DD224622A1

DD224622A1 - METHOD OF REGENERATING CASTED CYLINDER BUSHES OF LARGE DIAMETER

Info

Publication number: DD224622A1
Application number: DD26431084A
Authority: DD
Inventors: Joachim Schmidt; Jochen Vagt; Wolfgang Schuster
Original assignee: Deutsche Reichsbahn
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1985-07-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Instandhaltung von Zylinderlaufbuchsen grossen Durchmessers, in denen verchromte Kolbenringe laufen. Ziel der Erfindung ist ein Regenerierungsverfahren fuer Zylinderlaufbuchsen an der Innenflaeche. Es soll rationell durchfuehrbar sein. Durch Spritzen einer Stahllegierung wird das verschlissene Material wieder aufgetragen. Eine anschliessende Bearbeitung durch Schleifen und Walzen ist erforderlich.The invention relates to the maintenance of large diameter cylinder liners in which chrome plated piston rings run. The aim of the invention is a regeneration method for cylinder liners on the Innenflaeche. It should be rationally feasible. By spraying a steel alloy, the worn material is reapplied. Subsequent machining by grinding and rolling is required.

Description

Erfinder:Inventor:

Dipl.-Ing. Schmidt, Joachim 'Dipl.-Ing. Schmidt, Joachim '

Vagt, JochenVagt, yokes

Schuster, WolfgangSchuster, Wolfgang

Verfahren zum Regenerieren gegossener Zylinderlaufbuchsen großen Durchmessers .Method for regenerating cast cylinder liners of large diameter .

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von großen Zylinderlaufbuchsen an der Innenfläche. Zylinderlaufbuchsen, insbesondere aus Gußeisen mit großen Durchmessern, wie sie in Dieselmotoren von Lokomotiven und Schiffen verwendet werden, haben einen besonders großen Verschleiß im Bereich des oberen Totpunktes des oberen Kolbenringes, besonders wenn der Kolbenring verchromt ist. Beim Erreichen eines bestimmten Verschleißmaßes in dem genannten Bereich ist ein Auswechseln der Zylinderlaufbuchsen erforderlich. Das Verfahren bezieht sich auf die rationelle Regenerierung der vorgenannten Zylinderlaufbuchsen.The invention relates to a method for regenerating large cylinder liners on the inner surface. Cylinder liners, particularly of large diameter cast iron, as used in diesel engines of locomotives and ships, have a particularly large wear in the region of top dead center of the upper piston ring, especially when the piston ring is chrome-plated. Upon reaching a certain amount of wear in the said area, replacement of the cylinder liners is required. The method relates to the rational regeneration of the aforementioned cylinder liners.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die bekannteste Lösung besteht darin, die gesamte Zylinderlaufbuchse in ihrem Durchmesser zu erweitern, d. h., auszubohren, auszuschleifen und zu honen. Bei diesem Verfahren wird wertvolles Material abgetragen und es sind neue Kolben mit größerem Durchmesser erforderlich. Andererseits sind Lösungen bekannt, bei denen keine Stufenmaße vorgesehen sind, sondern nur neue Zylinderlaufbuchsen mit neuen bzw. wieder- Characteristic of the known technical solutions The best known solution is to expand the diameter of the entire cylinder liner, that is, to drill it out, to grind it out and to lift it. This process removes valuable material and requires new larger diameter pistons. On the other hand, solutions are known in which no step dimensions are provided, but only new cylinder liners with new or recurrent

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verwendbaren Kolben eingesetzt werden können. Der Materialaufwand und die Materialkosten sind in diesem Fall besonders hochusable piston can be used. The cost of materials and material costs are particularly high in this case

