FI76120C - Foerfarande foer framstaellning av slitstarka cylinderloppsytor i foerbraenningsmotorer. - Google Patents

Description

1 76120

Menetelmä kulutusta kestävien liukupintojen valmistamiseksi polttomoottorien sylintereihin

Keksinnön kohteena on menetelmä kulutusta kestävän 5 liukupinnan valmistamiseksi polttomoottorin sylinteriin, joka liukupinta muodostetaan seostetusta, erityisesti myös vähäfosforisesta, valuraudasta valettuun sylinteriin tai sylinterinholkkiin päävaatimuksen johdanto-osassa esitetyillä toimenpiteillä.

10 Tällainen menetelmä tunnetaan esim. US-patentti- julkaisusta 4 093 842. Yleistietoutta hiilidioksidisuurteho-laserien käytöstä valuraudan karkaisuun on löydettävissä myös aikakauslehdestä Maschinenmarkt, Wiirzburg 86 (1980) 96, s. 1915 - 1918.

15 Tunnetuilla menetelmillä karkaistuissa sylinte reissä tai sylinterinholkeissa ovat karkaisujuovat olleet joko liian lähellä toisiaan tai jopa osittain päällekkäin. Tällöin on muodostunut kahden karkaisujuovan väliin tai toisiinsa rajoittuviin tai päällekkäisiin karkaisujuoviin 20 niiden päästöalueella ominaisvetojännityksiä, jotka ovat niin suuria, että polttomoottorin käytön aikana lisäksi syntyvien käyttöjännitysten ansiosta ilmaantuu sylinterin-porauksen seinämään useiden senttimetrien mittaisia säröjä. Näitä säröjä ei esiinny heti karkaisun ja sitä seuraavan 25 hiertämisen jälkeen.

Tästä syystä keksinnön tarkoituksena on parantaa tunnetun menetelmän käyttötapaa siten, että sylinterinpo-rauksen seinämään ei muodostu polttomoottorin käytön aikana ollenkaan säröjä.

30 Tämä tehtävä ratkaistaan alussa mainitut toimen piteet käsittävässä menetelmässä keksinnön mukaan erityisellä toimenpidesarjalla, jolle on tunnusomaista, että karkaisujuovat muodostavat noin 10°-60° suuruisen kulman sylinterinakselin kanssa ja kahden vierekkäisen juovan 2 761 20 reunojen välinen etäisyys (x) on niin suuri, että niiden välissä ja etäisyydellä (k) karkaisujuovan reunasta sijaitsevat, koneen käytössä muodostuvat vetojännitysten eivät kohdakkain ja täyttävät täten ehdon x on suurempi 5 kuin 2 · k.

Keksinnön mukaista menetelmää selostetaan seuraa-vassa yksityiskohtaisesti piirustusten avulla, joissa: Kuviot 1, 2 ja 3 esittävät kukin yhtä tunnettua karkaisujuovien järjestelyä, jotka karkaisujuovat muodoste-10 taan samaten tunnetulla tavalla sylinterinporauksen seinämään laserkarkaisulla.

Kuvio 4 esittää esimerkinomaisesti keksinnön mukaisella menetelmällä muodostettujen karkaisujuovien sijoitusta ja muotoa.

15 Kuvio 5 esittää veto-jännitysdiagrammia, joka kuvaa jännitysten kulkua kahdessa karkaisujuovassa ja niiden välissä.

Selostetusta ja erityisesti myös vähäfosforisesta valuraudasta valettujen polttomoottorin sylinterien tai 20 sylinterinholkkien liukupinnat voidaan saada seuraavien toimenpiteiden avulla kulutusta kestäviksi.

a) Jokainen sylinterinporaus valmistetaan ensiksi lastuavalla työstöllä myöhempää karkaisua varten, jolloin ainakin viimeinen lastunpoisto tapahtuu edullisesti hiertä-25 mällä. Tämän jälkeen on sylinterinporauksen halkaisija karkaistulla alueella sopivimmin noin 0,02 - 0,05 mm pienempi kuin haluttu lopullinen halkaisija. Sylinterinporauksen seinämän pinnan karheus on tällöin edullisesti RZ 15 - 3 ^u.

30 b) Toisessa vaiheessa levitetään sylinterinporauk sen seinäpinnalle absorptioainetta, joka pystyy pienentämään laservalon heijastumisen muutamaan prosenttiin.

c) Kolmannessa vaiheessa tapahtuu sylinterinporauksen seinämän karkaisu sylinterinporauksen karkaistavalta 35 alueelta lasersäteiden avulla siten, että karkaisujuovat 3 76120 muuttuvat valuraudan reunavyöhykkeellä martensiittiseksi rakenteeksi. Karkaisu tapahtuu esim. 5 kW hiilidioksidi-laserilla. Tällöin lasersäteitä kuljetetaan sylinterin-porauksen seinämän suhteen sillä tavoin, että muodostuu 5 yhdensuuntaisesti vierekkäin ja ruuviviivamaisesti kulkevat karkaisujuovat. Tätä varten saatetaan esim. yhtäältä sylinterin akseli jollakin laitteella jatkuvaan kiertoliikkeeseen ja toisaalta siirretään laserlaitetta sylinterin-holkin akselin suuntaisesti, jolloin sen siirtonopeus on 10 sovitettu sylinterinholkin kiertonopeuteen nähden sopivaksi halutun nousun aikaansaamiseksi karkaisujuoville. Karkaisuun käytetään edullisesti integraattorilla muodostettua lasersädettä, joka pystyy tuottamaan poikkileikkaukseltaan suorakulmaisen karkaisujuovan ja tasaisen sätei-15 lyintensiteetin jakautumaprofiilin. Karkaisusyvyyttä voidaan säätää ja se on sopivimmin välillä 0,5 - 1,3 mm.

