DE2108341A1

DE2108341A1 - Process for the surface treatment of metallic sliding surfaces, in particular in internal combustion engines and sliding surfaces produced according to the method

Info

Publication number: DE2108341A1
Application number: DE19712108341
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz; Marx Alfred Dipl.-Ing.; Weischedel Fritz Dr.-Ing.; 6090 Rüsselsheim. P Wanowski
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1971-02-22
Publication date: 1972-10-19

Description

Verfahren. zur Oberflächenbehandlung von metallischen Gleitflächen, insbesondere in Verbrennungsmotoren und nach dem Verfahren hergestellte Gleitflächen. Procedure. for the surface treatment of metallic sliding surfaces, in particular in internal combustion engines and sliding surfaces produced by the method.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von feinbearbeiteten, beispielsweise geschliffenen, metallischen Gleitflächen, insbesondere in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen.The invention relates to a method for surface treatment of finely machined, for example ground, metallic sliding surfaces, in particular in internal combustion engines of motor vehicles.

Bei hohen Gleitgeschwindigkeiten in Lagerungen mit axialer oszillierender oder mit rotierender Bewegung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen besteht der Nachteil, daß auf den glatten, geschliffenen Flächen, die andererseits für die Erzielung guter Gleitverhältnisse notwendig sind, der Schmierfilm besonders während des Einlaufvorganges abreißt und es dadurch zu Freßerscheinungen an den Gleitflächen kommt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch ein verbessertes Schmierstoffangebot den Verschleiß an den Gleitteilen zu verringern und dadurch höhere Gleitgeschwindigkeiten zu ermöglichen und auch den Einlaufvorgang zu verbessern0 Erfindungsgemäß wird dies, nämlich das verbesserte Schmierstoffangebot dadurch erreicht, daß entweder die beiden zusammenwirkenden Gleitflächen ganz oder partiell oder nur eine von beiden nach der Feinbearbeitung glaskugelgestrahlt werden. Mit dieser Maßnahme wird eine Oberflächenstruktur erreicht, die eine möglichst gute Haftung des Ölfilmes auf den Oberflächen im Einlaufzustand, aber auch noch im späteren Betriebszustand gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Gleitflächen mittels Glaskugelstrahlen werden kugelkalottenförmige Vertiefungen in der Oberfläche erzeugt. Im Vergleich zum Werkstoff Stahl als Strahlmittel erlaubt Glas eine kleinere Partikelgröße und dementsprechend eine geringere Veränderung der Oberflächen-Grob-Struktur. In diesen Vertiefungen wird der auf eine größere Oberfläche ausgedehnte Schmierfilm auch noch bei größeren Gleitgeschwindigkeiten festgehalten, da er in den Vertiefungen durch die Gleitbeanspruchung nicht weggeschoben wird. Insgesamt können mit den so behandelten Oberflächen schon während des Einlaufs höhere Gleitgeschwindigkeiten ohne Fressen erzielt werden, als ohne diese Behandlung.At high sliding speeds in bearings with axial oscillating or with rotating movement in internal combustion engines of motor vehicles the disadvantage that on the smooth, sanded surfaces, which on the other hand for the Achieving good sliding conditions are necessary, the lubricating film especially during the running-in process tears off and this leads to seizure phenomena on the sliding surfaces comes. The present invention is therefore based on the object by an improved Lubricant supply to reduce wear on the sliding parts and thereby to enable higher sliding speeds and also to improve the running-in process0 According to the invention this, namely the improved lubricant supply is achieved in that either the two interacting sliding surfaces wholly or partially or only one of the two be peened with glass beads after finishing. With this measure a Achieved surface structure that ensures the best possible adhesion of the oil film to the Surfaces guaranteed in the running-in condition, but also in the later operating condition. The inventive treatment of the sliding surfaces by means of glass shot peening spherical cap-shaped depressions are created in the surface. In comparison compared to steel as a blasting agent, glass allows a smaller particle size and accordingly a smaller change in the rough surface structure. In these The lubricating film, which is extended over a larger surface, also becomes indentations held at higher sliding speeds because he was in the depressions the sliding stress is not pushed away. Overall can with the so treated Surfaces already run in at higher sliding speeds without seizing can be achieved than without this treatment.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 300 739 / 47b, 11.06 ist ein Verfahren bekanntgeworden, welches sich ebenfalls die Verbesserung der Schmierfilmhaftung an gleitenden Oberflächen zur Aufgabe gestellt hat.The German Auslegeschrift 1 300 739 / 47b, 06/11 is a process became known, which also improves the adhesion of the lubricating film on sliding surfaces.

