DE4116686A1

DE4116686A1 - Verfahren zur herstellung von gleitflaechen

Info

Publication number: DE4116686A1
Application number: DE4116686A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Moriki; Minoru Yonekawa
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1991-12-05
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: US5137619A; JPH0436497A; DE4116686C2; JP3054425B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gleitflächen, insbesondere zur Herstellung der Gleitfläche des Zylinders einer Brennkraftmaschine.

Ein Beispiel eines Maschinenteils, der eine solche Gleitober fläche aufweist, ist der Zylinder einer kleinen luftgekühlten Brennkraftmaschine. Üblicherweise wird die Lauffläche eines solchen Zylinders dadurch hergestellt, daß eine harte Chrom- Plattierungsschicht auf der inneren Oberfläche des Zylinders abgelagert wird, der aus einer Leichtmetallegierung aus Aluminium oder dergleichen besteht. Diese Hart-Chrom- Plattierungsschicht wurde dann gehont, so daß der Zylinder eine Bohrung mit vorbestimmter Toleranz erhalten kann. Durch dieses Verfahren erhält die Hart-Chrom-Plattierungsschicht allgemein eine hohe Härte von Hv 800 oder mehr, so daß in dem anschließen den Verfahrensschritt zum honen ein sehr kostspieliges Honwerk zeug, beispielsweise ein Diamantrad oder ein Borazonrad benutzt werden mußte. Die Lebensdauer eines solchen Honwerkzeuges ist kurz, und dies führt zu hohen Produktionskosten. Außerdem läßt sich die harte Chrom-Plattierungsschicht ziemlich schlecht spanabhebend bearbeiten, so daß es sehr schwierig ist, die Fertigabmessungen und die Oberflächenrauhigkeit der Zylinder bohrung innerhalb vorbestimmter Toleranzen zu halten. Außerdem besteht ein Problem darin, daß in der Anfangsphase der Benutzung des Zylinders die Bohrung des Zylinders sich schlecht der Gleit oberfläche des zugeordneten Kolbens anpaßt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gleitflächen zu schaffen, bei welchem die oben erwähnten Probleme bekannter Verfahren vermieden werden und wodurch solche Gleitflächen leicht herstellbar sind.

Gemäß der Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung von Gleitflächen folgende Schritte: es wird auf der Oberfläche eines Bauteils eine erste Plattierungsschicht durch Benutzung einer Plattierungsflüssigkeit bei relativ niedriger Temperatur auf gebracht, wobei diese Plattierungsschicht eine relativ hohe Härte besitzt; es wird auf der Oberfläche der ersten Plattie rungsschicht eine zweite Plattierungsschicht mit einer Härte aufgebracht, die geringer ist als die Härte der ersten Plattierungsschicht, und das Aufbringen der Schicht erfolgt unter Benutzung einer zweiten Plattierungsflüssigkeit mit einer Temperatur, die höher liegt als die Temperatur der ersten Plattierungsschicht; es wird die zweite Plattierungsschicht auf eine vorbestimmte Dicke gehont. So wird gemäß dem Temperatur unterschied zwischen den benutzten Plattierungsflüssigkeiten die erste Plattierungsschicht als harte Plattierungsschicht gebildet die eine gewünschte Härte besitzt, während die zweite Plattie rungsschicht als weiche Plattierungsschicht gebildet wird, deren Härte niedriger ist als die der ersten Plattierungs schicht, wobei die zweite Plattierungsschicht auf eine vor bestimmte Dicke gehont wird. Da der Honvorgang auf der weichen Plattierungsschicht durchgeführt wird, deren gewünschte Härte leicht durch die Temperaturdifferenz der Flüssigkeiten einge stellt werden kann, läßt sich eine Verbesserung in bezug auf die Bearbeitung durch Honen, bezüglich der Abmessungstoleranzen und bezüglich der Oberflächenrauhigkeit erreichen. Außerdem erfreut sich das Honwerkzeug einer langen Lebensdauer und die anfängliche Passung der Weichenplattierungsschicht kann bei der anfänglichen Benutzungsphase als Gleitoberfläche in zufrieden stellender Weise aufrecht erhalten werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Plattierungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Schnittansicht des wesentlichen Teils eines Bauteils, auf dem die Plattierungsschichten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht werden;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Plattierungsflüssigkeitstemperatur und der Härte der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Plattierungs schichten erkennen läßt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Plattierungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der inneren Lauffläche des Zylinders einer kleinen, luftgekühlten Brennkraftmaschine. Diese Plattie rungsvorrichtung weist einen Träger 2 auf, auf dem der Zylinder 1, dessen innere Oberfläche 1′ plattiert werden soll, festlegbar ist. Die Konstruktion dieses Trägers 2 kann beispielsweise die gleiche sein wie die des Trägers der Plattierungsvorrichtung, die in der japanischen Patentschrift 62-54 398 beschrieben ist. Die Plattierungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung besitzt jedoch ein erstes Plattierungsbad 4 mit einer ersten Plattierungsflüssigkeit 3 und ein zweites Plattierungsbad 6, welches eine zweite Plattierungsflüssigkeit 5 enthält. Sowohl die erste als auch die zweite Plattierungsflüssigkeit 3 bzw. 5 enthalten Chromsäure und Schwefelsäure, wobei die jeweiligen Dichten und Schwefelsäureverhältnisse im wesentlichen die gleichen sind. Die erste Plattierungsflüssigkeit 3 in dem ersten Plattierungsbad 4 wird jedoch auf einer relativ niedrigen Temperatur von z. B. etwa 55°C gehalten, während die zweite Plattierungsflüssigkeit 5 in dem zweiten Plattierungsbad 6 auf einer relativ hohen Temperatur von z. B. etwa 55°C oder mehr gehalten wird. Der Träger 2 ist außerdem mit einem Plattierungs flüssigkeits-Zuführungskanal 7 ausgerüstet, um die Plattierungs flüssigkeiten in die Bohrung des Zylinders 1 einzubringen. Dieser Zuführungskanal 7 für die Plattierungsflüssigkeitszu führung wird von einem ersten Einlaßkanal 8 und einem zweiten Einlaßkanal 9 gespeist. Der erste Einlaßkanal 8 erstreckt sich nach der ersten Plattierungsflüssigkeit 3 im ersten Plattie rungsbad 4 und weist eine erste Flüssigkeitspumpe 10 und ein erstes Flüssigkeitszuführungsschaltventil 11 auf. Der zweite Einlaßkanal 9 erstreckt sich nach der zweiten Plattierungs flüssigkeit 5 im zweiten Plattierungsbad 6 und weist eine zweite Flüssigkeitspumpe 14 und ein zweites Flüssigkeitszufüh rungsschaltventil 13 auf. Der Träger 2 ist außerdem mit einem ersten Rückführungskanal 14 versehen, über den die Bohrung des Zylinders 1 mit dem ersten Plattierungsbad 4 in Verbindung steht, während ein zweiter Rückführungskanal 15 die Bohrung des Zylinders 1 mit dem zweiten Plattierungsbad 6 verbindet. Der erste Rückführungskanal 14 weist ein erstes Rückführungsschalt ventil 16 auf. In gleicher Weise besitzt der zweite Rückfüh rungskanal 15 ein zweites Rückführungsschaltventil 17.