Kuviot 1, 2 ja 3 esittävät tunnetulla tavalla järjestettyjä ja toistensa suhteen sijoitettuja karkaisujuovia, joiden leveys on a. Nämä kaikki kolme järjestelyä ovat 20 osoittautuneet epäedullisiksi, kuten alussa selostettiin. Kuviossa 1 esitetyssä karkaisujuovien järjestelyssä nämä ovat kylläkin etäällä toisistaan mutta eivät kuitenkaan niin kaukana, että ominaisvetojännitykset eivät pääse vaikuttamaan toisiinsa eli summautumaan. Kahden vierekkäisen 25 karkaisujuovan 1 reunaetäisyys b on siis ollut liian pieni. Toisessa tunnetussa, kuviosta 2 nähtävässä järjestelyssä, jossa karkaisujuovat rajoittuvat välittömästi toisiinsa, on niiden keskinäinen vaikutus vieläkin suurempi kuin kuvion 1 mukaisessa sovellutusmuodossa, koska niiden ominais-30 vetojännitykset ovat summautuneet yhä voimakkaammin kullakin karkaistulla, katkoviivoin esitetyllä ja kirjaimella c osoitetulla vyöhykkeellä. Erittäin epäedulliseksi osoittautui kuitenkin kuviossa 3 esitetty karkaisujuovien järjestely. Tässä tapauksessa tulivat karkaisujuovat 1 reuna-35 vyöhykkeiltään päälletysten, jolloin kukin peitealue on 76120 merkitty kirjaimella d ja päästetyt alueet kirjaimella e. Kun kaksi vierekkäistä karkaisujuovaa tulee tällä tavalla päällekkäin, vaikuttavat kehittyvät ominaisjännitykset voimakkaimmin, koska niiden maksimit sattuvat 5 tällöin kohdakkain ja ne summautuvat.

Jotta voidaan välttää tällainen karkaisujuovien ominaisjännitysten keskinäinen vaikutus, muodostetaan nyt keksinnön mukaan lasersäteitä sopivasti sylinterin-porauksen seinän 2 suhteen kuljettamalla karkaisujuovat 10 4, jotka kuten kuviosta 4 voidaan nähdä, kulkevat tois tensa suuntaisesti ja vinosti sylinterin akseliin 3 nähden ja muodostavat sen kanssa terävän kulman . Tämä on yleensä alueella 10 - 60°.

Keksinnön toisen tunnusmerkin mukaan karkaisujuo-15 vat 4 ovat niin etäällä toisistaan, että kulloinkin kahden vierekkäisen juovan reunaetäisyys x on niin suuri, että niiden välissä etäisyydellä k karkaisujuovan reunasta sijaitsevat koneen käytössä muodostuvien vetojänni-tysten maksimit eivät satu kohdakkain ja täyttävät täten 20 ehdon x on suurempi kuin 2 * k. Keksinnön mukaisesti vinosti sylinterin akseliin 3 nähden kulkevien karkaisujuovien 4 leveys f on vapaasti valittavissa ja on sovitettava kussakin käyttötapauksessa vaatimusten mukaan.

d) Karkaisun jälkeen tapahtuu sylinterinporauk-25 sen seinämän 2 hiertäminen lopulliseen halkaisijämittään, jotta saadaan aikaan sylinterin liukupinta, josta on poistettu ne materiaalikohoumat, jotka olivat muuttuneet karkaisun rakennemuutoksessa martensiitiksi. Sylinterinpo-rauksen seinämässä on tämän jälkeen karkaisujuovat, joi-30 den pintakaheus on sopivimmin RZ 6 ^u - 3 ^u ja R^z 2^u -4 ^u. Käyttötapauksesta riippuen saattaa olla tarkoituksenmukaista päästää karkaistut sylinterinporauksen seinämät 2, jotta saadaan aikaan ominaisjännitysten tasoittuminen ja estetään osittain jäännösausteniitin muodos-35 tus. Tämä päästö voi tapahtua esim. lämpötilassa 200°C

76120 5 ja kestää yli tai tasan 5 tuntia. Tällöin tasoittuvat jännityshuiput kokonaisuudessaan alhaisemmalle ominais-jännity s tasolle.