Allerdings ist hier weniger an hohe Gleitgeschwindigkeiten als vielmehr an eine hohe Druckbeanspruchung der miteinander in Eingriff otehenden Gleitflächen gedacht, da sich die genannte Druckschrift ausschließlich auf Kugelgelenke bezieht. Außerdem werden die Vertiefungen in der Oberfläche nach dem Vorschlag der deutschen Auslegeschrift 1 300 739 durch Schrotstrahlen erzielt. Dies ist nach unseren Erfahrungen und fUr das von uns angegebene Answendungsgebiet eine unzulässig harte Beanspruchung, bei der die Feinheit der Oberflächenkontur verloren gehen kann.However, this is less about high sliding speeds than more a high pressure load on the sliding surfaces in engagement with one another intended because the mentioned publication relates exclusively to ball joints. In addition, the indentations in the surface are made according to the proposal of the German Auslegeschrift 1 300 739 achieved by shot blasting. This is in our experience and for the area of application specified by us an impermissibly harsh load, at which can lose the fineness of the surface contour.

Demgegenüber arbeitet das erfindungsgemäße Glaskugelstrahlen wesentlich sanfter und gleichmäßiger. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß durch die Anwendung des Glaskugelstrahlens eine andere Oberflächenstruktur erreichbar ist, als dies mit dem bekannten Strotstrahlen möglich wäre und daß die Art der Oberflächenbehandlung auch bei Kleinteilen und entsprechend fein polierten und in der Kontur exakten Teilen durchführbar ist, geht die Erfindung wesentlich über die durch die deutsche Auslegeschrift 1 300 739 vermittelte technische Lehre hinaus und erfaßt außerdem ein ganz anderes Anwendungsgebiet.In contrast, the glass shot peening according to the invention works significantly gentler and more even. Taking into account the fact that by applying the glass bead peening a different surface structure can be achieved than this with the known jet blasting would be possible and that the type of surface treatment even with small parts and accordingly finely polished parts with exact contours is feasible, the invention goes essentially beyond that by the German Auslegeschrift 1 300 739 conveyed technical teaching and also covers a completely different one Field of use.

Als Stand der Technik ist weiterhin die deutsche Patentschrift 834 299 zu nennen. Dieser liegt zwar eine der vorliegenden Erfindung ähnliche Aufgabenstellung zugrunde, jedoch wird die Aufgabe abweichend von der Erfindung durch Aufrauhen der Gleitflächen - und zwar mittels Säure - erreicht. Im übrigen ist die Anwendung der aus der deutschen Patentschrift 834 299 entnehmbaren Lehre auf hartverchromte Gleitflächen beschränkt.The German patent specification 834 is still state of the art 299 to be mentioned. Although this is a similar problem to the present invention based, however, the object is different from the invention by roughening the Gliding surfaces - achieved by means of acid. Otherwise, the application is the from the German patent 834 299 inferable teaching on hard chrome-plated sliding surfaces limited.

Die oben geschilderte Grundidee der Erfindung veranlaßte zur Durchführung mehrerer Versuchsreihen, die zu vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung führten. Dabei wurde es zunächst als zweckmäßig erkannt, wenn die Gleitflächen so lange glaskugelgestrahlt werden, bis sich die Eindrücke der Kugeln berühren oder überdecken.The basic idea of the invention described above prompted implementation several test series, which led to advantageous developments of the invention. It was initially recognized as useful for the sliding surfaces to be glass-bead blasted for such a long time until the impressions of the balls touch or overlap.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn Glaskugeln unterschiedlichen Durchmessers verwendet werden. Hierbei kommt es auf den Werkstoff und auf die gewünschte Oberflächenstruktur der behandelten Oberfläche an. Auch kann es zweckmäßig sein, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Glaskugeln mit unterschiedlicher Aufprallgeschwindigkeit auf die Werkstück-Oberfläche auftreffen. Auch diese Maßnahme richtet sich wieder nach der Art des Werkstoffes und nach der gewünschten Oberflächenstruktur der zu behandelnden Oberfläche.It has also proven to be advantageous if glass spheres are different Diameter be used. This depends on the material and the desired surface structure the treated surface. It can also be useful if after another Feature of the invention the glass balls with different impact speeds hit the workpiece surface. This measure is also directed again according to the type of material and the desired surface structure of the to treating surface.

