DE102009004200A1 - Silicon crystal exposing device for component i.e. cylinder liner, of motor vehicle, has high-pressure radiation device provided for supplying fluid stream of high pressures to surface of component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Freilegen von in einer Aluminium-Matrix eingebetteten Silizium-Kristallen an einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere einer Zylinderlaufbuchse. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zumindest ein Bauteilbereich nahe einer Oberfläche aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung besteht.The The invention relates to a device and a method for exposing of silicon crystals embedded in an aluminum matrix on a surface a component, in particular a cylinder liner. Furthermore The invention relates to a component for a motor vehicle, in which at least one component area near a surface of a hypereutectic Aluminum / silicon alloy exists.
Derartige Verfahren sind bekannt und werden üblicherweise zur Bearbeitung von Bauteiloberflächen verwendet. Die Bauteile, bei welchen es sich beispielsweise um Zylinderlaufbuchsen von Kraftfahrzeugmotoren handelt, bestehen dabei zumindest im Bereich nahe ihrer Oberfläche aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung. Eine häufig verwendete Legierung ist beispielsweise AlSi17Cu4Mg, welche im Niederdruckverfahren gegossen wird und beim Erstarren Silizium-Kristalle bildet. Die Oberfläche des Bauteils wird anschließend feinbearbeitet, wobei unter Ausnutzung der örtlich sehr unterschiedlichen Härten zwischen den Silizium-Kristallen und der Aluminium-Matrix die weichere Aluminium-Matrix durch Honen an der Oberfläche zurückgelegt wird. Die dadurch gegenüber der Aluminium-Matrix erhaben abstehenden Silizium-Kristalle bilden einerseits eine Oberfläche mit verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften, andererseits dient das durch das Honverfahren freigegebene Volumen zur Aufnahme von Schmieröl, wodurch eine Verbesserung der Reibungseigenschaften von Zylinderlaufbuchsen erzielt wird. Beim Honen werden die Silizium-Kristalle jedoch häufig mit Aluminium überschmiert und brechen aufgrund der hohen Adhäsionsneigung von Aluminium und Stahl beim späteren Betrieb häufig heraus, wodurch ein hoher Laufbahnverschleiß und eine entsprechende Verkürzung der Lebensdauer des Kraftfahrzeugmotors verursacht wird. Daher müssen die Aluminium-Überschmierungen nach dem Honprozess entfernt werden. Dies erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Vorrichtungen, welche eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Oberfläche des Bauteils mit einer ätzenden Flüssigkeit umfassen. Als Flüssigkeit wird dabei üblicherweise Natronlauge verwendet, durch welche Aluminium in Lösung gebracht und so von den Silizium-Kristallen entfernt werden kann.Such methods are known and are commonly used for machining component surfaces. The components, which are, for example, cylinder liners of motor vehicle engines, consist of a hypereutectic aluminum / silicon alloy at least in the area near their surface. A commonly used alloy is, for example, AlSi 17 Cu 4 Mg, which is cast in a low-pressure process and forms silicon crystals upon solidification. The surface of the component is then finished, taking advantage of the locally very different hardnesses between the silicon crystals and the aluminum matrix, the softer aluminum matrix is covered by honing at the surface. On the one hand, the silicon crystals projecting upwards relative to the aluminum matrix form a surface with improved friction and wear properties; on the other hand, the volume released by the honing process serves to absorb lubricating oil, thereby improving the friction characteristics of cylinder liners. However, during honing, the silicon crystals are often over-lubricated with aluminum and often break out due to the high adhesion tendency of aluminum and steel during later operation, thereby causing high race wear and corresponding shortening of the life of the automobile engine. Therefore, the aluminum over-lubrication must be removed after the honing process. This is usually done by means of devices which comprise means for applying a corrosive liquid to the surface of the component. In this case, sodium hydroxide solution is usually used as the liquid through which aluminum can be brought into solution and thus removed from the silicon crystals.
