装座的开口正对设置，便于管路225穿过；第一法兰盘2221上还开设有若干个用于减轻重量的通孔。
第二动力机构23通过滑环组件24与喷枪组件22连接，第二动力机构23包括主带轮231和从带轮232，主带轮231与电机233的输出端连接，电机233与箱体26固定连接；从带轮232通过皮带234与主带轮231连接，从带轮232套设于转接筒242的外表面上并与转接筒242固定连接，从带轮232套设于转接筒242。在本实施例中，主带轮231和从带轮232均为圆弧齿带轮，相应的皮带234为圆弧齿带。
为进一步保证喷枪221在旋转时并不晃动，转接筒242的外表面上还套设有轴承组件25，轴承组件25包括轴承座251、轴承252、隔圈253和第一锁母254和第二锁母255，轴承座251与箱体26固定连接，轴承252安装于轴承座251内并套接于转接筒242的外表面上，轴承252包括位于从带轮232上方的第一轴承和位于从带轮232下方的第二轴承，从带轮232与第一轴承之间、从带轮232与第二轴承之间以及第二轴承与转接筒242的下端凸边之间均设置有隔圈253，用于对从带轮232、第一轴承和第二轴承的轴向定位；隔圈253套设在转接筒242外表面上，从带轮232通过隔圈253与转接筒242固定连接，轴承座251通过隔圈253与转接筒242固定连接。第一锁母254位于第一轴承的上端并固定套接于转接筒242上，第一锁母254上设置有内螺纹，内螺纹与转接筒242上该位置处的外螺纹配合。第二锁母255位于第二轴承的下端并固定套接于转接筒242上，第二锁母255上设置有内螺纹，内螺纹与转接筒242上该位置处的外螺纹配合。第一锁母254和隔圈253配合，用于第一轴承的轴向定位，第二锁母255和隔圈253配合，用于第二轴承的轴向定位。转接筒242的下端凸边用于与转子法兰盘243连接，可以为焊接或螺栓连接。综上所述，轴承组件25、配置块223和箱体26三者的相互配合，共同保证了喷枪高速旋转时稳定不晃动。
参见图2和图6，冷却装置位于汽缸筒111的外围，冷却装置包括水冷组件和风冷组件，采用循环水冷和风冷复合的方式，增大冷却力度，一方面，防止喷涂过程中过热的汽缸筒111产生一定程度的膨胀变形，防止将来与活塞环相配合时产生间隙，破坏密封性，造成漏气、窜油、机油消耗率增加和发动机功率下降；另一方面，防止涂层脱落，由于涂层和汽缸筒111材质的热膨胀系数不匹配，使得在喷涂后相同的冷却条件下，涂层和汽缸组件11的变形程度不同，当涂层和汽缸组件11过热，两者之间变形的差距会显著增加，当产生的热应力大于涂层与基体的结合力时，涂层就会与汽缸筒111之间脱开、剥落。
水冷组件包括套设于汽缸筒111外的循环水筒31，循环水筒31与汽缸筒111之间形成环形水腔，循环水筒31的侧壁上设置有与环形水腔连通的进水口32和出水口33；循环水筒31包括环形底面和连接于环形底面外周面上的环形侧面，环形底面的内周面与汽缸筒111的外周面抵接，环形侧面与汽缸筒111的外周面之间形成环形水腔。循环水筒31安装于第一支撑板211与汽缸筒法兰之间，借助汽缸筒法兰上的螺栓孔和第一支撑板211在对应位置处的螺栓孔用螺栓将第一支撑板211、循环水筒31和汽缸筒111三者连接固定。
为防止循环水筒31底部渗水，在循环水筒31底部内圆与其紧贴汽缸筒111外壁处加装O型密封圈34。循环水筒31上端刚好低于汽缸头散热片的最下端，使循环水筒31内加注的最大水位能够超过汽缸筒散热片的最上端4-8mm。
进水口32和出水口33可以位于循环水筒31的同一侧，也可以位于循环水筒31的相对的两侧，在此不作限制。进水口32和出水口33均与水泵连接。
风冷组件包括套设于汽缸头112外的环形气管35，环形气管35位于循环水筒31上方并位于汽缸头112与汽缸筒111的配合处。环形气管35由铜管制成，环形气管35的内径大于与其正对的汽缸头散热片的最大外径8-16mm，在本实施例中，环形气管35的内径大于与其正对的汽缸头散热片的最大外径10mm。