Kun karkaisujuovat 4 kulkevat keksinnön mukaisesti 5 vinosti sylinterin akseliin 3 nähden ja kahden vierekkäisen karkaisujuovan 4 välinen reunaetäisyys on x, kuten jo edellä esitettiin, muodostuu polttomoottorin käytössä sylinterinporauksen seinämään 2 jännityskulku, joka voidaan nähdä kuviossa 5. Siinä esitetyssä veto-jännitys-10 diagrammissa on piirretty kohtisuorasti abskissa-akseliin nähden keksinnön mukaisesti järjestetyt ja tietyllä etäisyydellä toisistaan sijaitsevat karkaisujuovat 4. Oordi-naatta-akselille on piirretty plus-merkillä varustettuun suuntaan sylinterinporauksen seinämään 2 muodostuvat veto-15 jännitykset, kun taas miinus-merkillä varustettuun suun taan on piirretty sylinterinporauksen seinämään 2 vaikuttavat puristusjännitykset. Itse jännityskulku, joka muodostuu polttomoottorin käytön aikana jaksottain vaihtuvalla etumerkillä sylinterin porauksen seinämään 2, on esitetty 20 kuviossa 5 jännityskulkuviivoina 5 ja 6. Tästä voidaan nähdä, että jännityskulkujen 5 ja 6 puristusmaksimit 7 ja 8 sijaitsevat kunkin karkaisujuovan 4 sisäpuolella; veto-jännitykset eivät kuitenkaan vaikuta ainoastaan karkaisu-juovien 4 sisäpuolella, vaan myös ulkopuolella kahden juo-25 van välissä sylinterinporauksen seinämän 2 karkaisematto-malla alueella, jolla myös sijaitsevat molempien jännitys-kulkujen 5 ja 6 vetojännitysmaksimit 9 ja 10 kulloinkin etäisyydellä k karkaisujuovan 4 reunasta. Nämä vetojännitysmaksimit 9 ja 10 sijaitsevat, kuten laajat tutkimukset 30 ovat osoittaneet, sylinterinholkin valmistusmateriaalista ja karkaisusyvyydestä riippuen eri kohdissa, mutta aina tietyllä etäisyydellä k, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 2 mm, karkaisujuovan 4 reunasta. Keksinnön mukaisella ehdolla, että kahden vierekkäisen karkaisujuovan 4 välinen 35 etäisyys ei ole pienempi kuin 2 ’ k, voidaan varmistaa, 6 76120 että jännityskulut 5 ja 6 eivät koskaan voi summautua niin, että niiden maksimit 9 ja 10 sattuvat kohdakkain ja ne voisivat siten summautua haitallisella tavalla.

Kahden vierekkäisen karkaisujuovan 4 välisen reunaetäisyy-5 den tulee tästä syystä olla aina suurempi kuin 2 * k.

Täten taataan, että polttomoottorin käytössä ei sylinterin-porauksen seinämään 2 voi muodostua mikrohalkeamia eikä makrohalkeamia.

Claims (2)

1. Menetelmä kulutusta kestävien liukupintojen valmistamiseksi polttomoottorin sylintereihin, jotka liuku- 5 pinnat muodostetaan seostetusta, erityisesti vähäfosfori-sesta, valuraudasta valettuun sylinteriin tai sylinteri-hoikkiin seuraavilla toimenpiteillä: a) Sylinterinporauksen lastuava työstö karkaistavalta alueelta halkaisijämittään, joka on pienempi kuin 10 haluttu lopullinen halkaisija, b) absorptioaineen levitys sylinterinporauksen seinämälle (2), jolla aineella on sellainen ominaisuus, että se pystyy pienentämään laservalon heijastumisen muutamaan prosenttiin, 15 c) sylinterinporauksen seinämän (2) karkaisu kar kaistavalta alueelta lasersäteiden avulla siten, että toistensa suuntaisesti ja viistosti sylinterinakselin (3) suhteen kulkevat ja viimeksi mainittuun nähden terävän kulman (o^) muodostavat karkaisujuovat (4) muuttu- 20 vat valuraudan reunavyöhykkeellä martensiittirakenteek-si, d) sylinterinporauksen seinämän hiertäminen lopulliseen halkaisijämittään sylinterin liukupinnan aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että karkaisu- 25 juovat (4) muodostavat noin 10°-60° suuruisen kulman sylinterinakselin (3) kanssa ja kahden vierekkäisen juovan reunojen välinen etäisyys (x) on niin suuri, että niiden välissä ja etäisyydellä (k) karkaisujuovan reunasta sijaitsevat, koneen käytössä muodostuvat vetojän- 30 nitysten maksimit eivät satu kohdakkain ja täyttävät täten ehdon x on suurempi kuin 2 · k.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karkaisujuovat (4) muodostetaan toinen toisensa jälkeen toistensa suuntaisiksi 35 integraattoriperiaatteella toimivalla ja karkaisujuo- 8 76120 viin (4) suorakulmaisen karkaisuprofiilin synnyttävällä laserilla, karkaisuprofiilin leveyden ollessa vakiosuurui-sena pysyvä, säädettävä ja karkaisusyvyyden aina noin 1,3 mm:n ulottuva.