PL181683B1

PL181683B1 - Cylinder liner for piston engines and method of making same

Info

Publication number: PL181683B1
Application number: PL96322530A
Authority: PL
Inventors: Peter A Brandt
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2001-09-28
Also published as: JP2003201910A; KR19980702659A; KR100252525B1; WO1996030159A1; HRP960145B1; ES2151329B1; PL322530A1; GB2313074B; NO974485D0; CN1179741A; GB2313074A; DK34395A; JP4024122B2; NO317176B1; ES2151329A1; JPH11502470A; DK174089B1; CN1084657C; HRP960145A2; GB2313074A8

Abstract

A cylinder liner (1) for a piston engine, such as a large two-stroke crosshead engine, has a running surface for the piston rings on the inner surface (7) of the liner. The cylinder liner has an internal diameter in the interval from 25 cm to 100 cm and a length in the interval from 100 cm to 400 cm. The running surface is established first by cutting a wave pattern having a difference in levels (h) between the wave crests and troughs of at least 0.005 mm into the inner surface with at least one cutting tool having a curved cutting edge. Then the wave crests are removed, without using honing, by plastic compression of at least 0.004 mm of their height into said substantially plane areas (18), so that the bottom of the wave troughs (17) after the compression is at a level at least 0.001 mm lower than these areas. In longitudinal section the inner surface (7) of the finished liner (1) has a partially wave-shaped surface in which the wave troughs (17) are separated by substantially plane areas (18).

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania tulei cylindrowej do silnika tłokowego, takiego jak duży dwusuwowy silnik wodzikowy, który to sposób przewiduje utworzenie powierzchni ślizgowej dla pierścienia tłoka na wewnętrznej powierzchni tulei.The present invention relates to a method of manufacturing a cylinder liner for a piston engine, such as a large two-stroke crosshead engine, the method which provides a sliding surface for the piston ring on the inner surface of the liner.

Niemiecki opis patentowy nr 683262 opisuje tuleje cylindrowe utworzone przy użyciu sposobu tego typu, zgodnie z którym grzbiety fal we wzorze falistym są usuwane przez bonowanie wewnętrznej powierzchni tulei. Sposób ten wymaga przejścia od urządzenia skrawającego wycinającego wzór falisty w wewnętrznej powierzchni do nowego ustawienia w honownicy. Poza tym, samo bonowanie jest obróbką kosztowną i czasochłonną, w czasie którego głowica z kilkoma obracającymi się kamieniami gładzącymi jest przeprowadzana wzdłuż tulei jednocześnie obracając się, tak aby kamienie gładzące ścierały materiał grzbietów fal. Zwłaszcza w przypadku tulei większych cylindrów, wyposażenie do honowania tego typu jest kosztowne.German Patent No. 683262 describes cylinder liners formed by a method of this type in which the wave crests in a wavy pattern are removed by boning the inner surface of the liner. This method requires a transition from a cutting device cutting a wavy pattern in the inner surface to a new position in the honing machine. In addition, the boning itself is an expensive and time-consuming treatment in which the head with some rotating honing stones is guided along the sleeve while rotating so that the honing stones rub the wave crest material. Especially for larger cylinder liners, this type of honing equipment is expensive.

Szwajcarski opis patentowy nr 342409 opisuje tuleję cylindrowa, w którym powierzchnia ślizgowa dla pierścieni tłoka jest tworzona w wewnętrznej powierzchni tulei poprzez wycięcie falistego wzoru w tej powierzchni. Taka tuleja jest nazywana przejściem falistym, a jego wzór jest zazwyczaj śrubowy, przy tym narzędzie tnące jest prowadzone w kierunku wzdłużnym tulei z pewną szybkością, podczas gdy tuleja jest obracana. Korzyścią przedstawioną przez szwajcarskie zgłoszenie patentowe jest to, że rowki zbierają olej smarujący, tak aby powstały zagłębienia z olejem, które zapewniają smarowanie pomiędzy pierścieniami tłoka i wewnętrzną powierzchnią tulei.Swiss Patent No. 342409 describes a cylinder liner in which a sliding surface for the piston rings is formed in the inner surface of the liner by cutting a wavy pattern in the surface. Such a sleeve is called a waved transition, and its pattern is typically helical, with the cutting tool being guided in the longitudinal direction of the sleeve at a certain speed while the sleeve is rotated. An advantage presented by the Swiss patent application is that the grooves collect the lubricating oil so as to form oil recesses which provide lubrication between the piston rings and the inner surface of the sleeve.

Takie wycinanie w wewnętrznej powierzchni tulei wzoru falistego, które przebiega w kierunku podłużnym tulei, posiada tę zaletę, że unika się honowania wewnętrznej powierzchni, ponieważ wycinanie fal skrawa tuleję aż do uzyskania pożądanej wielkości wewnętrznej średnicy. Gdy tuleja rozpoczyna pracę, pierścienie tłoka będą ścierać grzbiety fal, tak aby powstały powierzchnie nośne pomiędzy dolinami fal, jednakże w tym samym czasie zużywają się pierścienie tłoka.Such a waveform cutting into the inner surface of the sleeve which extends in the longitudinal direction of the sleeve has the advantage that honing of the inner surface is avoided since the wave cutting cuts the sleeve until the desired inner diameter is obtained. As the sleeve starts to run, the piston rings will wear the crests of the waves so as to create bearing surfaces between the wave troughs, however, at the same time, the piston rings will wear.