环形气管35通过支架与第一支撑板211连接。环形气管35上设置有与压缩机连接的进风口，进风口与环形气管35的内腔连通。环形气管35朝向汽缸头112的散热片的内侧周面上开设有若干个吹气孔351，吹气孔351与环形气管35的内腔连通。吹气孔351沿环形气管35的中心均匀间隔分布，喷气方向正对环心。
虽然本申请中汽缸组件11在上，喷枪221在下，将汽缸组件11的盲孔1111开口朝下，充分利用粉尘的重力自然沉降作用，但是为了进一步减小粉尘污染，还在汽缸组件11上设置了除尘装置。参见图2和图7，除尘装置包括环形喷风管41、喷风通道42和防尘遮蔽帽43。
环形喷风管41位于汽缸组件11下方，环形喷风管41上设置有与压缩机连接的进风口，进风口与环形喷风管41的内腔连通。环形喷风管41靠近汽缸组件11的周面上开设有若干个朝向盲孔1111的内壁喷风的喷风孔411，喷风孔411与环形喷风管41的内腔连通。喷风孔411沿环形喷风管41的中心均匀间隔分布，喷风方向正对盲孔1111且紧贴盲孔1111的内壁。这股气流能够对汽缸组件11或刚形成的铺展熔滴(涂层)进行冲刷，对刚溅射出的细小熔滴或弥散在盲孔1111内壁附近的粉尘进行清扫，以达到对内壁涂层净化的目的。
环形喷风管41通过支架与第一支撑板211连接，环形喷风管41低于盲孔1111下端5-10mm，环形喷风管41的外径小于盲孔1111内径4-8mm。在本实施例中，环形喷风管41低于盲孔1111下端6mm，环形喷风管41的外径小于盲孔1111内径4mm，当然，在此对距离和内径大小不作限制，可根据实际需要调节。
喷风通道42包括第一风道421和第二风道422。在对废旧航空活塞发动机汽缸组件翻修时，通常需要拆卸其气门机构(进气门1121、排气门1122、气门头、气门杆、气门颈和气门弹簧等)，检查气门间隙、进气门座1123和排气门座1124的烧蚀及气门导套和气门的同心度等情况。在汽缸头112上进气门1121的一侧设置有进气管安装座，排气门1122的一侧设置有排气管安装座，进气管通过进气管安装座上的进气孔1125与汽缸头112内部连通，形成进气道；排气管通过排气管安装座上的排气孔1126与汽缸头112内部连通，形成排气道。因此，在翻修时拆卸汽缸头112的进气门1121和排气门1122后，从汽缸筒111下端开口向汽缸头112底部的燃烧室看，会发现四个孔，分别为进气门座1123底部的圆孔、排气门座1124底部的圆孔和两个电嘴安装孔1127。可以利用汽缸头112的这种特殊结构建立有利风道，即第一风道421和第二风道422，第一风道421与汽缸头112的进气孔1125连通，第二风道422与汽缸头112的排气孔1126连通。两处的压缩空气经过进、排气道在汽缸筒111上止点附近交汇，形成强大的气流，并向盲孔1111下端的开口处吹气。根据负压降尘和气体动力学原理，即当气流经过障碍物时，在障碍物的背风面由于速度的改变导致气压降低，在压力差的作用下附近的空气会被吸附而流动，如果气流速增加，相应的负压增大，甚至会形成一个“真空”区。因此在盲孔1111喷涂过程中，参见图2中箭头所示，如果在汽缸头112通入这两路压缩空气，那么汽缸筒111中产生的大量粉尘会在强大负压的作用下，被卷吸到汽缸筒111中部的高速气流风道里，达到负压降尘的效果。
因此，环形喷风管41和喷风通道42共同作用，可从整体上控制盲孔1111喷涂环境中气体的流向，将原本紊乱的气流强制变成图2中箭头示意的方向进行流动，使吹入的新鲜空气带动盲孔1111中的粉尘循环流动起来，再加上重力沉降的作用，即可有效将粉尘迅速排出盲孔1111。