Bei der Durchführung des Chrom-Plattierungsverfahrens der Bohrung des Zylinders 1 werden zunächst das erste Flüssig keits-Zuführungsschaltventil 11 und das erste Rückführungs ventil 16 zunächst geöffnet, die auf der Seite der ersten Plattierungsflüssigkeit 3 angeordnet sind, und das zweite Flüssigkeits-Zuführungsschaltventil 13 und das zweite Rück führungsschaltventil 17 auf der Seite der zweiten Plattierungs flüssigkeit 5 werden geschlossen. Dann wird die erste Flüssig keitspumpe 10 für die erste Plattierungsflüssigkeit 3 ange schaltet. Infolgedessen wird die erste Plattierungsflüssigkeit 3 aus dem ersten Plattierungsbad 4 über den ersten Einlaßkanal 8 und den Zuführungskanal 7 für die Plattierungsflüssigkeit in die Bohrung des Zylinders 1 eingeführt und über die erste Rück leitung 14 in das erste Plattierungsbad 4 zurückgeführt. Bei diesem Verfahren bildet die erste Plattierungsflüssigkeit 3 unter der Wirkung eines elektrischen Stromes vorbestimmter Stromdichte eine erste Chromplattierungsschicht 20 durch Elektroplattierung mit einer vorbestimmten Dicke auf der Ober fläche 19 der Basis 18 des Zylinders 1, der aus einer Leicht metallegierung aus Aluminium oder dergleichen besteht.