Rozwój dużych dwusuwowych silników wodzikowych prowadzi do zwiększania mocy cylindrów, a stąd także do zwiększenia efektywnego średniego ciśnienia. Najnowsze silniki mogą posiadać cylindry o mocy do 5700 kW przy efektywnym średnim ciśnieniu równym 18.2 bar. Stawia to wysokie wymagania pierścieniom tłoka i tulejom cylindrowym, ponieważ spadek ciśnienia na pierścieniach tłoka, a stąd także siły ich styku z wewnętrzną powierzchnią tulei, stają się duże. Jest zatem możliwe napotkanie problemów związanych z docieraniem tłoków i tulei, jeżeli wewnętrzna powierzchnia tulei zostanie wycięta w prosty wzór falisty, jako że wystające, ostre grzbiety fal mogą prowadzić do ścierania pierścieni tłoka.The development of large two-stroke crosshead engines leads to an increase in cylinder power and hence to an increase in the effective mean pressure. The latest engines can have cylinders up to 5700 kW with an effective mean pressure of 18.2 bar. This places high demands on the piston rings and cylinder liners, as the pressure drop across the piston rings and hence the forces in contact with the liner inner surface become high. It is therefore possible to encounter lapping problems on pistons and bushings if the inner surface of the bushing is cut in a simple undulating pattern as the sharp protruding wave crests can wear the piston rings.

Duński opis patentowy nr 139111 opisuje tuleję cylindrową posiadającą w swej wewnętrznej powierzchni śrubowo wycięty rowek, w którym skok śruby jest tak duży, że doliny fali są oddzielone płaskowyżowymi powierzchniami o długości L, wynoszącej na przykład 4 mm w podłużnym kierunku cylindra. Przed wycięciem rowka, taka tuleja musi być wygładzona, co czyni wytwarzanie tulei kosztownym, ponieważ musi ono po pierwsze być skrawane do jego przybliżonych, końcowych, wewnętrznych rozmiarów w jednym urządzeniu, a następnie musi być ustawione w honownicy i poddane obrócę honowania, po czym ponownie musi być ustawione w pierwszym urządzeniu, w celu wycięcia rowka. Tuleje cylindrowe do dużych . cylindrów są ciężkimi elementami składowymi, których przemieszczanie i ustawianie w urządzeniu skrawającym jest czasochłonne.Danish Patent Specification No. 139111 describes a cylinder liner having a helically cut groove in its inner surface, in which the screw pitch is so large that the wave valleys are separated by plateau surfaces with a length L of e.g. 4 mm in the longitudinal direction of the cylinder. Before cutting a groove, such a bushing must be flattened, which makes the bushing expensive to manufacture since it must first be cut to its approximate final internal size in one machine, and then must be positioned in a honing machine and subjected to a turn honing and then re-honing. must be positioned on the first fixture in order to cut a groove. Cylinder liners for large sizes. cylinders are heavy components that take a long time to move and position in the cutting machine.

181 683181 683

Dokument JP-A- 5-65849 opisuje blok cylindra dla silnika tłokowego, w którym cylinder po jego wydrążeniu jest poddawany operacji bonowania, w wyniku czego powstają ślady ścierania lub rowki ułożone we wzór kraciasty. Takie ślady ścierania zawierają małe, ostre występy, które mogą powodować uszkodzenie pierścieni tłoka. W celu zapobiegnięcia temu, wewnętrzna strona cylindra jest dogniatana za pomocą kilku narzędzi walcowniczych. Taka operacja dogniatania wygładzająca małe występy na cylindrycznej powierzchni jest procesem dobrze znanym. Blok cylindra opisany w tym japońskim dokumencie także musi być przemieszczany pomiędzy kilkoma ustawieniami w różnych maszynach.JP-A- 5-65849 describes a cylinder block for a reciprocating engine in which the cylinder, after being hollowed out, is subjected to a boning operation, producing wear marks or grooves in a checkered pattern. These wear marks contain small, sharp projections that can damage the piston rings. In order to prevent this, the inner side of the cylinder is burnished with several rolling tools. Such a burnishing operation to smooth the small protrusions on the cylindrical surface is a well known process. The cylinder block described in this Japanese document also has to be moved between several positions on different machines.

Mając na uwadze powyższe względy, sposób wytwarzania tulei cylindrowej do silnika tłokowego, zwłaszcza do dwusuwowego silnika wodzikowego, w którym powierzchnia ślizgowa dla pierścieni tłoka na wewnętrznej powierzchni tulei jest wykonywana przez, po pierwsze, wycięcie wzoru falistego posiadającego różnicę poziomów pomiędzy grzbietami i dolinami fal wynoszącą przynajmniej 0.005 mm w wewnętrznej powierzchni, za pomocą przynajmniej jednego narzędzia tnącego posiadającego wygiętą krawędź tnącą, a następnie przez usunięcie grzbietów fal ze wzoru, przynajmniej w powierzchni ślizgowej najbliższej martwej pozycji odkorbowej, tak aby w przekroju podłużnym wewnętrzna powierzchnia ukończonej tulei posiadała częściowo powierzchnię falistą, w której doliny fal są rozdzielone przez powierzchnie nośne, będące powierzchniami płaskimi, według niniejszego wynalazku charakteryzuje się tym, że w tulei cylindrowej posiadającej wewnętrzną średnicę w zakresie od 25 do 100 cm, oraz długość w zakresie od 100 do 400 cm, usuwa się grzbiety fal, bezpośrednio po wykonaniu wzoru falistego plastycznie ściskając przez walcowanie do przynajmniej 0.004 mm ich wysokości, aż do wykształcenia powierzchni nośnych, przy czym spód dolin fal po ściśnięciu znajduje się na poziomie przynajmniej 0.001 mm poniżej tych powierzchni nośnych przy czym grzbiety fal są odkształcone przez walcowanie tak aby obszar powierzchni nośnej pomiędzy dolinami fal stanowił od 25 do 75% całkowitej powierzchni tulei w walcowanym obszarze.With the foregoing in mind, a method of producing a cylinder liner for a piston engine, in particular for a two-stroke crosshead engine, wherein the sliding surface for the piston rings on the liner inner surface is provided by, firstly, cutting a wavy pattern having a level difference between the crests and wave troughs of at least 0.005 mm in the inner surface, by means of at least one cutting tool having a curved cutting edge, and then by removing the wave crests from the pattern, at least in the sliding surface of the nearest dead center position, such that the inner surface of the finished sleeve has a partially wavy surface longitudinally, in which the valleys of the waves are separated by bearing surfaces which are planar surfaces according to the present invention characterized in that in a cylinder liner having an internal diameter ranging from 25 to 100 cm and a length ranging from 100 d by 400 cm, the wave crests are removed, immediately after the wave pattern is made, plastically compressed by rolling to at least 0.004 mm of their height until the bearing surfaces are formed, with the underside of the wave troughs after compression at least 0.001 mm below these bearing surfaces at wherein the crests of the waves are deformed by rolling so that the area of the bearing surface between the valleys of the waves constitutes from 25 to 75% of the total area of the sleeve in the rolled area.