由于在盲孔1111喷涂过程中，汽缸组件11每次垂直移动到接近行程的最下端位置时，等离子焰流会污染到汽缸头112底部的燃烧室。特别是对于喷涂各种自粘接粉末时，溅射在燃烧室顶部的凝固斑点不容易被清理掉。因此在汽缸筒111内可拆卸地设置了防尘遮蔽帽43，防尘遮蔽帽43安装于汽缸筒111与汽缸头112的配合处，作为喷涂时对燃烧室顶部的遮蔽保护。
防尘遮蔽帽43的材质可为玻璃纤维、聚四氟乙烯或聚酰亚胺，具有耐250-300℃的高温，不易粘附粉尘等优点。防尘遮蔽帽43的厚度为4-6mm，直径大于盲孔1111的内径3-5mm，这主要是考虑到实际的汽缸筒111并不是圆柱形，其在和汽缸头112装配时，为保证紧密的结合，它的上部已被迫收缩成圆锥形，直径稍大的防尘遮蔽帽43就能从汽缸筒111下端开口装入，在汽缸头112和汽缸筒111交界处逐渐被压紧，最终牢固的贴合到燃烧室顶部，防尘遮蔽罩43与进气门座1123和排气门座1124贴合。在本实施例中，汽缸筒111内径130.175mm，防尘遮蔽帽43直径为134mm。
为了保证第一风道421和第二风道422吹入的两路压缩空气流畅通风，在防尘遮蔽帽43中间还开设了两个圆孔，分别包括与进气门座1123底部的圆孔对正并与进气孔1125连通的第一圆孔431和与排气门座1124底部的圆孔对正并与排气孔1126连通的第二圆孔432。为了充分保护气门座的密封端面，防止其粘上喷涂粒子，第一圆孔431的直径小于进气门座1123底部圆孔的直径4-6mm，第二圆孔432的直径小于排气门座1124底部圆孔的直径4-6mm。在本实施例中，进气门座1123底部圆孔的直径为54.483mm，排气门座1124底部圆孔的直径为44.196mm，第一圆孔431的直径为50mm，第二圆孔432的直径为40mm。
此外，防尘遮蔽帽43上还开设有两个内螺纹定位孔433，正对汽缸头112两端的电嘴安装孔1127。待防尘遮蔽帽43装配好之后，将外螺纹定位销通过电嘴安装孔1127拧入到定位孔433中，以保证防尘遮蔽帽43的第一圆孔431和第二圆孔432分别正对进气门座1123底部的圆孔和排气门座1124底部的圆孔。在喷涂过后，下推两个定位销，即可将防尘遮蔽帽43取出。
本发明还提供一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造工艺，采用上述航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统对汽缸组件11的盲孔1111进行等离子喷涂，具体包括以下步骤：
步骤1：基体预处理：在喷涂前，需要对废旧汽缸组件预处理，包括机加工、清洗、干燥、喷砂等步骤。首先采用内孔磨削的方式去除盲孔1111内壁腐蚀、划伤和异常磨损等表面缺陷，以统一修复内径尺寸并减少后续对喷砂沙粒的污染；然后将工件放入乘有工业清洗剂的大型超声波清洗机中，以去除该复杂工件内外表面包括藏角死角处的油脂和灰尘等杂质；清洗完之后立刻用新鲜的压缩空气进行干燥，以防止再生锈；随后用内孔喷砂枪对盲孔1111的内壁进行喷砂处理，以形成清洁的粗糙表面，从而增加熔融的喷涂粒子与汽缸筒111内壁表面的机械嵌合力，提高内孔喷涂层的结合强度。
进行喷砂处理时，砂料种类为棕刚玉，粒径500-800μm，喷砂距离30-70mm，喷砂角度80-110°，气体压力0.4-0.7MPa，喷砂后的表面粗糙度Ra为2-5μm。
步骤2：再制造系统联调：将防尘遮蔽帽43从盲孔1111下端开口处装入到汽缸头112底部燃烧室顶部并固定。通过两个定位孔433调整并紧固防尘遮蔽帽43的位置，使第一圆孔431和第二圆孔432分别正对汽缸头112的进气门座1123底部的圆孔和排气门座1124底部的圆孔。将汽缸组件11、冷却装置和除尘装置与第一支撑板211连接，调整第一动力机构21，使盲孔1111的中心对正喷枪组件22的旋转中心。
