CN113279876B - 一种高强度气缸套及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度气缸套及其加工工艺，包括支撑肩，所述支撑肩包括上肩部和下肩部，所述上肩部位于下肩部上方，所述上肩部外侧一端开设有第一倒角，所述上肩部内侧一端开设有配合凹槽，所述下肩部外侧一端开设有第二倒角，所述下肩部底面为密封配合面，所述下肩部内侧一端开设有第一改性凹槽和第二改性凹槽，所述第一改性凹槽和第二改性凹槽相互连接，同时通过采用第一挤压轮和第二挤压轮对未挤压的气缸套第一凹槽和第二凹槽进行挤压，提升了其凹陷深度，增强了气缸套的疲劳强度，进一步提升了气缸套的寿命，并且设置密封配合面，使气缸套与发动机缸体密封配合。

Description

一种高强度气缸套及其加工工艺

技术领域

本发明涉及机件加工技术领域，具体涉及一种高强度气缸套及其加工工艺。

背景技术

随着社会的进一步发展，对汽车的排放要求也越来越严格，汽车发动机开始向高爆发压力、高功率的方向发展，而气缸套作为发动机的核心零件，承受高温高压燃气的循环作用，其中气缸套支撑肩位置的工作环境最为恶劣，气缸套支撑肩性能的高低直接影响着发动机的使用性能。

现今的发动机在长期运行中，其气缸套支撑肩下端容易产生裂纹，甚至断裂，严重影响发动机的使用寿命，目前传统的增加气缸套支撑肩下端强度的方法是气缸套整体采用高抗疲劳性的材料，通过材料性能的提升来改善气缸套支撑肩的抗疲劳强度，但是其也存在一定的弊端：1)高抗疲劳性的材料，如贝氏体材料，球墨铸铁，蠕墨铸铁，其含有的合金材料高，同时铸造工艺复杂，成本上会有浪费；2)即便生产出高性能的材料，其可加工性也差，加工效率低，加工刀具成本高，可操作性不强。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高强度气缸套及其加工工艺，通过专用的第一挤压轮和第二挤压轮对机加工后的气缸套支撑肩原有凹槽进行挤压，使其产生塑性变形强化材料，提升支撑部位的抗疲劳强度，从而提升缸套的性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强度气缸套，包括支撑肩，所述支撑肩包括上肩部和下肩部，所述上肩部位于下肩部上方，所述上肩部外侧一端开设有第一倒角，所述上肩部内侧一端开设有配合凹槽，所述下肩部外侧一端开设有第二倒角，所述下肩部底面为密封配合面，所述下肩部内侧一端开设有第一改性凹槽和第二改性凹槽，所述第一改性凹槽和第二改性凹槽相互连接。

作为本发明进一步的方案：所述密封配合面为斜面，且所述密封配合面与水平面呈0-30°夹角，所述密封配合面靠近第二倒角的一端不低于密封配合面靠近第一改性凹槽的一端。

作为本发明进一步的方案：所述第一改性凹槽半径为0.4-1.0mm，所述第二改性凹槽半径为1.0-1.6mm，所述第一改性凹槽与第二改性凹槽相切。

作为本发明进一步的方案：该高强度气缸套的加工工艺，包括以下步骤：

步骤一、将未挤压的气缸套装夹在挤压机的装夹机构上；

步骤二、通过PLC控制器启动第一电机，带动装夹机构横向移动，之后转动第一千分尺和第二千分尺，调整未挤压的气缸套位置，调整结束后，通过PLC控制器启动第三电机和油缸，调整第一挤压轮至第一挤压位置；

步骤三、第一挤压轮位置调整结束后，通过PLC控制器启动第二电机，带动未挤压的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器启动油缸和第四电机，油缸带动第一挤压轮移动，第四电机带动第一挤压轮转动，进行第一次挤压；

步骤四、第一次挤压结束后，调整安装架，将第二挤压轮调整到第二挤压位置，通过PLC控制器启动第二电机，带动第一次挤压后的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器启动油缸和第五电机，油缸带动第二挤压轮移动，第五电机带动第二挤压轮转动，进行第二次挤压；

步骤五、第二次挤压结束后，取下挤压后的气缸套，得到高强度气缸套。

作为本发明进一步的方案：步骤一所述的挤压机包括操作基座，所述操作基座顶部设置有调整机构，所述调整机构顶部连接有装夹机构，所述装夹机构一侧且位于操作基座顶部设置有挤压机构。