Plastyczne ściśnięcie grzbietów fal przeprowadza się poprzez walcowanie wewnętrznej powierzchni za pomocą narzędzia walcowniczego, które przesuwa się do przodu za pomocą tego samego wytyczadła, które zostało użyte do narzędzia tnącego wykonującego wzór falisty. Alternatywnie walcowanie przeprowadza się za pomocą narzędzia walcowniczego posiadającego pojedyńczy wałek, którego promieniowa pozycja względem wewnętrznej powierzchni tulei jest regulowana i przesuwa się do przodu w kierunku podłużnym tulei podczas gdy tuleja obraca się.Plastic squeezing of the wave crests is accomplished by rolling the inner surface with a rolling tool that advances with the same stapler that was used for the cutting tool making the wavy pattern. Alternatively, rolling is performed with a rolling tool having a single shaft, the radial position of which with respect to the inner surface of the sleeve is adjustable and moves forward in the longitudinal direction of the sleeve as the sleeve rotates.

Pożądane jest, aby narzędzie walcownicze było powiązane ze wskaźnikiem bieżącego nacisku walcowania, przy ruchu narzędzia w podłużnym kierunku tulei, tak aby nacisk walcowania mógł być kontrolowany, oraz ewentualnie dokładnie ustawiony podczas walcowania wewnętrznej powierzchni chociaż wewnętrzna średnica tulei zmienia się na długości tulei.It is desirable that the rolling tool be associated with an indicator of the current rolling pressure as the tool moves in the longitudinal direction of the sleeve so that the rolling pressure can be controlled, and possibly accurately adjusted during rolling the inner surface although the inner diameter of the sleeve varies along the length of the sleeve.

Walcowanie wykonuje się jedynie w górnym odcinku tulei zawierającym powierzchnie, po której ślizga się górny pierścień tłoka, gdy tłok przesuwa się z jego martwej pozycji odkorbowanej oraz podczas częściowego suwu tłoka w dół w kierunku zwrotnego położenia dokorbowego.Rolling is only performed in the upper section of the sleeve containing the surfaces on which the upper piston ring slides when the piston moves from its dead center position and during the partial downward stroke of the piston towards the reverse crank position.

Grzbiety odkształca się przez walcowanie z zachowaniem obszaru powierzchni nośnych pomiędzy dolinami fal stanowiącym od 40 do 60% całkowitego obszaru tulei w walcowanym obszarze.The ridges are deformed by rolling with the area of the bearing surfaces between the wave troughs being 40 to 60% of the total area of the sleeve in the rolled area.

Grzbiety fal odkształca się przez walcowanie z zachowaniem powierzchni nośnej pomiędzy sąsiednimi dolinami fal posiadającej rozpiętość w kierunku podłużnym tulei która wewnątrz stanowi 1/4 wysokości pierścienia fioka o najmniejszej wysokości ± 1 mm.The wave crests are deformed by rolling while maintaining the bearing surface between adjacent wave valleys having an extension in the longitudinal direction of the sleeve which inside is 1/4 of the height of the flock ring with the smallest height ± 1 mm.

Grzbiety fal odkształca się tak, do przynajmniej 0.006 mm, a co najwyżej do 0.018 mm, korzystnie zaś najwyżej do 0.015 mm, wysokości grzbietów fal ściska się do uzyskania powierzchni nośnych, przy czym spód dolin fal znajduje się na poziomie przynajmniej 0.002 mm poniżej powierzchni nośnych.The wave crests are deformed so as to at least 0.006 mm and up to 0.018 mm at most, and preferably up to 0.015 mm at most, the heights of the wave crests are compressed into bearing surfaces, the underside of the wave troughs being at least 0.002 mm below the bearing surfaces. .

Zgodnie z korzystnym sposobem według niniejszego wynalazku, wzór falisty odkształca się, do momentu osiągnięcia średniej promieniowej różnicy poziomów pomiędzy przewidzianymi powierzchniami nośnymi i dolinami fal stanowiącej od 7 do 66% średniej różnicy poziomów pomiędzy grzbietami fal i dolinami fal we wzorze przed, ściśnięciem zaś korzystnie od 16 do 36% tej różnicy.According to a preferred method of the present invention, the undulating pattern deforms until the mean radial level difference between the provided bearing surfaces and the wave troughs is 7% to 66% of the mean level difference between the wave crests and the wave troughs in the pattern before, and preferably from squeezing. 16 to 36% of this difference.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykorzystania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowo widok z boku, a częściowo przekrój podłużny tulei cylindrowej, fig. 2 - perspektywiczny widok tulei cylindrowej ustawionej w pokazanym częściowo urządzeniu skrawającym, fig. 3 - perspektywiczny widok narzędzia walcowniczego, fig. 4 widok z boku innego narzędzia walcowniczego, fig. 5 - widok o dużym powiększeniu przekroju podłużnego przez wewnętrzną powierzchnię tulei cylindrowej wyprofilowaną przez walcowanie zgodnie z niniejszym wynalazkiem, fig. 6 - zdjęcie przedstawiające pięciokrotnie powiększoną wewnętrzną powierzchnie faliście wyciętej i częściowo wygładzonej tulei cylindrowej, fig. 7 - podobne zdjęcie tulei cylindrowej, które zostało faliście wycięte i wyprofilowane przez walcowanie, fig. 8 - kopię wykresu przedstawiającego pomiar stopnia chropowatości wykonany na wewnętrznej powierzchni tulei pokazanego na fig. 6, fig. 9 - kopię wykresu przedstawiającego pomiar stopnia chropowatości wykonany na wewnętrznej powierzchni tulei pokazanego na fig. 7.The subject of the invention is shown in the use examples in the drawing, in which fig. 1 shows a partially side view and partially a longitudinal section of a cylinder liner, fig. 2 - a perspective view of a cylinder liner positioned in a partially shown cutting device, fig. 3 - a perspective view of the tool 4, a side view of another rolling tool, Fig. 5 - a highly enlarged longitudinal section view of the inner surface of a cylinder liner profiled by rolling in accordance with the present invention, Fig. 6 - a photo showing a five times enlarged inner surface of a corrugated cut and partially smoothed Fig. 7 - a similar photo of a cylinder liner which has been corrugated and rolled, Fig. 8 - a copy of the graph showing the roughness degree measurement taken on the inner surface of the sleeve shown in Fig. 6, Fig. 9 - a copy of the graph showing the measurement NS a roughness melt made on the inner surface of the sleeve shown in Fig. 7.