将管路225连接喷枪221和滑环组件24，根据不同型号航空活塞发动机汽缸筒的内径，调整喷枪221在喷枪支座222上的位置，使喷枪221背面靠近盲孔1111的内壁，喷嘴面向沿直径方向的另一侧的盲孔1111内壁，以尽量扩大小内孔受限条件下的喷涂距离，然后通过螺栓固定安装块224与喷枪支座222。同时，根据该喷涂距离计算出喷枪221旋转时的设计最大弯矩，进而调整配重块223的重量。
接通环形气管35、环形喷风管41和喷风通道42，在循环水筒31内充入合适高度的循环水，液面高于汽缸筒111最上边的汽缸筒散热片4-8mm即可，使冷却装置和除尘装置正常工作。
步骤3：喷枪221旋转，等离子喷涂层制备：进行喷涂，将所选粉体材料喷涂在盲孔1111内表面。喷涂过程中，汽缸组件11在电机的带动下沿竖直方向作上下往复运动，喷枪221则以一定转速在水平面内可靠稳定旋转。具体的，主气Ar的流量：40-120L/min，次气H2或N2的流量：3-15L/min，电压40-120V，电流300-500A，送粉量20-60g/min，喷枪转速50-300rpm，汽缸组件11垂直移动速度200-800mm/min，喷涂距离取决于所喷涂的不同类型汽缸组件11，并在此基础上灵活调整，一般在40-80mm。喷涂的往复行程从低于汽缸筒111下端开口处12-15mm至高于汽缸筒111上止点位置12-15mm处。
根据特定工艺参数下不同粉体的沉积效率、汽缸筒实际内径及喷涂往复行程，协调好喷枪221垂直方向上的移动速度和喷枪转速，并通过精确的计算将涂层厚度的尺寸误差控制在50μm之间，便于接下来机加工作业。所制备的涂层厚度可在0.2-0.4mm之间，对于较厚的涂层，可分多次进行喷涂，防止一次喷涂速度太慢，避免汽缸组件11过热。
步骤4：内孔涂层后加工：在喷涂过后，通过防尘遮蔽帽43的两个定位销将其从汽缸组件11中取出。并通过航空活塞发动机汽缸筒内孔珩磨设备，将新增的涂层厚度打磨到标准发动机汽缸筒内径，并使涂层表面达到规定的表面粗糙度和纹路。其中，粗糙度为Ra0.635-0.889μm和纹路为45°交叉状网纹。
下面以某一个航空活塞发动机废旧汽缸组件(Lycoming IO-540-K水平对置六缸，300马力，汽缸筒内径130.175mm)为再制造实例说明本发明的技术方案。
该报废组件的基体预处理和再制造系统联调按照上述步骤1)和步骤2)进行，其中调整喷枪221在喷枪支座222上的位置，使喷枪221达到最大的喷涂距离约80mm。在涂层制备的步骤中，为增加内孔涂层的结合强度，首先用Ni包Al粉末(含量Ni 80wt.％，Al 20wt.％)在汽缸筒111的盲孔1111的内壁上制备Ni/Al涂层，其中主气(Ar)流量：50L/min；次气(H2或N2)流量：5L/min；电压：80V；电流：300A；送粉量：30g/min；喷枪221转速：180rpm；汽缸组件11垂直移动速度：480mm/min；汽缸组件11在上下方向往复4个来回，使打底层厚度为70-90μm。然后在打底层上制备NiCrAlY+Cr2O3复合涂层(所用粉体为亚微米级别NiCrAlY和15wt.％Cr2O3经喷雾造粒团聚成的微米级复合粉体)，其中主气(Ar)流量：50L/min；次气(H2或N2)流量：6.5L/min；电压：100V；电流：350A；送粉量：30g/min；喷枪221转速：180rpm；汽缸组件11在垂直方向的移动速度：480mm/min；汽缸组件11在上下方向往复10个来回，使工作层厚度为190-200μm。两层涂层的总厚度约为260-300μm，所制得内壁涂层的宏观形貌如图8所示。喷涂过程中，喷枪32旋转稳定可靠，循环水冷加风冷复合冷却装置和除尘装置正常工作，进行强力制冷和排尘。最后，将防尘遮蔽帽43取出，并对喷涂后的汽缸筒111进行内孔珩磨，使涂层总厚度降低210-240μm，并达到规定的表面粗糙度。最终所得内孔涂层截面的放大形貌如图9所示。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，用于对所述汽缸组件(11)的盲孔(1111)进行等离子喷涂，其特征在于，包括喷涂装置，所述喷涂装置包括：