作为本发明进一步的方案：操作基座包括挤压台，所述挤压台顶部固定安装有安装顶板，所述安装顶板顶部开设有避空槽，所述安装顶板顶部固定安装有两个第一滑轨，两个所述第一滑轨关于避空槽对称分布，所述挤压台正面中部安装有PLC控制器。

作为本发明进一步的方案：调整机构包括第一电机，所述第一电机固定安装在挤压台内部一侧，所述第一电机的输出轴固定连接有转动螺杆，所述安装顶板底部固定安装有第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承座内部安装有第一轴承，所述第二轴承座内部安装有第二轴承，所述转动螺杆转动安装在第一轴承座和第二轴承座之间，所述转动螺杆上螺纹连接有移动座，所述移动座顶部穿过避空槽且固定安装有第一连接板，所述第一连接板顶部固定连接有第一移动板，所述第一移动板顶部设置有两个第一滑台，两个所述第一滑台关于第一移动板的纵向中心线对称分布，所述第一移动板底部两侧对称安装有两个第一滑座，所述第一滑座滑动安装在第一滑轨上，所述第一移动板正面一侧固定连接有第一固定板，所述第一固定板上固定安装有第一千分尺，所述第一移动板背面一侧固定连接有第二固定板，所述第二固定板上固定安装有第二千分尺，所述第一移动板顶部滑动安装有第二移动板。

作为本发明进一步的方案：装夹机构包括固定盒，所述固定盒固定安装在第二移动板顶部，所述固定盒内部固定安装有第二电机，所述固定盒正面中心设置有支撑圆台，所述支撑圆台内部开设有第一安装孔，所述第一安装孔中安装有第三轴承，所述第二电机的输出轴固定连接有第一转动轴，所述第一转动轴转动安装在第三轴承上，所述第一转动轴远离第二电机一端开设有外螺纹，所述第一转动轴远离第二电机一端通过外螺纹螺纹连接有固定环。

作为本发明进一步的方案：挤压机构包括固定底座，所述固定底座固定安装在安装顶板上，所述固定底座顶部固定安装有第三电机，所述第三电机的输出轴固定连接有安装座，所述安装座顶部固定安装有油缸，所述油缸的活塞杆固定连接有第一连接架，所述第一连接架通过销钉一转动连接有安装架，所述安装架为X型，所述安装架前端一侧固定安装有第四电机和第五电机，第四电机的输出轴贯穿安装架设置，且固定连接有第一挤压轮，第五电机的输出轴贯穿安装架设置，且固定连接有第二挤压轮，所述安装架后端开设有两个限位孔，所述第一挤压轮头部设置有第一挤压圆角，所述第二挤压轮头部设置有第二挤压圆角，所述第一挤压圆角半径与第一改性凹槽半径相等，所述第二挤压圆角与第二改性凹槽半径相等，所述第一连接架后端安装有限位销。

本发明的有益效果：

1、本发明通过专用的第一挤压轮和第二挤压轮对机加工后的气缸套支撑肩第一凹槽和第二凹槽进行挤压得到第一改性凹槽和第二改性凹槽，使其产生塑性变形强化材料，提升支撑部位的抗疲劳强度，从而提升缸套的性能。

2、本发明通过将密封配合面设置为斜面，使得其能够与发动机缸体进行密封配合，使高强度气缸套装配后的定位性更高，有效提升发动机运行过程中的可靠性。

3、本发明通过第一电机带动转动螺杆转动，转动螺杆的转动带动第一移动板和第二移动板横向移动，同时第一千分尺和第二千分尺能够精确调整第二移动板的纵向位置，通过相互配合，能够精确并灵活的调整装夹机构的位置，为后续的挤压带来方便快捷，也保证了气缸套在加工过程中的灵活性和准确性；通过在固定盒正面设置支撑圆台，进一步保证后续挤压过程中的挤压位置，避免造成干涉，影响加工过程。

4、本发明通过设置X型的安装架，使得第一挤压轮和第二挤压轮能够灵活调整，避免更换零件的麻烦，同时保证了第一挤压位置和第二挤压位置的准确性，同时通过第三电机和油缸能够灵活调节第一挤压轮和第二挤压轮位置，方便了更换气缸套，提升了整体加工工艺的效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中高强度气缸套的剖面结构示意图；