Ferner ist ein Verfahren nach der DE-Auslegeschrift 1273955 bekannt, welches zur Aufgabe hat, die Verschleißfestigkeit der inneren Oberfläche bei der Herstellung zu erhöhen. Dieses Verfahren beinhaltet das Aufspritzen einer Molybdänschicht, des weiteren einer Chromzwischenschicht, das Erwärmen auf 145 ⁰C und das Aufspritzen einer Kohlenstoffstahlschicht. Zuvor wird die gesamte Zylinderlaufbuchse um 4 mm aufgebohrt und mit einem Gewinde versehen. Das Molybdän wird in einer Schichtdicke von 0,05 mm, die Chromschicht von 0,1 mm und der Kohlenstoffstahl von 1 mm aufgespritzt. Dieses Verfahren ist durch das Verspritzen von drei verschiedenen Metallen und einer Zwischenerwärmung sehr aufwendig. Ferner bezieht es sich nicht auf die Regenerierung von Zylinderlaufbüchsen. Außerdem ist nach der DE-Offenlegungsschrift 2739356 ein Verfahren bekannt, welches ein Metallspritzen auf die Innenflachen eines Hohlkörpers zum Inhalt hat, bei dem der Wärmeausdehnungskoeffizient des Hohlkörpers größer als der des Beschichtungsmaterials ist. Das Verfahren bezieht sich auf eine bestimmte Anwärmung und Abkühlung während des Metallspritzens. Das Verfahren ist vornehmlich für das Aufspritzen von legiertem oder unlegiertem Stahl oder Ferrotitanit auf die Innenfläche von Hohlkörpern, Zylindern von Brennkraftmaschinen aus Aluminium und Aluminiumlegie— rungen bei der Herstellung bestimmt.Furthermore, a method according to DE-Auslegeschrift 1273955 is known, which has the task of increasing the wear resistance of the inner surface during manufacture. This method involves spraying a molybdenum layer, further an intermediate chromium layer, heating to 145 ⁰ C and the spraying of a carbon steel layer. Previously, the entire cylinder liner is drilled out by 4 mm and threaded. The molybdenum is sprayed in a layer thickness of 0.05 mm, the chrome layer of 0.1 mm and the carbon steel of 1 mm. This process is very complicated by the spraying of three different metals and an intermediate heating. Furthermore, it does not relate to the regeneration of cylinder liners. In addition, according to the DE-Offenlegungsschrift 2739356 a method is known, which has a metal spraying on the inner surfaces of a hollow body to the content, in which the thermal expansion coefficient of the hollow body is greater than that of the coating material. The method refers to a certain heating and cooling during metal spraying. The method is intended primarily for the spraying of alloyed or unalloyed steel or ferrotitanite on the inner surface of hollow bodies, cylinders of internal combustion engines made of aluminum and aluminum alloys during manufacture.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Regenerierungsverfahren für Zylinderlaufbüchsen an der Innenfläche,insbesondere von großen Dieselmotoren zu schaffen, die mit verchromten Kolbenringen betrieben werden. Es soll rationell und ohne großen Aufwand durchführbar sein sowie eine Verlängerung der Einsatzzeit der Zylinderlaufbuchsen bei Nennmaßtoleranzen ermöglichen.The object of the invention is to provide a regeneration method for cylinder liners on the inner surface, in particular of large diesel engines, which are operated with chromed piston rings. It should be feasible rationally and without great effort and allow an extension of the service life of the cylinder liners at Nennmaßtoleranzen.