Danach wird die erste Flüssigkeitspumpe 10 für die erste Plattierungsflüssigkeit 3 angehalten und die ersten Ventile 11 und 16 auf der Seite der ersten Plattierungsflüssigkeit 3 werden geschlossen und das zweite Flüssigkeitsschaltventil 13 und das zweite Rücklaufschaltventil 17 auf der Seite der zweiten Plattierungsflüssigkeit 5 werden geöffnet, und es wird die zweite Flüssigkeitspumpe 12 auf der Seite der zweiten Plattie rungsflüssigkeit 5 geöffnet. Infolgedessen wird die Plattie rungsflüssigkeit 5 aus dem zweiten Plattierungsbad 6 über den zweiten Einlaßkanal 9 und den Zuführungskanal 7 für die Plattie rungsflüssigkeit in die Bohrung des Zylinders 1 geleitet und über den zweiten Rücklaufkanal 15 nach dem zweiten Plattierungsbad 6 zurückgeführt. Bei diesem Verfahren bildet die zweite Plattierungsflüssigkeit unter der Wirkung eines elektrischen Stromes vorbestimmter Dichte ebenso wie die erste Plattierungs flüssigkeit 3 eine zweite Chromplattierungsschicht 22 vorbe stimmter Dicke durch Elektroplattierung auf der Oberfläche 21 der ersten Chromplattierungsschicht 20.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Oberflächenabschnitt der Bohrung des Zylinders 1, der auf diese Weise hergestellt wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der ersten Chrom plattierungsschicht 20 etwa 35 bis 50 Mikron und die Dicke der zweiten Chromplattierungsschicht 22 beträgt etwa 50 bis 20 Mikron. Wie oben erwähnt, haben erste und zweite Plattierungs flüssigkeit 3 und 5 die gleiche Chromsäuredichte und das gleiche Schwefelsäureverhältnis und sie werden unter der Wirkung elektrischer Ströme mit gleicher Stromdichte elektroplattiert, so daß die jeweilige Härte der ersten und zweiten Chromplattie rungsschicht 20 bzw. 22 von den jeweiligen Temperaturen der ersten und zweiten Plattierungsflüssigkeiten 3 bzw. 5 abhängt. Die Beziehung zwischen Plattierungsflüssigkeitstemperatur in °C und der Härte Hv der Plattierungsschicht ist in der graphi schen Darstellung gemäß Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Aus führungsbeispiel hat die Chromsäureflüssigkeit der Plattierungs flüssigkeiten eine Dichte von 3 und 5 pro 500 g/l, und das Schwefelsäureverhältnis beträgt 150 : 1. Die Stromdichte beträgt 1,250 A/dm2, und die Plattierung wird mit dem vorbeschriebenen Verfahren durchgeführt. Unter diesen Bedingungen werden die jeweiligen Temperaturen der ersten und zweiten Plattierungs flüssigkeiten 3 und 5 entsprechend eingestellt, und bei diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Chromplattierungsschicht 20 als Hartchromschicht ausgebildet, die eine Härte von weniger als Hv 850 besitzt, was der Härte entspricht, die gewöhnlich für einen Zylinder gefordert wird. Die zweite Chromplattierungs schicht 22 wird als relativ weiche Chromschicht ausgebildet, deren Härte Hv 650 oder weniger beträgt.

Die zweite Chromplattierungsschicht 22, die auf diese Weise als relativ weiche Schicht ausgebildet ist, wird dann gehont, wobei die Hontoleranz 23 entfernt wird. Der Honvorgang wird bis zu einer vorbestimmten Abmessung durchgeführt, derart, daß eine weiche Chromplattierungsschicht 24 verbleibt, deren durch schnittliche Dicke etwa 5 Mikron beträgt. Auf diese Weise wird der Zylinder 1 mit einer harten Chromschicht versehen, nämlich mit der ersten Chromplattierungsschicht 20, die auf der Ober fläche 19 der Basis 18 des Zylinders abgelagert ist, und es wird eine Weichchromschicht 24 auf der Oberfläche 21 der harten Chromschicht 20 abgelagert. Bei der anfänglichen Benutzung des Zylinders 1 dient die Weichchromschicht 24 als Anfangs-Ab nutzungsschicht mit einer zufriedenstellenden Passung, und während des darauffolgenden Normalbetriebes dient die darunter liegende Hartchromschicht 20 als Abnutzungs-Widerstandsschicht. Da der Honvorgang auf der zweiten Chromplattierungsschicht 22 durchgeführt wird, die eine relativ geringe Härte besitzt, kann das Honwerkzeug relativ billig ausgebildet werden, und die Lebensdauer des Werkzeuges ist relativ lang. Außerdem können die Abmessungen und die Oberflächenrauhigkeit der inneren Ober fläche des Zylinders leicht innerhalb vorbestimmter Toleranzen gehalten werden. Wenn die Oberfläche 21 der ersten Chromplattie rungsschicht 20 im Hinblick auf die Flachheit (in Fig. 2 über trieben dargestellt) nicht befriedigend ist, kann ein Teil der ersten Chromplattierungsschicht 20 als Folge des Honvorganges freigelegt werden. Dieses Freilegen ist jedoch fast vernach lässigbar, und es besteht keine Gefahr, daß die Passung des Zylinders beim Einlaufen beeinträchtigt wird.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Gleit oberfläche eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinders beschrieben, jedoch ist dies nicht beschränkend und die Erfindung kann auch für andere Zwecke Verwendung finden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitoberfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - es wird auf der Oberfläche (19) eines Werkstücks (1) eine erste Plattierungsschicht (20) mit relativ hoher Härte aufgebracht, indem eine erste Plattierungsflüssig keit (3) benutzt wird, die eine relativ niedrige Temperatur besitzt;
- - es wird auf der Oberfläche (21) der ersten Plattie rungsschicht eine zweite Plattierungsschicht mit einer Härte aufgebracht, die geringer ist als die Härte der ersten Plattierungsschicht, wobei eine zweite Plattierungsflüssigkeit (5) benutzt wird, deren Temperatur höher ist als die der ersten Plattierungs flüssigkeit;
- - und es wird dann die zweite Plattierungsschicht auf eine vorbestimmte Dicke gehont.