Als nachteilig an dem bekannten Verfahren ist dabei der Umstand anzusehen, dass aufgrund des unspezifischen Ätzprozesses auch die Aluminium-Matrix abgetragen wird, wobei Freilegetiefen von mehr als 0,8 μm entstehen. Diese großen Freilegetiefen führen in der Folge unter den bei modernen Kraftfahrzeugmotoren üblichen mechanischen Belastungen zu einem Ausbrechen der Silizium-Kristalle, so dass sich im Motorbetrieb des Öfteren Fressriefen und -streifen sowie Druckstellen ausbilden, die sich negativ auf Reibung, Verschleiß und Ölverbrauch des Motors auswirken.When disadvantageous in the known method is the circumstance, that due to the non-specific etching process, the aluminum matrix is removed, with free depths of more than 0.8 microns arise. These big ones Open depths lead in the sequence under the usual in modern motor vehicle engines mechanical stresses to a breaking out of the silicon crystals, so that during engine operation often feeding scraps and stripes as well as pressure points, which negatively affect friction, wear and oil consumption of the Motors affect.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Bauteile, bei welchen zumindest ein Bauteilbereich nahe einer Oberfläche aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium- Legierung besteht, mit verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften bereitstellen zu können.task It is therefore the object of the present invention to provide components in which at least a component area near a surface of a hypereutectic Aluminum / silicon alloy exists, with improved friction and wear properties to be able to provide.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. des Bauteils und umgekehrt anzusehen sind.The The object is achieved by a Device with the features of claim 1, a method with the features of claim 6 and a component with the Characteristics of claim 10 solved. Advantageous embodiments with functional and non-trivial developments are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the device - so far applicable - as advantageous embodiments of the method or of the component and to look at the other way around.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung, mittels welcher Bauteile mit verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften bereitstellbar sind, dadurch geschaffen, dass die Einrichtung als Hochdruckstrahleinrichtung ausgebildet ist, mittels welcher die Oberfläche des Bauteils mit einem Flüssigkeitsstrahl eines einstellbaren Hochdrucks zu beaufschlagen ist. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung können die Aluminium-Überschmierungen auf den Silizium-Kristallen zuverlässig entfernt werden, ohne die umgebende Aluminium-Matrix unerwünscht tief zurückzulegen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es dabei nicht erforderlich, stark ätzende Flüssigkeiten zu verwenden. Gleichzeitig werden durch das Hochdruckstrahlen an der Oberfläche anhaftende Partikel entfernt, wodurch stochastische Mikrovertiefungen entstehen, in welche zusätzliches Schmieröl eindringen kann. Dies verringert aufgrund der verbesserten tribologischen Eigenschaften zusätzlich die Gefahr einer Adhäsion zwischen der Aluminium-Matrix und beispielsweise einem aus Stahl gefertigten Kolbenring. Gleichzeitig werden Reibleistungsvorteile mit den damit verbundenen Verbrauchssenkungen erschlossen und aufgrund der Eliminierung potentieller Entstehungsbereiche für Laufriefen eine entsprechende Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Zuverlässigkeit des Bauteils sichergestellt. Das Hochdruckstrahlen des Bauteils mit einer Flüssigkeit bietet weiterhin den Vorteil einer hohen Unweltverträglichkeit, da die Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf geführt und verschleißfrei verwendet werden kann. Zudem können weitere Nachbearbeitungsschritte wie beispielsweise das Entfernen von Staub oder Strahlmittelresten vom Bauteil entfallen, wodurch entsprechende Kostensenkungen erzielt werden.According to the invention is a Device by means of which components with improved friction and wear characteristics be prepared, created by the fact that the device as High-pressure jet device is formed, by means of which the surface of the component with a liquid jet an adjustable high pressure is to be applied. With the help of a such device can the aluminum over-lubrication can be reliably removed on the silicon crystals without the surrounding aluminum matrix undesirable to travel deep. in the Unlike the prior art, it is not necessary strong corrosive liquids to use. At the same time by the high pressure jets the surface removes adherent particles, creating stochastic microwells arise, in which additional oil can penetrate. This decreases due to the improved tribological Properties in addition the danger of adhesion between the aluminum matrix and, for example, one made of steel manufactured piston ring. At the same time, frictional benefits become with the associated consumption reductions and due the elimination of potential areas of origin for running calls a corresponding improvement in wear resistance and reliability of the component ensured. The high pressure blasting of the component with a liquid Furthermore, the advantage of a high environmental compatibility, since the liquid run in a closed circuit and used wear-free can. In addition, you can further post-processing steps such as removal Dust or blasting agent residues from the component omitted, causing appropriate cost reductions are achieved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hochdruckstrahleinrichtung zumindest eine Düse umfasst, mittels welcher der Flüssigkeitsstrahl in einem einstellbaren Winkel auf die Oberfläche zu lenken ist. Dadurch ist es möglich, durch Einstellen des Auftreffwinkels des Flüssigkeitsstrahls auf die Oberfläche gezielt die zu entfernenden Partikel durch das Auftreffen von Tropfen hoher Geschwindigkeit von der Oberfläche abzuheben. Die abgehobenen Partikel können dann durch tangentiales Überströmen von der Oberfläche weggerissen und aus dem Bauteil entfernt werden. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass mittels der Düse der zeitliche Massenfluss bzw. die Geschwindigkeit der Flüssigkeit einstellbar ist, welche auf die Oberfläche gelenkt wird.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the high-pressure jet device comprises at least one nozzle, by means of which the liquid jet is to steer at an adjustable angle to the surface. Thereby Is it possible, targeted by adjusting the angle of impact of the liquid jet on the surface the particles to be removed by the impact of high drops Speed from the surface withdraw. The lifted particles can then by tangential overflow of torn away from the surface and removed from the component. It can also be provided be that by means of the nozzle the temporal mass flow or the velocity of the liquid is adjustable, which is directed to the surface.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Düse rotierbar an der Vorrichtung gelagert ist. Durch eine rotierende Düse kann eine Art Mahleffekt erzeugt und die Aluminium-Überschmierungen bzw. die Partikel sowohl von der Oberfläche des Bauteils abgehoben als auch anschließend aus dem Bauteil ausgespült werden. Zudem wird durch eine rotierende Düse sichergestellt, dass die Oberfläche gleichmäßig mit dem Flüssigkeitsstrahl beaufschlagt werden kann und sich auf der Oberfläche keine Unregelmäßigkeiten ausbilden.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the nozzle rotatably mounted on the device. Through a rotating nozzle can produces a kind of grinding effect and the aluminum over-lubrication or the particles both from the surface lifted off the component and then rinsed out of the component. moreover is through a rotating nozzle made sure the surface evenly with the liquid jet can be applied and on the surface no irregularities form.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Hochdruckstrahleinrichtung mehrere Düsen umfasst, welche vorzugsweise gleichmäßig entlang eines Umfangs der Vorrichtung angeordnet sind. Mit Hilfe mehrerer, gegebenenfalls rotierender Düsen kann die Oberfläche des Bauteils schneller und schonender bearbeitet werden, wobei gleichzeitig die Aluminium-Überschmierungen und unerwünschte Partikel aufgrund der mehrfachen Beaufschlagung besonders zuverlässig entfernt werden.there It has also been found to be advantageous that the high-pressure jet device several nozzles which preferably uniformly along a circumference of Device are arranged. With the help of several, if necessary rotating nozzles can the surface the component are processed faster and gentler, while simultaneously the aluminum over-lubrication and unwanted Particles due to the multiple application particularly reliable removed become.
Um die Eigenschaften der jeweils verwendeten Aluminium/Silizium-Legierung des Bauteils optimal berücksichtigen zu können, hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass der Hochdruck in einem Bereich zwischen 40 bar und 4000 bar und insbesondere in einem Bereich zwischen 50 bar und 600 bar einstellbar ist.Around the properties of the aluminum / silicon alloy used in each case optimally consider the component to be able to it has been shown in a further embodiment to be advantageous that the high pressure in a range between 40 bar and 4000 bar and especially in a range between 50 bar and 600 bar adjustable is.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freilegen von in einer Aluminium-Matrix eingebetteten Silizium-Kristallen an einer Oberfläche eines Bauteils, welches zumindest im Bereich der Oberfläche aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung besteht, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Silizium-Kristalle durch Hochdruckstrahlen der Oberfläche mit einer Flüssigkeit freigelegt werden. Dies erlaubt die Bereitstellung von Bauteilen mit erheblich verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Weitere sich ergebende Vorteile sind bereits aus den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen.One Another aspect of the invention relates to a method for exposure of silicon crystals embedded in an aluminum matrix on a surface a component, which at least in the area of the surface a hypereutectic Aluminum / silicon alloy is provided according to the invention is that the silicon crystals by high-pressure blasting the surface with a liquid be exposed. This allows the provision of components with significantly improved friction and wear properties. Other benefits are already apparent from the previous ones Descriptions can be found.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass als Flüssigkeit Wasser und/oder eine Wasser-Öl-Emulsion und/oder ein Öl verwendet wird. Auf diese Weise kann das Verfahren besonders kostengünstig und umweltverträglich durchgeführt werden, da keine ätzenden Flüssigkeiten verwendet und entsorgt bzw. aufwändig aufbereitet werden müssen. Statt kann die Flüssigkeit problemlos in einem geschlossenen Kreislauf verwendet und lediglich die abgestrahlten Partikel und Verunreinigungen entfernt werden.there it has been shown in a further embodiment to be advantageous that as a liquid Water and / or a water-oil emulsion and / or used an oil becomes. In this way, the process can be particularly inexpensive and be carried out in an environmentally sound manner, because no corrosive liquids used and disposed of or expensive must be prepared. Instead of the liquid Easily used in a closed circuit and only the emitted particles and impurities are removed.