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regenerieren von Zylinderlaufbuchsen großen Durch- . messers, die mit verchromten Kolbenringen betrieben werden, zu entwickeln, durch welches das Nennmaß innerhalb seiner zulässigen Verschleißtoleranzen und damit der Einsatz von neuen oder wiederverwendungsfähigen Kolben gewährleistet wird. Das Verfahren muß wirtschaftlich durchführbar sein und eine Erhöhung der Lebensdauer ermöglichen. Zylinderlaufbüchsen mit großen Durchmessern verschleißen extrem schnell am oberen Totpunkt des verchromten oberen Kolbenringes. Bereits wenige Millimeter vom oberen Totpunkt entfernt setzt normalerweise ein geringeres Verschleißverhalten ein. Die Gründe für den extremen hohen Verschleiß im oberen Bereich liegen darin, daß hier die maximalen Gaskräfte und die höchsten Temperaturen auftreten, während die Zylinderlaufbuchse und der verchromte Kolbenring an dieser Stelle im Grenzbereich der Schmierung unter der Einwirkung von Korrosion arbeiten und dabei den drei- bis achtfachen Verschleiß zeigen. Zwischen dem Kolben und der Zylinderlaufbuchse großen Durchmessers tritt nur eine geringe Reibung und damit nur ein minimaler Verschleiß auf. Der Materialabtrag ist deshalb dominierend zwischen den verchromten Kolbenringen und der Zylinder— laufbuchse, besonders im bereits erwähnten Bereich. Bei stabiler Ausführung der Ringnuten ist der Einsatz des gelaufenen Kolbens meist wieder möglich. Weiterhin ist oftmals ein Schrumpfungsprozeß bezüglich des Durchmessers bei den gegossenen Zylinderlaufbüchsen, die im Betriebseinsatz waren, zu erkennen. Unter den genannten Bedingungen kommt es auch dazu, daß die Zylinderlaufbüchsen im unteren Teil, in dem der Kolbenschaft geführt wird, nach einer Einsatzperiode einen kleineren Durchmesser als das Originalmaß aufweisen. Bei einer Regenerierung ist es erforderlich, das abgeriebene Material im oberen Bereich durch neues zu ersetzen. Das aufzutragende Metall muß eine gute Haftung auf dem Grundmaterial aufweisen, mitThe invention has for its object to provide a method for regenerating cylinder liners large through. developed with chrome-plated piston rings, which ensures the nominal size within its permissible wear tolerances and thus the use of new or reusable pistons. The process must be economically feasible and allow for an increase in service life. Large diameter cylinder liners wear extremely quickly at top dead center of the chrome top piston ring. Only a few millimeters away from top dead center usually assumes a lower wear behavior. The reasons for the extreme high wear in the upper area are that here the maximum gas forces and the highest temperatures occur, while the cylinder liner and the chrome-plated piston ring at this point in the boundary of the lubrication under the action of corrosion work while the three- show eight times wear. Between the piston and the cylinder liner of large diameter occurs only a low friction and thus only a minimal wear. The removal of material is therefore dominating between the chrome-plated piston rings and the cylinder liner, especially in the range already mentioned. In stable design of the annular grooves, the use of the spilled piston is usually possible again. Furthermore, there is often a shrinkage process with respect to the diameter of the cast cylinder liners which were in operation. Under the conditions mentioned, it also happens that the cylinder liners in the lower part, in which the piston shaft is guided, after a period of use have a smaller diameter than the original dimension. During regeneration it is necessary to replace the abraded material in the upper area with new one. The metal to be applied must have good adhesion to the base material, with