第一动力机构(21)，用于驱动所述汽缸组件(11)在水平和竖直方向运动，所述盲孔(1111)开口朝下与所述第一动力机构(21)连接；
喷枪组件(22)，包括喷枪(221)和喷枪支座(222)，所述喷枪(221)的喷嘴端伸入所述盲孔(1111)内，所述喷枪(221)的管路端与所述喷枪支座(222)滑动连接，所述喷枪(221)到所述喷枪组件(22)的旋转中心的距离可调节；
第二动力机构(23)，用于驱动所述喷枪组件(22)绕所述盲孔(1111)的中心旋转。
2.根据权利要求1所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述喷枪(221)的下端通过安装块(224)与所述喷枪支座(222)滑动连接，所述喷枪组件(22)还包括：
配重块(223)，其设置于所述喷枪支座(222)上，用于保持所述喷枪(221)旋转时的动平衡；
管路(225)，其一端穿过所述喷枪支座(222)和所述安装块(224)后与所述喷枪(221)连接，另一端与滑环组件(24)连接，所述第二动力机构(23)通过所述滑环组件(24)与所述喷枪组件(22)连接。
3.根据权利要求2所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述喷枪支座(222)包括第一法兰盘(2221)和第二法兰盘(2222)，所述第一法兰盘(2221)和所述第二法兰盘(2222)之间通过若干个连接杆(2223)连接，所述第一法兰盘(2221)上设置有滑槽(22211)，所述安装块(224)与所述滑槽(22211)滑动连接并通过锁紧件定位紧固。
4.根据权利要求2所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述第二动力机构(23)和所述滑环组件(24)均位于箱体(26)内，所述滑环组件(24)包括：
定子(241)，其通过定子止转片(244)与所述箱体(26)固定连接，所述管路(225)的进口端位于所述定子(241)上；
转子法兰盘(243)，其转动连接于所述定子的上端；
转接筒(242)，其上端与所述喷枪支座(222)连接，下端与所述转子法兰盘(243)连接，所述管路(225)穿过所述转子法兰盘(243)并穿过所述转接筒(242)的内腔。
5.根据权利要求4所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述第二动力机构(23)包括：
主带轮(231)，其与电机(233)的输出端连接，所述电机(233)与所述箱体(26)固定连接；
从带轮(232)，其通过皮带(234)与所述主带轮(231)连接，所述从带轮(232)套设于所述转接筒(242)的外表面上并与所述转接筒(242)固定连接。
6.根据权利要求5所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述转接筒(242)的外表面上还套设有轴承组件(25)，所述轴承组件(25)包括：
轴承座(251)，其与所述箱体(26)固定连接；
轴承(252)，其安装于所述轴承座(251)上并套接于所述转接筒(242)的外表面上，所述轴承(252)包括位于所述从带轮(232)上方的第一轴承和位于所述从带轮(232)下方的第二轴承，所述从带轮(232)与所述第一轴承之间、所述从带轮(232)与所述第二轴承之间以及所述第二轴承与所述转接筒(242)的下端凸边之间均设置有隔圈(253)，所述从带轮(232)与所述隔圈(253)固定连接；
第一锁母(254)，位于所述第一轴承的上端并固定套接于所述转接筒(242)上，用于所述第一轴承的轴向定位；