图2是图1中A区域的放大结构示意图；

图3是本发明中挤压机的整体结构示意图；

图4是本发明中装夹机构结构示意图；

图5是本发明中调整机构在安装顶板上方的结构示意图；

图6是本发明中调整机构在挤压台内部结构示意图；

图7是本发明中挤压机构结构示意图；

图8是本发明中第一挤压轮结构示意图；

图9是本发明中第二挤压轮结构示意图；

图10是本发明中挤压过程中的函数曲线关系示意图；

图中：1、支撑肩；2、上肩部；3、下肩部；4、第一倒角；5、配合凹槽；6、第二倒角；7、密封配合面；8、第一改性凹槽；9、第二改性凹槽；10、操作基座；11、挤压台；12、安装顶板；13、PLC控制器；14、第一滑轨；15、避空槽；20、调整机构；21、第一电机；22、第一轴承座；23、第二轴承座；24、移动座；25、第一连接板；26、第一移动板；27、第一滑台；28、第一固定板；29、第一千分尺；210、第一滑座；211、第二固定板；212、第二千分尺；213、第二移动板；30、装夹机构；31、固定盒；32、第二电机；33、支撑圆台；34、第一转动轴；35、固定环；40、挤压机构；41、固定底座；42、第三电机；43、安装座；44、油缸；45、第一连接架；46、安装架；47、限位孔；48、第一挤压轮；481、第一挤压圆角；49、第二挤压轮；491、第二挤压圆角；50、限位销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10所示，一种高强度气缸套，包括支撑肩1，所述支撑肩1包括上肩部2和下肩部3，所述上肩部2位于下肩部3上方，所述上肩部2外侧一端开设有第一倒角4，所述上肩部2内侧一端开设有配合凹槽5，所述下肩部3外侧一端开设有第二倒角6，所述下肩部3底面为密封配合面7，所述下肩部3内侧一端开设有第一改性凹槽8和第二改性凹槽9，所述第一改性凹槽8和第二改性凹槽9相互连接。

所述密封配合面7为斜面，且所述密封配合面7与水平面呈0-30°夹角，所述密封配合面7靠近第二倒角6的一端不低于密封配合面7靠近第一改性凹槽8的一端；通过将密封配合面7设置为斜面，使得其能够与发动机缸体进行密封配合，使高强度气缸套装配后的定位性更高，有效提升发动机运行过程中的可靠性。

所述第一改性凹槽8半径为0.4-1.0mm，所述第二改性凹槽9半径为1.0-1.6mm，所述第一改性凹槽8与第二改性凹槽9相切；

所述第一改性凹槽8由第一凹槽挤压得到，所述第二改性凹槽9由第二凹槽挤压得到，所述第一凹槽和第二凹槽均为气缸套机加工得到，所述第一凹槽半径为0.6-1.2mm，所述第二凹槽半径为1.2-1.8mm。

该高强度气缸套的加工工艺，包括以下步骤：

步骤一、将未挤压的气缸套装夹在挤压机的装夹机构30上；

步骤二、通过PLC控制器13启动第一电机21，带动装夹机构30横向移动，之后转动第一千分尺29和第二千分尺212，调整未挤压的气缸套位置，调整结束后，通过PLC控制器13启动第三电机42和油缸44，调整第一挤压轮48至第一挤压位置；

步骤三、第一挤压轮48位置调整结束后，通过PLC控制器13启动第二电机32，带动未挤压的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器13启动油缸44和第四电机，油缸44带动第一挤压轮48移动，第四电机带动第一挤压轮48转动，进行第一次挤压；

步骤四、第一次挤压结束后，调整安装架46，将第二挤压轮49调整到第二挤压位置，通过PLC控制器13启动第二电机32，带动第一次挤压后的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器13启动油缸44和第五电机，油缸44带动第二挤压轮49移动，第五电机带动第二挤压轮49转动，进行第二次挤压；

步骤五、第二次挤压结束后，取下挤压后的气缸套，得到高强度气缸套。

所述第一挤压位置对应第一凹槽位置，所述第二挤压位置对应第二凹槽位置；

在挤压过程中，通过第一挤压轮48对第一凹槽进行挤压，通过第二挤压轮49对第二凹槽进行挤压，第一凹槽和第二凹槽挤压过程符合如图10所示的函数曲线关系，其中纵坐标为第一挤压轮48和第二挤压轮49施加的挤压力P，其中P包括P1、P2，其中P1对应挤压第一凹槽过程，P2对应挤压第二凹槽过程，且P1范围为1.7-2.7KN，P2范围为2.5-3.5KN，横坐标为未挤压的气缸套的转动圈数N，其中N包括N1、N2、N3、N4、N5、N6，其中N1、N2、N3对应挤压第一凹槽过程，N1的范围为3-7，N2的范围为13-17，N3的范围为18-22，而N4、N5、N6对应挤压第二凹槽过程，N4范围为1-5，N5范围为11-15，N6范围为16-20。