geringer Vorwärmung der Zylinderlaufbuchse auftragbar sein, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten al3 das Grundmaterial besitzen, um die Haftfestigkeit zu erhöhen, gute · Wärmeleiteigenschaften sowie hohe Verschleißfestigkeit gegenüber den verchromten Kolbenringen haben, gute Notlaufeigenschaften und ausreichende Ölhaftung zeigen sowie eine gute Korrosions- und Temperaturbeständigkeit aufweisen. Er— findungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zylinderlaufbuchse im Bereich des oberen Totpunktes des oberen Kolbenringes um einige Zehntelmillimeter in Abhängigkeit vom Verschleiß im Durchmesser aufgebohrt wird. Die Aufbohrlänge richtet sich nach den bei der Vermessung gewonnenen Durchmessermaßen und liegt normalerweise bei 10 — 30 % der Zylinderlaufbuchsenlänge. Bei extremen Verschleißzuständen und z. B. Riefenbildung kann die gesamte Buchse ausgebohrt werden. Der entsprechende Bereich wird etwa 0,3 nun tief aufgebohrt und mit einem organischen Reinigungsmittel behandelt. Anschließend wird durch thermisches Spritzen im Flammspritzverfahren bei einer Vorwärmung der Zylinderlaufbuchse auf 100 ⁰C bis 150 ⁰C Molybdän als Haftgrundschicht mit einer Schichtdicke von 0,05 mm und darauffolgend ein niedriglegierter Stahl als Verschleißschicht gespritzt. Weiterhin kann der aufgebohrte und gereinigte Bereich im Lichtbogenspritzverfahren direkt mit einem niedriglegierten Stahl ohne Haftgrundspritzung als Verschleißschicht gespritzt werden. Anschließend wird die gesamte Innenfläche der Zylinderlaufbuchse durch Schleifen bearbeitet. Dabei verbleibt die Buchse innerhalb der zulässigen Verschleißtoleranzen des Nenndurchmessers. Beim Schleifen wird eine Oberfläche erzeugt, die eine Rauheit Rz von etwa 8 - 10 um aufweist. Diese Oberfläche besitzt Mikrorillen, die geringe Radien aufweisen. Die Vergrößerung dieser Radien zur besseren Ölhaftung bei einer gleichzeitigen oberflächlichen Verdichtung und damit Zunahme der Verschleißfestigkeit sowie Beseitigung der inneren Spannungen bei der aufgespritzten Metallschicht wird durch ein Walzen mit Kugeln erreicht. Durch Federkraft beaufschlagte Kugeln werden in den Zylinder mit einer Vorrichtung eingebrachtlow heat-up of the cylinder liner, have a higher coefficient of thermal expansion al3 the base material to increase the adhesion, good heat conduction and high wear resistance compared to the chromed piston rings have good runflat and sufficient oil adhesion and show good corrosion and temperature resistance. According to the invention, the object is achieved in that the cylinder liner is drilled in the region of the top dead center of the upper piston ring by a few tenths of a millimeter depending on the wear in the diameter. The boring length depends on the diameter measurements obtained during the measurement and is normally 10 - 30 % of the cylinder liner length. In extreme wear conditions and z. B. scoring the entire socket can be drilled out. The corresponding area is drilled about 0.3 deep and treated with an organic cleaning agent. Subsequently, by thermal spraying in the flame spraying method with a preheating of the cylinder liner to 100 ⁰ C to 150 ⁰ C molybdenum as a primer layer with a layer thickness of 0.05 mm and then injected a low-alloy steel as a wear layer. Furthermore, the drilled and cleaned area can be sprayed directly with a low-alloy steel without primer spray as a wear layer in the arc spraying process. Subsequently, the entire inner surface of the cylinder liner is machined by grinding. The bushing remains within the permissible wear tolerances of the nominal diameter. During grinding, a surface is generated which has a roughness Rz of about 8-10 μm. This surface has microgrooves that have low radii. The enlargement of these radii for better oil adhesion with a simultaneous superficial compression and thus increase the wear resistance and elimination of the internal stresses in the sprayed metal layer is achieved by rolling with balls. Fed-loaded balls are introduced into the cylinder with a device