Figura 1 przedstawia tuleję cylindrową 1 dla dużego dwusuwowego silnika wodzikowego. Zależnie od wielkości silnika tuleja cylindrowa 1 może być wytwarzana w różnych rozmiarach z wewnętrznymi średnicami zawartymi zazwyczaj w zakresie od 25 do 100 cm, oraz odpowiadającymi im długościami w zakresie od 100 do 400 cm. Tuleja 1 jest zazwyczaj wytwarzana z żeliwa, oraz może być odlewana w jednej części lub może być podzielona na dwie części połączone ze sobą końcami. Na fig. 1, połówka tulei 1 pokazana na prawo od wzdłużnej osi 2 jest pokazana w przekroju podłużnym. W dobrze znany sposób, tuleja 1 może być zamontowana w silniku, nie pokazanym, przez umieszczanie pierścieniowej skierowanej w dół powierzchni 3 na wierzchniej płycie obudowy silnika lub bloku cylindra, po czym tłok 4 z pierścieniami tłoka 5 jest montowany w cylindrze, a pokrywa cylindra jest ustawiana na wierzchu tulei 1 na jego pierścieniowej, skierowanej w górę powierzchni 6 i jest mocowana do płyty wierzchniej.Figure 1 shows a cylinder liner 1 for a large two-stroke crosshead engine. Depending on the size of the engine, the cylinder liner 1 can be manufactured in various sizes with internal diameters typically ranging from 25 to 100 cm, and corresponding lengths ranging from 100 to 400 cm. The sleeve 1 is usually manufactured from cast iron, and may be cast in one piece or may be divided into two pieces connected end-to-end. In Fig. 1, the half of the sleeve 1 shown to the right of the longitudinal axis 2 is shown in longitudinal section. In a well-known manner, a sleeve 1 can be mounted on an engine, not shown, by placing an annular surface 3 facing downwards on the top plate of the engine housing or cylinder block, after which the piston 4 with the piston rings 5 is mounted in the cylinder and the cylinder cover is positioned on top of sleeve 1 on its annular upward-facing surface 6 and is attached to the cover plate.

Pierścienie tłoka 5 ślizgają się wzdłuż wewnętrznej powierzchni tłoka 7, przy czym ważne jest, że ta wewnętrzna powierzchnia jest tak skonstruowana, by zapewniała dobre smarowanie pomiędzy pierścieniami i wewnętrzną powierzchnią, tak by uniknąć zacierania się lub zakleszczania pomiędzy zewnętrznymi bokami pierścieni i wewnętrznymi powierzchniami tulei. Podczas docierania się tłoka i tulei w nowym silniku budowa powierzchni ma szczególne znaczenie. Jak wspomniano powyżej, pożądane jest zatem wytwarzanie tulei cylindrowej 1 z falistym wzorem w jej wewnętrznej powierzchni, w którym grzbiety fal zostały usunięte. Możliwe jest wytworzenie tulei 1 z danym wzorem wzdłuż całej wewnętrznej powierzchni. Wzór ten może być także skrawany jedynie w górnym odcinku tulei 1, tak aby po tym odcinku przesuwały się pierścienie tłoka 5 w pierwszych 40% suwu tłoka w dół. Odcinek ten może również posiadać inne odpowiednie rozmiary, takie jak 20, 25, 30 lub 35%, albo wartości pośrednie.The piston rings 5 slide along the inner surface of the piston 7, it is important that this inner surface is designed to provide good lubrication between the rings and the inner surface to avoid galling or jamming between the outer sides of the rings and the inner surfaces of the sleeve. The surface structure is of particular importance during the running-in of the piston and sleeve on a new engine. As mentioned above, it is therefore desirable to manufacture a cylinder liner 1 with a wave pattern in its inner surface in which the wave crests have been removed. It is possible to manufacture the sleeve 1 with a given pattern along the entire inner surface. The pattern can also be cut only in the upper section of the sleeve 1, so that the piston rings 5 slide along this section in the first 40% of the downward stroke of the piston. This segment may also have other suitable dimensions, such as 20, 25, 30 or 35%, or intermediate values.

Przed utworzeniem otworów dla powietrza przedmuchującego 8 w dolnym odcinku tulei 1, wykańczana jest wewnętrzna powierzchnia 7 tulei 1. Ma to miejsce w bardzo dużej wytaczarce będącej rodzajem tokarki o dużych rozmiarach, pokazanej tylko częściowo na fig. 2. W poniższym opisie urządzenie to jest określane jako tokarka. Za pomocą dźwigu, tuleja 1 z poziomą osią podłużną jest podnoszona i centrowana względem obrotowej osi tokarki, po czym jeden koniec tulei 1 jest mocowany do wrzeciona napędowego tokarki za pomocą czterech uchwytów 9, podczas gdy drugi koniec tulei jest podpierany w środkowej pozycji przez uchwyt 10 posiadający kilka wałków wsporczych 11, które biegną po zewnętrznej powierzchni tulei 1. Uchwyt 10 może być przemieszczany na łożu tokarki 12.Before creating the holes for the purge air 8 in the lower section of the sleeve 1, the inner surface 7 of the sleeve 1 is finished. This is the case in a very large boring machine of a kind of large-size lathe, only partially shown in Fig. 2. In the following description, this device is referred to as as a lathe. By means of a crane, the sleeve 1 with a horizontal longitudinal axis is lifted and centered with respect to the rotary axis of the lathe, after which one end of the sleeve 1 is attached to the drive spindle of the lathe by four chucks 9, while the other end of the sleeve is supported in the middle position by the chuck 10 having several support shafts 11 which run over the outer surface of the sleeve 1. The holder 10 is movable on the bed of the lathe 12.

