一種超微造型的氣缸套及其制備方法

楊淑娟

摘要：一種超微造型的氣缸套及其制備方法，氣缸套內(nèi)孔從上至下分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，所述Ⅰ區(qū)起始于活塞運動的上止點，Ⅱ區(qū)為活塞運動的沖程中部，Ⅲ區(qū)起始于活塞運動的下止點至缸套底端，氣缸套內(nèi)壁有激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽，相鄰網(wǎng)紋呈錯位螺旋分布;經(jīng)過激光刻啄，缸套內(nèi)孔表面溝槽結(jié)構(gòu)均勻，槽深一致穩(wěn)定性高，缸套表面光滑，可有效避免拉缸，降低活塞環(huán)與缸套內(nèi)孔的摩擦磨損量，進而降低油耗，延長缸套使用壽命。

關(guān)鍵詞：超微造型;激光刻啄;網(wǎng)紋溝槽

0 ?引言

氣缸套是發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一，氣缸套內(nèi)表面結(jié)構(gòu)影響發(fā)動機的機油消耗和壽命。氣缸套內(nèi)表面的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)有網(wǎng)狀溝槽和頂部小平臺構(gòu)成，氣缸套網(wǎng)狀溝槽，便于貯存潤滑油，提高了氣缸套實際的承載面積，也有利于機油向上泵送至氣缸套上部的工作區(qū)域;頂部小平臺有利于形成高強度的油膜，將氣缸套表面多余的機油刮回至曲軸箱，使氣缸表面的滑動性能得到改善，增加缸孔的氣密性，同時也大幅度降低機油消耗。然而氣缸套的性能和使用壽命與氣缸套內(nèi)表面的網(wǎng)紋溝槽的寬度、深度、分布以及均勻性等參數(shù)密切相關(guān)。

目前氣缸套內(nèi)表面主要采用珩磨工藝和微造型工藝加工。珩磨工藝是機械加珩磨，采用粗珩、半精珩、精珩制造網(wǎng)紋，工藝復(fù)雜加工成本高，且均勻性差，且很難掌控網(wǎng)紋的疏密以及深度、夾角。表面微造型工藝是借用激光掃描精準(zhǔn)快捷地在摩擦副工件表面加工出紋路或凹坑，是近些年發(fā)展起來的先進制造技術(shù)，而合理的紋路參數(shù)對氣缸套在不同場合使用具有重要作用。

1 ?一種超微造型氣缸套技術(shù)方案

1.1 一種超微造型氣缸套的技術(shù)參數(shù)

一種超微造型的氣缸套，包括氣缸套本體，氣缸套內(nèi)孔從上至下分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)三個區(qū)域，所述Ⅰ區(qū)起始于活塞運動的上止點附近，Ⅱ區(qū)為活塞運動的沖程中部，Ⅲ區(qū)起始于活塞運動的下止點至缸套底端;氣缸套內(nèi)壁有激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽，且相鄰網(wǎng)紋呈錯位螺旋分布，所述激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為1.5-15mm，刻線深度H為0.004-0.03mm，刻線圓周方向距離D1為0.6-10mm，D1為近似直線距離，刻線軸向距離D2為1-16mm，其中Ⅰ區(qū)刻線軸向距離D2小于Ⅱ區(qū)刻線軸向距離D2。

1.2 一種超微造型氣缸套的優(yōu)選技術(shù)方案

作為優(yōu)選，一種超微造型的氣缸套，所述Ⅰ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為3mm，刻線深度H為0.006-0.01mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為2mm，刻線軸向距離D2為2mm;所述Ⅱ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為3mm，刻線深度H為0.006-0.01mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為2mm，刻線軸向距離D2為6mm，Ⅲ區(qū)不進行激光刻啄。

作為優(yōu)選，一種超微造型的氣缸套，所述Ⅰ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為2mm，刻線深度H為0.006-0.015mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為3mm，刻線軸向距離D2為3mm;所述Ⅱ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為4mm，刻線深度H為0.004-0.009mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為4mm，刻線軸向距離D2為8mm;Ⅲ區(qū)不進行激光刻啄。

作為優(yōu)選，一種超微造型的氣缸套，所述Ⅰ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為2mm，刻線深度H為0.006-0.015mm，刻線圓周方向距離D1為（D1為近似直線距離）3mm，刻線軸向距離D2為3mm;所述Ⅱ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為4mm，刻線深度H為0.004-0.009mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為4mm，刻線軸向距離D2為8mm;所述Ⅲ區(qū)激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為4mm，刻線深度H為0.004-0.009mm，刻線圓周方向距離D1（D1為近似直線距離）為4mm，刻線軸向距離D2為4mm。

2 ?一種超微造型氣缸套的制備方法

一種超微造型的氣缸套的制備方法，包括鑄造、機加工和激光刻啄工藝，其具體制備步驟如下：

①采用鋼管或金屬型濕涂料離心鑄造工藝制備氣缸套鑄件，隨后對氣缸套鑄件進行機加工，基礎(chǔ)珩磨至內(nèi)孔圓柱度為0.008mm;

②用高精度機床將步驟①所得氣缸套鑄件進行內(nèi)孔、外圓的切削加工，及后續(xù)內(nèi)孔珩磨加工，具體工藝流程依次為粗切、粗鏜內(nèi)孔、修車、精鏜內(nèi)孔、粗珩內(nèi)孔、半精車外圓、粗珩內(nèi)孔、精車外圓、精珩內(nèi)孔;

③用激光器對步驟②所得氣缸套內(nèi)表面進行激光刻啄加工。

本發(fā)明所用的激光器設(shè)備型號為YLD-1/120/50/50，激光刻琢前在計算機中輸入網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)，按照需求進行激光刻琢。