und mit geringem Vorschub mehrfach über die Innenfläche gefahren, wobei das Material, an der Oberfläche eine Verfestigung und Glättung erfährt und mit gewindeartigen, sich kreuzenden Bahnen, die große Radien aufweisen, ausgestattet wird. Sie bewirken in dem verschleißgefährdeten Bereich eine verbesserte Ölhaftung und damit Schmierung des obersten Ringes. Ferner wird die Korrosionsbeständigkeit durch die geschlossene, verfestigte Oberfläche erhöht und die Spannungen der aufgespritzten Schicht werden verringert.and driven over the inner surface at a low feed rate several times, wherein the material, on the surface undergoes a solidification and smoothing and with thread-like, intersecting webs, which have large radii is equipped. They cause in the wear-prone area improved oil adhesion and thus lubrication of the top ring. Furthermore, the corrosion resistance is increased by the closed, solidified surface and the stresses of the sprayed-on layer are reduced.

Dieses Verfahren gestattet eine wirtschaftliche Regenerierung der großen, teueren und materialintensiven Zylinderlaufbüchsen. Der niedriglegierte Stahl läßt sich mit geringer Vorwärmung problemlos auftragen. Der niedriglegierte Stahl zeigt gegenüber dem Grundmaterial der gegossenen Zylinderlaufbuchse im Hinblick auf die sehr harten .verchromten Kolbenringe günstigere Verschleißeigenschaften. Eine Oberflächenverfestigung mit einfachen Mitteln und in sehr kurzer Zeit läßt sich mit Hilfe des Walzens mit Kugeln ausführen. Dabei wird eine Oberflächenstruktur geschaffen, die die Schmierung der oben ver— chromten Kolbenringe und damit die Verschleißfestigkeit verbessert sowie die Korrosionsfestigkeit erhöht.This method allows economical regeneration of the large, expensive and material-intensive cylinder liners. The low-alloy steel can be easily applied with little preheating. The low alloy steel exhibits more favorable wear characteristics over the base material of the cast cylinder liner with respect to the very hard chrome plated piston rings. A surface solidification by simple means and in a very short time can be carried out by means of rolling with balls. This creates a surface structure that improves the lubrication of the top-chromed piston rings and thus the wear resistance and increases the corrosion resistance.

embodiment

Gußeiserne Zylinderlaufbuchsen eines 2200 kW-Lokomotivdieselmotors mit 16 Zylindern und einer Bohrung von 260 mm sowie einer Länge von 520 mm weisen im OT des oberen Kolbenringes den maximalen Verschleiß auf. Im unteren Führungsbereich des Kolbenschaftes ist eine Schrumpfung eingetreten bzw. ein minimaler Verschleiß vorhanden. Vom OT des oberen Kolbenringes an wird im allgemeinen über eine Länge von 100 bis 250 mm in Abhängigkeit vom Verschleiß bis 0,3 mm tief aufgebohrt. Auf diese Fläche wird durch thermisches Spritzen im Flammspritzverfahren Molybdän als Haftgrund 0,05 mm und dann ein niedriglegierter Stahl 0,4 mm dick aufgetragen. Die Buchse wurde dafür auf 100 - 150 ⁰C erwärmt. Anschließend wird die gesamte Zylinderlaufbuchse überschliffen. Bin Walzen mit Kugeln von 10 mm Durchmesser schließt sich an. Die ZylinderinnenflächeCast iron cylinder liners of a 2200 kW locomotive diesel engine with 16 cylinders and a bore of 260 mm and a length of 520 mm have the maximum wear in the TDC of the upper piston ring. In the lower guide portion of the piston skirt shrinkage occurred or minimal wear exists. From the TDC of the upper piston ring is generally bored over a length of 100 to 250 mm depending on the wear to 0.3 mm deep. Molybdenum as a primer 0.05 mm and then a low-alloyed steel 0.4 mm thick is applied to this surface by thermal spraying in a flame spraying process. The bush was heated to 100 - 150 ⁰ C for this purpose. Subsequently, the entire cylinder liner is ground. Rollers with balls of 10 mm diameter follows. The cylinder inner surface

wird über die gesamte Länge des Hubes im Vor- und Rücklauf überwalzt. Durch die Anwendung dieses Verfahrens werden Zylinderlaufbüchsen wirtschaftlich und qualitätsmäßig einwändfrei regeneriert. Sie zeigen in der Praxis sehr gute Laufeigenschaften und eine höhere Verschleißfestigkeit als das Originalmaterial.is rolled over the entire length of the stroke in the forward and reverse. Through the use of this method, cylinder liners are economically and unquestionably regenerated. They show in practice very good running properties and a higher wear resistance than the original material.

Claims

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Claim for invention

A method for regenerating cast cylinder liners large diameter for diesel engines, especially of locomotives and ships, characterized in that the cylinder liners drilled in their maximum wear area at top dead center 'of the upper piston ring and from here downwards depending on the state of wear and by thermal spraying After a molybdenum layer low-alloyed steels are applied by flame spraying or electrospray after a grinding of the cylinder liner over its entire length with a fine chip and finally the entire inner surface is rolled with balls, with a repeated over-rolling in the flow and return at a certain. Walzdruek is required.