第四电机带动第一挤压轮48转动，第五电机带动第二挤压轮49转动，第一挤压轮48转速为10-50rpm，第二挤压轮49转速为30-70rpm；

第一凹槽的挤压深度为0.03-0.5mm，第二凹槽的挤压深度为1.15-1.75mm，

将挤压后的得到的高强度气缸套水平安装在固定装置上，在距离支撑肩1底部L距离的位置，施加循环性载荷F，循环一定次数，直至支撑肩1下端产生裂纹，进行抗疲劳强度测试，得到如下数据：

该固定装置包括但不限于车床的三爪卡盘；

通过上述数据得知当第一凹槽挤压深度为0.314mm，第二凹槽挤压深度为1.432mm时，得到的高强度气缸套抗疲劳强度最大，同时挤压过后的气缸套抗疲劳强度明显比未挤压的气缸套强。

步骤一所述的挤压机包括操作基座10，所述操作基座10顶部设置有调整机构20，所述调整机构20顶部连接有装夹机构30，所述装夹机构30一侧且位于操作基座10顶部设置有挤压机构40。

操作基座10包括挤压台11，所述挤压台11顶部固定安装有安装顶板12，所述安装顶板12顶部开设有避空槽15，所述安装顶板12顶部固定安装有两个第一滑轨14，两个所述第一滑轨14关于避空槽15对称分布，所述挤压台11正面中部安装有PLC控制器13，通过PLC控制器13灵活控制加工工艺过程。

调整机构20包括第一电机21，所述第一电机21固定安装在挤压台11内部一侧，所述第一电机21的输出轴固定连接有转动螺杆，所述安装顶板12底部固定安装有第一轴承座22和第二轴承座23，所述第一轴承座22内部安装有第一轴承，所述第二轴承座23内部安装有第二轴承，所述转动螺杆转动安装在第一轴承座22和第二轴承座23之间，所述转动螺杆上螺纹连接有移动座24，所述移动座24顶部穿过避空槽15且固定安装有第一连接板25，所述第一连接板25顶部固定连接有第一移动板26，所述第一移动板26顶部设置有两个第一滑台27，两个所述第一滑台27关于第一移动板26的纵向中心线对称分布，所述第一移动板26底部两侧对称安装有两个第一滑座210，所述第一滑座210滑动安装在第一滑轨14上，所述第一移动板26正面一侧固定连接有第一固定板28，所述第一固定板28上固定安装有第一千分尺29，所述第一移动板26背面一侧固定连接有第二固定板211，所述第二固定板211上固定安装有第二千分尺212，所述第一移动板26顶部滑动安装有第二移动板213；通过第一电机21带动转动螺杆转动，转动螺杆的转动带动第一移动板26和第二移动板213横向移动，同时第一千分尺29和第二千分尺212能够精确调整第二移动板213的纵向位置，通过相互配合，能够精确并灵活的调整装夹机构30的位置，为后续的挤压带来方便快捷，也保证了气缸套在加工过程中的灵活性和准确性。

装夹机构30包括固定盒31，所述固定盒31固定安装在第二移动板213顶部，所述固定盒31内部固定安装有第二电机32，所述固定盒31正面中心设置有支撑圆台33，所述支撑圆台33内部开设有第一安装孔，所述第一安装孔中安装有第三轴承，所述第二电机32的输出轴固定连接有第一转动轴34，所述第一转动轴34转动安装在第三轴承上，所述第一转动轴34远离第二电机32一端开设有外螺纹，所述第一转动轴34远离第二电机32一端通过外螺纹螺纹连接有固定环35；通过在固定盒31正面设置支撑圆台33，进一步保证后续挤压过程中的挤压位置，避免造成干涉，影响加工过程。

挤压机构40包括固定底座41，所述固定底座41固定安装在安装顶板12上，所述固定底座41顶部固定安装有第三电机42，所述第三电机42的输出轴固定连接有安装座43，安装座43顶面为斜面，所述安装座43顶部固定安装有油缸44，所述油缸44的活塞杆固定连接有第一连接架45，所述第一连接架45通过销钉一转动连接有安装架46，所述安装架46为X型，所述安装架46前端一侧固定安装有第四电机和第五电机，第四电机的输出轴贯穿安装架46设置，且固定连接有第一挤压轮48，第五电机的输出轴贯穿安装架46设置，且固定连接有第二挤压轮49，所述安装架46后端开设有两个限位孔47，所述第一挤压轮48头部设置有第一挤压圆角481，所述第二挤压轮49头部设置有第二挤压圆角491，所述第一挤压圆角481半径与第一改性凹槽8半径相等，所述第二挤压圆角491与第二改性凹槽9半径相等，所述第一连接架45后端安装有限位销50，限位销50直径与限位孔47孔径适配；通过设置X型的安装架46，使得第一挤压轮48和第二挤压轮49能够灵活调整，避免更换零件的麻烦，同时保证了第一挤压位置和第二挤压位置的准确性，同时通过第三电机42和油缸44能够灵活调节第一挤压轮48和第二挤压轮49位置，方便了跟换气缸套，提升了整体加工工艺的效率。