Damit die Ränder der von den Glaskugeln erzeugten Vertiefungen keine rissige Ausbildung trhalten, schlägt die Erfindung weiterhin vor, den Aufprallwinkel der Glaskugel zur Oberflache kleiner als 450 vorzusehen.So that the edges of the depressions created by the glass spheres do not The invention also proposes the angle of impact The surface of the glass ball must be smaller than 450.

Bei der Behandlung von gehonten Zylinderlaufflächen aus Gußeisen werden gute Ergebnisse dann erzielt, wenndie Durchmesser der Glaskugeln etwa 0,1 - 0,2 mm betragen. Diese kleinen Glaskugeln bewirken, daß die ursprünglich porige Struktur des Werkstoffes, die durch die Feinbearbeitung verlorengegangen ist, wieder freigelegt wird, indem der Graphit aus den Vertiefungen herausgeschlagen wird, die dann das Schmieröl aufnehmen können.In the treatment of honed cylinder sliding surfaces made of cast iron good results are obtained when the diameter of the glass spheres is about 0.1-0.2 mm. These small glass spheres cause the originally porous structure of the material that has been lost through fine machining is exposed again by knocking the graphite out of the indentations, which then make the Can absorb lubricating oil.

Bei der Behandlung der Lauffläche von Ventilstößeln aus legiertem Gußeisen sind dagegen optimale Resultate dann erreichbar, wenn die Glaskugel-Durchmesser zwischen 0,3 und 0,4 mm liegen. Die Durchmesser der Glaskugeln sind also je nach den Erfordernissen, die an die Oberfläche gestellt werden oder sich aus dem Material des Werkstückes ergeben, zu variieren.When treating the running surface of alloy valve tappets Cast iron, on the other hand, can achieve optimal results if the glass ball diameter between 0.3 and 0.4 mm. The diameters of the glass balls are so depending on the requirements that are placed on the surface or arise from the material of the workpiece result to vary.

Die Ventile, und zwar insbesondere die Auslaßventile sind an ihrer Schaftfläche zweckmäßig mit Glaskugeln von einem Durchmesser von etwa 0,3 - 0,4 mm gestrahlt.The valves, in particular the exhaust valves, are at their Shaft surface expediently with glass balls with a diameter of about 0.3-0.4 mm blasted.

Die Erfindung ist nun anhand der nachstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung, die als Anwendungsbeispiel ein Auslaßventil eines Verbrennungsmotors zeigt, veranschaulicht. In der Zeichnung ist der T 11er des Auslaßventils mit 10 bezeichnet. Die zu der Längsachse 11 unter 45° geneigte konische Dichtfläche trägt das Bezugszeichen 12. Der Ventilschaft ist mit 13 beziffert und steht an seinem rechten Ende 14 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kipphebel in Eingriff. Der geschliffene Ventilschaft 13 ist glaskugelgestrahlt, und zwar auf einer Länge, die in der Zeichnung durch Pfeile und den Buchstaben 1 gekennzeichnet ist. Die durch das Glaskugelstrahlen hervorgerufenen, sich auf der Oberfläche des Ventilechaftes 13 gegenseitig überdeckenden Eindrücke sind durch Punkte 15 veranschaulicht. Da es sich hier um Kugeleindrücke von maximal 0,4 mm Durchmesser handelt, sind diese - zumal sie nicht sehr tief sind -in Wirklichkeit mit dem bloßen Auge kaum erkennbar.The invention is now based on the following description as well the drawing, as an application example, an exhaust valve of an internal combustion engine shows, illustrates. In the drawing, the T is 11 of the exhaust valve with 10 designated. The conical sealing surface inclined at 45 ° to the longitudinal axis 11 carries the reference numeral 12. The valve stem is numbered 13 and is on his right end 14 in engagement with a rocker arm, not shown in the drawing. The ground valve stem 13 is glass bead peened over a length which is indicated in the drawing by arrows and the letter 1. By the glass shot peening, is on the surface of the valve stem 13 mutually overlapping impressions are illustrated by points 15. There if the ball impressions are a maximum of 0.4 mm in diameter, they are - especially since they are not very deep - in reality hardly recognizable with the naked eye.