Przy końcu przeciwległym do wrzeciona, tokarka posiada suport wzdłużny, nie pokazany, który podpiera bardzo ciężkie i sztywne wytaczadło 13, które jest przesuwane przez przemieszczanie suportu wzdłużnego na łożu tokarki do i z tuleją cylindrową 1, współosiowo z jej osią podłużną. Przy końcu bliższym wrzeciona, wytaczadło posiada uchwyt narzędziowy 14 w postaci suportu poprzecznego zdolnego do ustawiania narzędzi 15 w kierunku promieniowym tulei 1.At the end opposite the spindle, the lathe has a longitudinal carriage, not shown, which supports a very heavy and rigid boring bar 13 that is moved by moving the longitudinal carriage on the lathe bed to and with the cylinder liner 1, coaxial with its longitudinal axis. At the proximal end of the spindle, the boring bar has a tool holder 14 in the form of a cross slide capable of positioning tools 15 in the radial direction of the sleeve 1.

Gdy tuleja 1 zostanie ustawiona w tokarce, wrzeciono razem z tuleją 1 zaczyna obracać się, a wewnętrzna powierzchnia 7 zostaje z grubsza obrócona z dokładnością do na przykład 5 mm względem średnicy. Niewielki obrót jest wykonywany przy pomocy nakładki posiadającej wygiętą krawędź tnącą, tak aby przy wycinaniu powstawał pożądany kształt dolin fal we wzorze falistym w wewnętrznej powierzchni tulei 1, utworzony przez ten niewielki obrót. Odległość S (fig. 5) pomiędzy dwoma sąsiednimi grzbietami fal jest regulowana, zgodnie z żądaniem, poprzez podawanie do przodu w kierunku wzdłużnym wytaczadła, która to odległość jest tej samej długości co szybkość posuwu. W tulei cylindrowej 1 o wewnętrznej średnicy wynoszącej 98 cm, odpowiednia może być szybkość posuwu rzędu 8 mm na obrót tulei cylindrowej 1, podczas gdy szybkość posuwu rzędu 4 mm może być dobrana dla tulei cylindrowej 1 o wewnętrznej średnicy 50 cm lub mniejszej. Skok może być tak dobrany, by odpowiadał połowie wysokości pierścienia, który to pierścień posiada najmniejszą wysokość wśród pierścieni tłoka.When the sleeve 1 is positioned in the lathe, the spindle together with the sleeve 1 starts to rotate and the inner surface 7 is roughly rotated with an accuracy of, for example, 5 mm with respect to the diameter. A slight rotation is performed by means of an attachment having a curved cutting edge, so that when cutting, the desired shape of wave valleys in a wavy pattern is formed in the inner surface of the sleeve 1, formed by this slight rotation. The distance S (Fig. 5) between two adjacent wave crests is adjusted as desired by feeding the bar forward in the longitudinal direction of the bar, the distance being the same length as the feed rate. In a cylinder liner 1 with an inside diameter of 98 cm, a feed rate of 8 mm per revolution of the cylinder liner 1 may be appropriate, while a feed rate of 4 mm may be selected for a cylinder liner 1 with an inside diameter of 50 cm or less. The stroke can be selected so that it corresponds to half the height of the ring, which ring has the smallest height among the piston rings.

Promieniowa różnica poziomów h (fig. 5) pomiędzy grzbietami i dolinami fal jest wyznaczona przez krzywiznę krawędzi nakładki, przy czym większa krzywizna zapewnia większą różnicę poziomów. Różnica poziomów może wynosić nawet 0.06 mm, a korzystnie wynosi od 0.01 do 0.02 mm.The radial level difference h (Fig. 5) between the crests and the troughs of the waves is defined by the curvature of the overlay edge, the greater the curvature providing a greater level difference. The level difference may be as much as 0.06 mm, and is preferably from 0.01 to 0.02 mm.

Po wycięciu wzoru falistego, wytaczadło jest wyprowadzane z tulei 1, a narzędzie walcownicze jest pozycjonowane promieniowo względem wewnętrznej powierzchni 7, po czym wewnętrzna powierzchnia jest walcowana tak, aby materiał grzbietów fal był odkształcany plastycznie, to znaczy naciskany promieniowo do zewnątrz tak, aby wykończona wewnętrzna powierzchnia uzyskała kształt pokazany na fig. 5 ze śrubowym rowkiem lub dolna fala 17. Przekrój podłużny wewnętrznej w powierzchni tulei 1, pokazany na fig. 5 jest zniekształcony dla większej przejrzystości rysunku, tak, że wymiary w kierunku promieniowym są powiększone wiele razy. W kierunku podłużnym, doliny fal są rozdzielone przez płaskie obszary 18, stanowiące razem 25-75%, a zazwyczaj 40-60%. długości tulei 1 z falistym wzorem.After the wave pattern has been cut, the boring bar is withdrawn from the sleeve 1 and the rolling tool is positioned radially with respect to the inner surface 7, after which the inner surface is rolled so that the material of the wave crests is plastically deformed, i.e. pressed radially outwards so as to be finished inside the surface has obtained the shape shown in Fig. 5 with a helical groove or a lower wave 17. The longitudinal section of the inner surface of the sleeve 1 shown in Fig. 5 is distorted for the sake of clarity of the drawing, so that the dimensions in the radial direction are enlarged many times. In the longitudinal direction, the wave valleys are separated by flat regions 18, totaling 25-75% and typically 40-60%. 1 sleeve length with a wavy pattern.