該超微造型結(jié)構(gòu)適用于鑄鐵缸套、鋼制材質(zhì)缸套、鋁合金缸套等合金材料的缸體內(nèi)表面加工。

3 ?一種超微造型氣缸套的有益效果

①氣缸套經(jīng)過激光刻啄完成，缸套內(nèi)孔表面溝槽結(jié)構(gòu)均勻，內(nèi)孔磨損少，槽深一致，穩(wěn)定性高，缸套表面光滑，該造型分布可有效避免拉缸，降低活塞環(huán)與缸套內(nèi)孔的摩擦磨損量，從而降低油耗，延長缸套使用壽命。

②通過對網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)設(shè)置，使氣缸套的摩擦系數(shù)和磨損量明顯低于普通氣缸套，使摩擦系數(shù)（如圖1）小于0.1，大大降低了氣缸套與活塞環(huán)之間的摩擦系數(shù)和磨損量（如圖2），延長了氣缸套的使用壽命，有效避免發(fā)動機拉缸等安全事故的發(fā)生。

③通過采用超微造型氣缸套的制備方法，能夠制備具有網(wǎng)紋凹槽分布均勻的珩磨氣缸套，且制造的氣缸套儲油功能好，摩擦系數(shù)低，磨損量低，有效提高了氣缸套的使用性能和使用壽命。

4 ?一種超微造型氣缸套具體實施方式

一種超微造型的氣缸套（如圖3所示），包括氣缸套本體，氣缸套內(nèi)孔從上至下分為Ⅰ區(qū)1、Ⅱ區(qū)2、Ⅲ區(qū)3三個區(qū)域。所述Ⅰ區(qū)1起始于活塞運動的上止點附近，距離氣缸套頂部8mm，Ⅰ區(qū)1整體尺寸長度為35mm;Ⅱ區(qū)2為活塞運動的沖程中部，Ⅲ區(qū)3起始于活塞運動的下止點至缸套底端附近，距離氣缸套底部10mm，Ⅲ區(qū)3整體尺寸長度為30mm。

激光刻啄的超微網(wǎng)紋采用錯位螺旋分布（如圖4所示），所述Ⅰ區(qū)1激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為2mm，刻線深度H為0.006-0.015mm，刻線圓周方向距離D1為3mm，刻線軸向距離D2為3mm;所述Ⅱ區(qū)2激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為4mm，刻線深度H為0.004-0.009mm，刻線圓周方向距離D1為4mm，刻線軸向距離D2為8mm;所述Ⅲ區(qū)3激光刻啄的超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)為：刻線寬度D為0.03-0.2mm，刻線長度L為4mm，刻線深度H為0.004-0.009mm，刻線圓周方向距離D1為4mm，刻線軸向距離D2為4mm。

所述氣缸套的內(nèi)孔基礎(chǔ)光潔度Rz為1-7μm，使其內(nèi)孔上止點、沖程中部及下部表面具備刻啄參數(shù)均勻的網(wǎng)紋溝槽。

一種超微造型的氣缸套的制備方法，所用的激光器設(shè)備型號為YLD-1/120/50/50，其具體制備步驟如下：

①采用鋼管或金屬型濕涂料離心鑄造工藝制備氣缸套鑄件，隨后對氣缸套鑄件進行機加工，基礎(chǔ)珩磨至內(nèi)孔圓柱度為0.008mm;

②用高精度機床將步驟①所得氣缸套鑄件進行內(nèi)孔、外圓的切削加工，及后續(xù)內(nèi)孔珩磨加工，具體工藝流程依次為粗切、粗鏜內(nèi)孔、修車、精鏜內(nèi)孔、粗珩內(nèi)孔、半精車外圓、粗珩內(nèi)孔、精車外圓、精珩內(nèi)孔;

③用激光器對步驟②所得氣缸套內(nèi)表面按照上述超微網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)進行激光刻啄加工;激光刻琢前在計算機中輸入網(wǎng)紋溝槽的參數(shù)，同時使第N+1層網(wǎng)紋恰好位于第N層相鄰的兩條網(wǎng)紋的間隙之間，采用錯位排列方式分布，保證儲油均勻，提高缸套與活塞環(huán)的耐磨性。

如圖3、圖4所示，網(wǎng)紋采用錯位螺旋分布，使第N+1層網(wǎng)紋恰好位于第N層相鄰的兩條網(wǎng)紋的間隙之間，即相鄰兩行的網(wǎng)紋沿軸向方向呈錯位狀態(tài)，使每條網(wǎng)紋保持相對獨立，儲油均勻，缸套與活塞環(huán)的耐磨性得到提高。

5 ?結(jié)語

綜上所述，本文提供一種超微造型氣缸套及其制備方法，能夠改善氣缸套內(nèi)孔壁的潤滑性能，使內(nèi)孔壁儲油均勻，不僅降低油耗、避免拉缸，而且有效提高氣缸套與活塞之間的耐磨性能，進而提高了氣缸套的使用壽命和發(fā)動機工作的穩(wěn)定可靠性。

參考文獻：

[1]李殿中，康秀紅，夏立軍，等.可視化鑄造技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].鑄造，2005（2）.

[2]李殿中，張玉妥，劉實，等.材料制備工藝的計算機模擬[J]. 金屬學(xué)報，2001（5）.

[3]陳立亮，劉瑞祥，周建新，等.鑄造數(shù)值模擬技術(shù)新進展及鑄造CAE應(yīng)用[J].鑄造縱橫，2005（4）.