Eine besonders zuverlässige Freilegung der Silizium-Kristalle unter optimaler Berücksichtigung der Eigenschaften der jeweiligen Aluminium/Silizium-Legierung des Bauteils wird dadurch erzielt, dass die Flüssigkeit mit einem Druck zwischen 40 bar und 4000 bar und insbesondere in einem Bereich zwischen 50 bar und 600 bar auf die Oberfläche geleitet wird.A particularly reliable Exposing the silicon crystals under optimal consideration of the Properties of the respective aluminum / silicon alloy of the component is achieved by the liquid with a pressure between 40 bar and 4000 bar and in particular in a range between 50 bar and 600 bar on the surface is directed.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch gewährleistet, dass der Flüssigkeitsstrahl während des Hochdruckstrahlens rotierend über die Oberfläche bewegt wird. Durch die Rotation wird eine Art Mahleffekt erzielt, welcher es ermöglicht, die unerwünschten Aluminium-Überschmierungen bzw. Partikel besonders schonend und zuverlässig zu entfernen.A further improvement of the process is ensured by that the liquid jet while the high-pressure jet is rotated over the surface becomes. By the rotation a kind of grinding effect is achieved, which allows, the unwanted ones Aluminum mobile lubrication or to remove particles particularly gently and reliably.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere eine Zylinderlaufbuchse, für ein Kraftfahrzeug, bei welcher zumindest ein Bauteilbereich nahe einer Oberfläche aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung besteht, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die in einer Aluminium-Matrix eingebetteten Silizium-Kristalle an der Oberfläche durch Hochdruckstrahlen freigelegt sind. Ein derartiges Bauteil weist erheblich verbesserte Reibungs- und Verschleißeigenschaften auf. Das Hochdruckstrahlen wird dabei vorzugsweise mit Hilfe einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durchgeführt.One Another aspect of the invention relates to a component, in particular a cylinder liner, for one Motor vehicle, in which at least one component region near one surface from a hypereutectic Aluminum / silicon alloy, consists, according to the invention provided is that embedded in an aluminum matrix silicon crystals at the surface are exposed by high pressure jets. Such a component has significantly improved friction and wear properties on. The high pressure jetting is preferably by means of a Device and / or a method according to the preceding embodiments performed.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of an embodiment and with reference the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:
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DE102009004200A DE102009004200A1 (en) | 2008-01-16 | 2009-01-09 | Silicon crystal exposing device for component i.e. cylinder liner, of motor vehicle, has high-pressure radiation device provided for supplying fluid stream of high pressures to surface of component |
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DE102009004200A Withdrawn DE102009004200A1 (en) | 2008-01-16 | 2009-01-09 | Silicon crystal exposing device for component i.e. cylinder liner, of motor vehicle, has high-pressure radiation device provided for supplying fluid stream of high pressures to surface of component |
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DE (1) | DE102009004200A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009055679A1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-05-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for roughening a component surface, in particular a running surface of a cylinder of an internal combustion engine |
-
2009
- 2009-01-09 DE DE102009004200A patent/DE102009004200A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102009055679A1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-05-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for roughening a component surface, in particular a running surface of a cylinder of an internal combustion engine |
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