W prostym rozwiązaniu pokazanym na fig. 3, narzędzie walcownicze może zawierać wałek 19, który jest zamontowany obrotowo na rozwidlonej głowicy 20 na końcu ramienia poprzecznego 21 umocowanego we wgłębieniu w uchwycie narzędzia 22, który jest podparty przez wytaczadło 13. Uchwyt narzędzia lub samo narzędzie może posiadać pewną ograniczoną elastyczność w promieniowym kierunku tulei 1 tak, aby zmiany rzędu kilku dziesiątych milimetra średnicy tulei 1 były absorbowane przez elastyczne uginanie uchwytu. Ramie poprzeczne jest ustawiane w swoim podłużnym kierunku, to znaczy w kierunku promieniowym tulei 1.In the simple embodiment shown in Fig. 3, the rolling tool may include a shaft 19 that is rotatably mounted on a bifurcated head 20 at the end of a cross arm 21 secured in a recess in the tool holder 22 which is supported by a boring bar 13. The tool holder or the tool itself may be have some limited flexibility in the radial direction of the sleeve 1 such that variations of a few tenths of a millimeter in diameter of the sleeve 1 are absorbed by the flexible flexing of the handle. The transverse arm is positioned in its longitudinal direction, that is, in the radial direction of the sleeve 1.

Inny przykład rozwiązania narzędzia walcowniczego jest pokazany na fig. 4, gdzie walec 23 jest osadzony jednostronnie w głowicy 24, oraz przy jego końcu walec styka się z walcem wsporczym 25. Głowica jest zamontowana na skośnie rozciągającym się pierścieniowym elemencie podzielonym na dwie części, 26a i 26b, które są wzajemnie sprężyste, ale utrzymują ustawiony nacisk walcowania. Wskaźnik 27 pokazuje wielkość ustawionego nacisku walcowania. Zamiast wizualnego wskaźnika, narzędzie może być wyposażone w układ indukcyjny do pomiaru nacisku walcowania i generacji sygnałów elektrycznych, które mogą być stosowane do regulacji lub do zdalnego odczytu. Poprzez część pośrednią 28, cześć pierścieniowa jest zamontowana w uchwycie narzędzia 14 wytaczadła, tak aby nacisk walcowania mógł być regulowany przez promieniowe przemieszczenie tego uchwytu narzędzia. Narzędzie tego typu jest dostępne na rynku dzięki niemieckiej firmie W. Hegenscheidt GmbH, Celle, pod oznaczeniem typu EG 14.Another example of a rolling tool design is shown in Fig. 4, where the roll 23 is mounted on one side in the head 24, and at its end the roll contacts the support roll 25. The head is mounted on an oblique extending annular element divided into two parts, 26a and 26b, which are mutually resilient but maintain the set rolling pressure. An indicator 27 shows the amount of the set rolling pressure. Instead of a visual indicator, the tool can be equipped with an inductive system to measure the rolling pressure and generate electrical signals that can be used for adjustment or for remote reading. Via the intermediate piece 28, the ring piece is mounted in the tool holder 14 of the boring bar, so that the rolling pressure can be adjusted by radial displacement of the tool holder. This type of tool is commercially available from the German company W. Hegenscheidt GmbH, Celle, under the type designation EG 14.

181 683181 683

Wskaźnik nacisku walcowania może być wbudowany w suport poprzeczny wytaczadła, przy czym ten suport jest poddawany działaniu zasadniczo takiego samego promieniowego nacisku co narzędzie walcownicze. Tokarka może także posiadać wyświetlacz, na przykład cyfrowy, pokazujący przemieszczenie suportu poprzecznego w kierunkach, odpowiednio, promieniowym i osiowym. Taki wyświetlacz może być zerowany, gdy narzędzie walcownicze jest ustawione w taki sposób, że nie wywiera nacisku na wewnętrzną powierzchnię tulei, po czym przemieszczenie na zewnątrz suportu poprzecznego będzie świadczyło o nacisku walcowania.The rolling pressure indicator may be built into a cross slide of the boring bar, the slide being subjected to substantially the same radial pressure as the rolling tool. The lathe may also have a display, for example a digital display, showing the displacement of the cross slide in the radial and axial directions, respectively. Such a display may be reset when the rolling tool is positioned so that it is not applying pressure to the inner surface of the sleeve, and displacement out of the cross slide will indicate the rolling pressure.

Oś wzdłużna walca może tworzyć swobodny kąt a z wewnętrzną powierzchnią tulei 1, gdzie wierzchołek kąta jest skierowany do przodu w kierunku podawania oznaczonym strzałką A.The longitudinal axis of the cylinder may form a free angle? With the inner surface of the sleeve 1, where the apex of the angle is directed forward in the feed direction indicated by the arrow A.

Zostanie teraz przedstawiony opis przykładów wykonanych przy użyciu tulei cylindrowej 1 o wewnętrznej średnicy 35 cm.A description will now be made of examples made with a cylinder liner 1 having an inside diameter of 35 cm.