本发明中挤压机的工作原理：

首先将未挤压的气缸套套接在第一转动轴34上，通过固定环35固定，装夹结束后，通过PLC控制器13启动第一电机21，带动转动螺杆转动，转动螺杆带动移动座24移动，移动座24带动第一移动板26和第二移动板213横向移动，之后转动第一千分尺29和第二千分尺212，调整第二移动板213位置，进一步调整未挤压的气缸套位置，保证位置的准确性，调整结束后，通过PLC控制器13启动第三电机42和油缸44，将第一挤压轮48调整至第一挤压位置；第一挤压轮48位置调整结束后，通过PLC控制器13启动第二电机32，带动固定的未挤压的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器13启动油缸44和第四电机，油缸44带动第一挤压轮48移动，调整挤压力度，每个阶段通过PLC控制器13智能控制，第四电机带动第一挤压轮48转动，进行第一次挤压；第一次挤压结束后，转动安装架46，将第二挤压轮49调整到第二挤压位置，通过PLC控制器13启动第二电机32，带动未挤压的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器13启动油缸44和第五电机，油缸44带动第二挤压轮49移动，调整挤压力度，每个阶段通过PLC控制器13智能控制，第五电机带动第二挤压轮49转动，进行第二次挤压；第二次挤压结束后，取下挤压后的气缸套，得到高强度气缸套。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高强度气缸套，包括支撑肩(1)，其特征在于，所述支撑肩(1)包括上肩部(2)和下肩部(3)，所述上肩部(2)位于下肩部(3)上方，所述上肩部(2)外侧一端开设有第一倒角(4)，所述上肩部(2)内侧一端开设有配合凹槽(5)，所述下肩部(3)外侧一端开设有第二倒角(6)，所述下肩部(3)底面为密封配合面(7)，所述下肩部(3)内侧一端开设有第一改性凹槽(8)和第二改性凹槽(9)，所述第一改性凹槽(8)和第二改性凹槽(9)相互连接；

所述第一改性凹槽(8)半径为0.4-1.0mm，所述第二改性凹槽(9)半径为1.0-1.6mm，所述第一改性凹槽(8)与第二改性凹槽(9)相切；

所述第一改性凹槽(8)由第一凹槽挤压得到，所述第二改性凹槽(9)由第二凹槽挤压得到，所述第一凹槽和第二凹槽均为气缸套机加工得到，所述第一凹槽半径为0.6-1.2mm，所述第二凹槽半径为1.2-1.8mm；

第一凹槽的挤压深度为0.03-0.5mm，第二凹槽的挤压深度为1.15-1.75mm。

2.根据权利要求1所述的一种高强度气缸套，其特征在于，所述密封配合面(7)为斜面，且所述密封配合面(7)与水平面呈0-30°夹角，所述密封配合面(7)靠近第二倒角(6)的一端不低于密封配合面(7)靠近第一改性凹槽(8)的一端。

3.一种根据权利要求1所述的高强度气缸套的加工工艺，其特征在于，该高强度气缸套的加工工艺，包括以下步骤：

步骤一、将未挤压的气缸套装夹在挤压机的装夹机构上；

步骤二、通过PLC控制器启动第一电机，带动装夹机构横向移动，之后转动第一千分尺和第二千分尺，调整未挤压的气缸套位置，调整结束后，通过PLC控制器启动第三电机和油缸，调整第一挤压轮至第一挤压位置；

步骤三、第一挤压轮位置调整结束后，通过PLC控制器启动第二电机，带动未挤压的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器启动油缸和第四电机，油缸带动第一挤压轮移动，第四电机带动第一挤压轮转动，进行第一次挤压；

步骤四、第一次挤压结束后，调整安装架，将第二挤压轮调整到第二挤压位置，通过PLC控制器启动第二电机，带动第一次挤压后的气缸套开始转动，同时通过PLC控制器启动油缸和第五电机，油缸带动第二挤压轮移动，第五电机带动第二挤压轮转动，进行第二次挤压；

步骤五、第二次挤压结束后，取下挤压后的气缸套，得到高强度气缸套。

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