汽缸套内壁的松孔镀铬技术表面工程课程设计.docx
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1、1 零件图本次设计的气缸套材质为一般灰铸铁 ,承受砂型铸造,材料基体组织为珠光体。见图 1,图 2,图 3。图 1 气缸套实物图图 2 汽缸套剖面图图 3 汽缸套尺寸图2 服役条件分析外表技术课程设计在内燃机中, 气缸套是内燃机中的关键零件之一, 其对发动机动力性、经济性和排放性能有重大的影响; 同时气缸套是内燃机中工作环境最为恶劣的零件之一, 它承受高温、高压的冲击和汽缸套的往复摩擦从而极大地影响着内燃机的牢靠性。气缸套的磨损可以分为以下3 种状况:(1) 磨料磨损。由干吸入的空气中混有尘埃, 机油中有积炭、金属磨屑等外来坚硬杂质, 形成磨料,磨料粒子在气缸镜面造成了平行于气缸轴线的拉痕,
2、个别粗大的磨料也会留下粗大拉伤。(2) 腐蚀磨损。燃烧过程中产生很多酸性物质,假设气缸上的润滑膜缺乏, 就会对缸体腐蚀, 形成腐蚀磨损。(3) 熔着磨损。当气缸与活塞在润滑不良状况下滑动时, 两者有极微小局部金属面直接接触, 摩擦形成局部高热, 使之熔融劲着、脱落, 逐步扩大即产生熔着磨损。假设油膜得以准时恢复起到清洗和冷却作用, 则微小熔着局部脱落不会扩展, 假设油膜恢复缓慢熔着扩展导致很大范围内发生特别造成熔着磨损, 这是一种破坏性更大的磨损。3 性能要求无论何种内燃机, 对气缸套的根本要求都是一样的。即: 抗磨损性、保油性、低摩擦因数、抗燃气腐蚀以及足够的机械强度。缸套按材质可分为铸铁质
3、和钢质2 种。前者通常是由含磷和含硼铸铁制造, 其加工精度和本钱较高, 后者通常由无缝钢管或低碳钢板制造, 其毛坯成型、机械加工、镀铬等工艺技术的难度较大,本次课程设计选用铸铁。气缸套作为发动机的心脏部件 ,其性能的优劣对整台机车的大修周期起着举足轻重的作用。目前提高气缸套使用寿命的途径大致有两种:一是争论开发不同的耐磨材质;二是在原有的材质根底上进展不同的外表处理,提高材质的减磨性、耐磨性。开发材质是一个长期的过程,而承受外表处理工艺,提高气缸套的耐磨性是一种本钱低、见效快的好方法。4 工艺选择满足汽缸套的性能要求的外表加工技术有:