Przykład 1. Tuleja została wykonana ze zwykłego dla dużych silników materiału tulei, a mianowicie żeliwa, przy czym po zgrubnym obrocie, wewnętrzna powierzchnia tulei 1 została zmieniona na całej swej długości w śrubowy, falisty wzór, z odległością S = 4 mm pomiędzy grzbietami fal, oraz wysokością fali wynoszącą w przybliżeniu h = 0.015 mm. Narzędzie tnące wytaczadła zostało zastąpione przez narzędzie walcownicze pokazane na fig. 3. Nacisk walcowania został ustawiony przez, po pierwsze, ustawienie wałka bez nacisku względem wewnętrznej powierzchni tulei 1, po czym suport poprzeczny wytaczadła został ustawiony z przemieszczeniem na zewnątrz wynoszącym F = 0.03 mm zmierzonym na średnicy, to znaczy z promieniowym przemieszczeniem wynoszącym 0,015 mm. Należy zauważyć, że ustawienie suportu poprzecznego nie wymaga odpowiadającego mu przemieszczenia promieniowego narzędzia walcowniczego, gdyż zasadnicza cześć przemieszczenia jest stosowana do dociśnięcia suportu poprzecznego, uchwytu narzędzia, oraz narzędzia, to znaczy do ustanowienia nacisku walcowania. Stanowi to zasadniczą różnicę w porównaniu z ustawieniem narzędzi tnących zazwyczaj stosowanym w tokarce. Tuleja 1 była obracana z prędkością 90 obrotów na minutę, co prowadziło do względnej prędkością pomiędzy narzędziem walcowniczym i wewnętrzną powierzchnią tulei 1 równej V = 100 m/min., zaś wytaczadło było przemieszczane w tulei 1 z prędkością posuwu s = 0.5 mm na obrót.Example 1. The sleeve was made of the sleeve material customary for large engines, namely cast iron, and after a rough rotation, the inner surface of the sleeve 1 was changed over its entire length into a helical, undulating pattern, with a distance S = 4 mm between the crests of the waves, and a wave height of approximately h = 0.015 mm. The cutting tool of the boring bar was replaced by the rolling tool shown in Fig. 3. The rolling pressure was set by firstly positioning the shaft without pressure against the inner surface of sleeve 1, after which the cross slide of the boring bar was adjusted with an outward movement of F = 0.03 mm as measured in diameter, that is, with a radial displacement of 0.015 mm. It should be noted that the positioning of the cross slide does not require a corresponding radial movement of the rolling tool as a substantial portion of the movement is used to clamp the cross slide, tool holder, and tool, i.e. to establish the rolling pressure. This is a major difference to the cutting tool setup normally used in a lathe. The sleeve 1 was rotated at 90 revolutions per minute leading to a relative speed between the rolling tool and the inner surface of sleeve 1 of V = 100 m / min, and the boring bar was moved in the sleeve 1 at a feed rate s = 0.5 mm per revolution.

Oględziny pokazały, że pożądany jest większy nacisk walcowania, oraz że prędkość posuwu mogłaby być zasadniczo wyższa.Inspection showed that greater rolling pressure is desirable and that the feed rate could be substantially higher.

Przykład 2. Poza parametrami walcowania, wytwarzanie tulei cylindrowej 1 przebiegało w taki sam sposób jak w przykładzie 1. Walcowanie było przeprowadzane z parametrami V = 100 m/min., F = 0.10 mm na średnicy, oraz s = 4.0 mm na obrót.Example 2. In addition to the rolling parameters, the production of cylinder liner 1 proceeded in the same manner as in Example 1. Rolling was carried out with the parameters V = 100 m / min, F = 0.10 mm on the diameter, and s = 4.0 mm per revolution.

Oględziny i pomiar stopnia chropowatości pokazały, że prędkość posuwu była odpowiednia, oraz że o obszary między dolinami fal miały dobrze zdefiniowaną rozpiętość, oraz były zasadniczo płaskie.Inspection and measurement of the degree of roughness showed that the feed rate was adequate and that the regions between the wave troughs had a well-defined span and were substantially flat.

Przykład 3. Poza parametrami walcowania, wytarzanie tulei cylindrowej 1 przebiegało w taki sam sposób jak w przykładzie 1. Walcowanie było przeprowadzane z parametrami V = 100 m/min., F = 0.15 mm na średnicy, oraz s = 4.0 mm na obrót.Example 3. Apart from the rolling parameters, the production of cylinder liner 1 was the same as in Example 1. Rolling was carried out with the parameters V = 100 m / min, F = 0.15 mm on the diameter, and s = 4.0 mm per revolution.

Oględziny i pomiar stopnia chropowatości pokazały, że prędkość posuwu była wciąż odpowiednia, oraz że obszary między dolinami fal uzyskały większą rozpiętość, oraz stanowiły około 30% wewnętrznej powierzchni tulei 1.Inspection and measurement of the degree of roughness showed that the feed rate was still adequate, and that the areas between the wave troughs had a larger span, and constituted about 30% of the inner surface of the sleeve 1.

Przykład 4. Poza parametrami walcowania, wytwarzanie tulei cylindrowej 1 przebiegało w taki sam sposób jak w przykładzie 1. Walcowanie było przeprowadzone z parametrami V = 100 m/min., F = 0.20 mm na średnicy, oraz s = 4.0 mm na obrót.Example 4. In addition to the rolling parameters, the production of cylinder liner 1 proceeded in the same manner as in Example 1. Rolling was carried out with the parameters V = 100 m / min, F = 0.20 mm on the diameter, and s = 4.0 mm per revolution.

Oględziny i pomiar stopnia chropowatości pokazały, że prędkość posuwu była wciąż odpowiednia, oraz że obszary między dolinami fal uzyskały większa rozpiętość, oraz stanowiły około 40% wewnętrznej powierzchni tulei 1.Visual inspection and measurement of the roughness degree showed that the feed rate was still adequate, and that the areas between the wave troughs had a larger span and accounted for about 40% of the inner surface of the sleeve 1.

sNS

181 683181 683

Został wykonany test porównawczy, w którym tuleja cylindrowa 1 została wykonana w ten sam sposób co w przykładzie 1, ale w którym walcowanie zostało zastąpione przez częściowe bonowanie, które usuwało grzbiety fal.A comparative test was carried out in which the cylinder liner 1 was made in the same way as in Example 1, but in which rolling was replaced by partial boning which removed the crests of the waves.