第二锁母(255)，位于所述第二轴承的下端并固定套接于所述转接筒(242)上，用于所述第二轴承的轴向定位。
7.根据权利要求1所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述第一动力机构(21)包括：
竖直调节机构，其包括与所述汽缸组件(11)连接的第一支撑板(211)和与所述第一支撑板(211)滑动连接的第二支撑板(212)，所述第一支撑板(211)上开设有与所述盲孔(1111)对应的通孔；
水平调节机构，其包括连接于所述第二支撑板(212)下端的基座(213)，所述第二支撑板(212)与所述基座(213)上的滑轨滑动连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，还包括冷却装置，其位于所述汽缸组件(11)的汽缸筒(111)的外围，所述冷却装置包括水冷组件，所述水冷组件包括套设于所述汽缸筒(111)外的循环水筒(31)，所述循环水筒(31)与所述汽缸筒(111)之间形成环形水腔，所述循环水筒(31)的侧壁上开设有与所述环形水腔连通的进水口(32)和出水口(33)。
9.根据权利要求8所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述冷却装置还包括风冷组件，所述风冷组件包括套设于所述汽缸组件(11)的汽缸头(112)外的环形气管(35)，所述环形气管(35)位于所述循环水筒(31)上方并位于所述汽缸筒(111)与所述汽缸头(112)的配合处，所述环形气管(35)朝向所述汽缸头(112)的散热片的内侧周面上均匀开设有若干个与所述环形气管(35)的内腔连通的吹气孔(351)。
10.根据权利要求1-7任一项所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，还包括除尘装置，所述除尘装置包括：
环形喷风管(41)，其位于所述汽缸组件(11)下方，所述环形喷风管(41)靠近所述汽缸组件(11)的周面上开设有若干个与所述环形喷风管(41)的内腔连通并朝向所述盲孔(1111)的内壁喷风的喷风孔(411)；
喷风通道(42)，其包括第一风道(421)和第二风道(422)，所述第一风道(421)与所述汽缸组件(11)的汽缸头(112)上的进气孔(1125)连通，所述第二风道(422)与所述汽缸头(112)的排气孔(1126)连通。
11.根据权利要求10所述的航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造系统，其特征在于，所述除尘装置还包括防尘遮蔽帽(43)，其可拆卸地位于所述汽缸组件(11)的汽缸筒(111)内并安装于所述汽缸筒(111)与所述汽缸头(112)的配合处，用于遮蔽所述汽缸头(112)的燃烧室。
12.一种航空活塞发动机废旧汽缸组件再制造工艺，对所述汽缸组件(11)的盲孔(1111)进行等离子喷涂，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对废旧汽缸组件(11)进行预处理，包括机加工、清洗、干燥和喷砂；
步骤2：对再制造系统联调，通过第一动力机构(21)调整所述汽缸组件(11)的位置，使盲孔(1111)开口朝下，并将其中心对正喷枪组件(22)的旋转中心，调整喷枪(221)到盲孔(1111)的中心的距离；
步骤3：等离子喷涂层制备，喷涂过程中，汽缸组件(11)只做竖直方向移动，喷枪(221)只在水平面内做连续的旋转，通过两种运动的复合实现在盲孔(1111)内壁形成涂层；
步骤4：涂层后加工，将涂层进行内孔珩磨，使其表面粗糙度为Ra0.635μm-0.889μm，并形成45°交叉状的网纹。
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