Der Ventilschaft 13 ist an seinem glaskugelgestrahlten Bereich in bekannter Weise durch eine teilweise angedeutete Buchse 16 geführt, die in einer entsprechenden Bohrung im ebenfalls andeutungsweise dargestellten Zylinderkopf 17 eingelassen ist. Der Auslaßkanal ist durch strichpunktierte Begrenzungslinien 18, 19 gekennzeichnet. Die Bewegung des Ventils bei Betätigung durch den Kipphebel bzw. Ventilfedern (nicht dargestellt) erfolgt in axialer Richtung (Pfeil 20).The valve stem 13 is at its glass peened area in known manner through a partially indicated socket 16, which is in a corresponding bore in the cylinder head 17, which is also indicated is let in. The outlet channel is indicated by dash-dotted delimitation lines 18, 19 marked. The movement of the valve when actuated by the rocker arm or Valve springs (not shown) take place in the axial direction (arrow 20).

Um während der Ventilbetätigung, durch die sehr hohe Gleitgeschwindigkeiten erzeugt werden, einen Verschleiß der Ventilschaft-Oberfläche zu vermeiden, muß diese in-ihrem geführten Bereich von einem Schmierfilm benetzt sein, der auch bei extrem hohen Motordrehzahlen und entsprechend hohen Ventil-Gleitgeschwindigkeiten nicht abreißen darf. Zu diesem Zweck ist stets ein genügend großer Öldurchsatz längs des Ventilschaftes erforderlich. Andererseits darf der öldurchsatz auch wieder nicht zu groß sein, damit sich der Ölverbrauch des Motors in Grenzen hält. Optimale Ergebnisse konnten mit den erfindungsgemäß glaskugelgestrahltenAuslaDventilen erzielt werden. Dabei geht folgender Vorgang vonstatten: Die anfänglich "rauhe" Oberfläche des Schaftes wird von den Ventilkappen im Abstreifbereich geglättet, der erhöhte Anfangsölverbrauch wird hierdurch mit zunehmender Laufzeit reduziert. Wie bereits erwähnt, bestehen die weaentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung des Ventilschaftes in einer Reduzierung des Verschleißes desselben sowie in der Verringerung der Gefahr des Festfressens. Ferner halten sich in der rauhen Oberfläche die bei der Montage.verwendeten Schmiermittel besser, so daß auch hierdurch die Freßneigung in der Einlaufphase gemindert wird.To during the valve actuation, due to the very high sliding speeds be generated to avoid wear of the valve stem surface, this must be wetted in-their guided area by a film of lubricant, which is also extreme high engine speeds and correspondingly high valve sliding speeds may tear off. For this purpose, there is always a sufficiently large oil flow along the Valve stem required. On the other hand, the oil throughput must not be allowed either be too large so that the engine's oil consumption is kept within limits. Optimal results could be achieved with the glass-shot-peened outlet valves according to the invention. The following process takes place: The initially "rough" surface of the shaft is smoothed out by the valve caps in the wiping area, the increased initial oil consumption is thereby reduced with increasing runtime. As already mentioned, exist the main advantages of the surface treatment of the valve stem according to the invention in a reduction of the wear and tear of the same as well as in the reduction of the danger of seizure. Furthermore, those used during assembly are retained in the rough surface Lubricant better, so that this also reduces the tendency to seizure in the running-in phase is reduced.

Claims

1. Method of surface treatment of finely machined, for example ground, metallic sliding surfaces, especially in internal combustion engines from Motor vehicles, characterized in that either the two interacting Sliding surfaces completely or partially or only one (13) of both after the fine machining Glass shot peened to give a surface structure with good adhesion To achieve oil film on these surfaces in the running-in and in the operating state.

-2. Method according to claim 1, characterized in that the sliding surfaces (13) are blasted with glass beads until the impressions (15) of the balls touch or cover.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that Glass balls of different diameters are used, depending on the material and desired surface structure of the treated surface.

4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the glass balls with different impact speeds hit the workpiece surface, depending on the material and the desired surface structure the treated surface.

5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the angle of impact of the glass spheres to the surface is smaller than 450 is.

6. Honed cylinder sliding surface treated according to the method of the preceding claims made of cast iron, characterized in that the running surface is blasted with glass balls is, which have a diameter between 0.1 to 0.2 mm, thereby the originally to expose the porous structure (graphite nests) of the surface again.

According to the method of claims 1 to 5 treated running surface of Valve tappets made of alloyed cast iron, characterized in that the running surface is blasted with glass balls with a diameter of about 0.3 to 0.4 mm.

Valve treated according to the method of claims 1 to 5, in particular Outlet valve, characterized in that the shaft surface (13) with glass balls of is blasted with a diameter of about 0.3 to 0.4 mm.