Powierzchnie tulei 1 wytwarzanych w przykładzie 4, oraz przez częściowe gładzenie zostały sfotografowane w pięciokrotnym powiększeniu, patrz, fig. 6 i 7, zaś chropowatość powierzchni została zmierzona za pomocą urządzenia do pomiaru chropowatości typu Perthen, patrz fig. 8 i 9, przy czym wzmocnienie w kierunku promieniowym zostało ustawione na bardzo dużą wartość. Na zapisanych paskach, 10 mm w kierunku osi y oznacza odległość 0.025 mm, podczas gdy 10 mm w kierunku osi x oznacza odległość 1 mm.The surfaces of the sleeves 1 produced in Example 4 and by partial honing were photographed at five times magnification, see Figs. 6 and 7, and the surface roughness was measured with a Perthen type roughness measuring device, see Figs. 8 and 9, the reinforcement being in the radial direction has been set to a very large value. On the written strips, 10 mm in the y-axis direction means a distance of 0.025 mm, while 10 mm in the x-axis direction means a distance of 1 mm.

Figura 6 przedstawia wyraźne pierścieniowe ślady ścierania lub rowki pochodzące z gładzenia, natomiast test stopnia chropowatości na fig. 8 przedstawia duża liczbę małych punktów w przybliżeniu płaskich obszarach, gdzie grzbiety fal zostały usunięte.Figure 6 shows distinct annular wear marks or grooves from honing, while the roughness test in Figure 8 shows a large number of small dots in the approximately flat areas where the wave crests have been removed.

Walcowana powierzchnia pokazana na fig. 7 ma zdecydowanie lepszy wygląd, zaś test stopnia chropowatości z fig. 9 wskazuje na płaskie obszary pomiędzy dolinami fal z o wiele mniej ostrymi wystającymi punktami, przy czym jednak powierzchnia nadal posiada pewną liczbę zaokrąglonych różnic poziomów w płaskich obszarach, które uczestniczą w uzyskaniu dobrego przylegania oleju do powierzchni.The rolled surface shown in Fig. 7 has a much better appearance and the roughness test of Fig. 9 shows flat areas between wave valleys with much less sharp protruding points, but the surface still has a number of rounded level differences in flat areas which they are involved in obtaining good adherence of the oil to the surface.

W powyższych oznaczeniach wymiarowych dla wzoru falistego oraz wzoru walcowanego, należy zauważyć, że wspomniane wartości są wartościami średnimi. Jak pokazano na paskach testów stopnia chropowatości, powierzchnia posiada miejscowo duże obniżenia nie zawarte w wymiarach, gdyż są one zazwyczaj złożami grafitu w powierzchni lub podobnych zmian związanych ze stopem. Te obniżenia są także obecne w zasadniczo płaskich płaszczyznach, które mogą być także nazywane powierzchniami nośnymi.In the above dimensional designations for the corrugated pattern and the rolled pattern, it should be noted that the mentioned values are average values. As shown in the roughness test strips, the surface has locally large depressions not contained in the dimensions as these are typically deposits of graphite in the surface or similar alloy-related variations. These depressions are also present in substantially flat planes which may also be called bearing surfaces.

Claims

A method of producing a cylinder liner for a piston engine, in particular for a two-stroke crosshead engine, in which a sliding surface for the piston rings on the inner surface of the liner is provided by, firstly, cutting a wavy pattern having a level difference between the crests and wave troughs of at least 0.005 mm in inner surface, with at least one cutting tool having a curved cutting edge, and then by removing the wave crests from the pattern, at least in the sliding surface closest to the crank dead position, such that, in longitudinal section, the inner surface of the finished sleeve has a partially wavy surface in which the wave troughs are separated by bearing surfaces that are flat surfaces, characterized in that in a cylinder sleeve (1) having an internal diameter ranging from 25 to 100 cm and a length ranging from 100 to 400 cm, the wave crests are removed, immediately after the pattern is made in corrugated, plastically compressing by rolling to at least 0.004 mm of their height until the bearing surfaces (18) are formed, with the underside of the wave valleys (17) after compression being at least 0.001 mm below the bearing surfaces (18), with the wave crests are deformed by rolling so that the bearing surface area (18) between the wave valleys (17) constitutes 25 to 75% of the total area of the sleeve (1) in the rolled area.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that plastic compression is performed by rolling the inner surface with a rolling tool that is advanced with the same boring bar that was used for the wavy pattern cutting tool.

3. The method according to p. The method of claim 1 or 2, characterized in that plastic rolling compression is performed by a rolling tool having a single shaft (19; 23), the radial position of which relative to the inner surface of the sleeve is adjustable, and moves forward in the longitudinal direction of the sleeve while the sleeve (1) rotates.

4. The method according to p. The method of claim 3, characterized in that the rolling tools are associated with an indicator (27) of the current rolling pressure.

5. The method according to p. The method of claim 4, characterized in that the desired rolling pressure is applied to the rolling tool as the tool moves in the longitudinal direction of the sleeve (1), although the inner diameter of the sleeve (1) varies along the length of the sleeve (1).

6. The method according to p. 5. A method according to claim 5, characterized in that rolling is performed only in the upper section of the sleeve (1) containing the surface on which the upper piston ring slides when the piston (4) moves from its crank position and during the partial downward stroke of the piston. reverse position of the crankcase.

7. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the wave crests are deformed by rolling with the area of the bearing surfaces (18) between the wave valleys (17) being 40 to 60% of the total area of the sleeve (1) in the rolled area.

8. The method according to p. The method of claim 7, characterized in that the wave crests are deformed by rolling with a bearing surface (18) between adjacent wave valleys (17) having an extension in the longitudinal direction of the sleeve, which inside is 1/4 of the height of the piston ring with the smallest height ± 1 mm.

9. The method according to p. The waveform according to claim 8, characterized in that the wave crests are deformed to at least 0.006 mm, and at most 0.018 mm, and preferably up to 0.015 mm at most, the heights of the wave crests are compressed to obtain bearing surfaces (18), the underside of the wave troughs (17) is at least 0.002 mm below the bearing surfaces (18).

10. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the undulating pattern deforms until the mean radial difference in level between the provided bearing surfaces (18) and the wave troughs (17) is between 7 and 66% of the mean level difference (h) between the crests and troughs (17) in the formula before compression, and preferably from 16 to 36% of the difference.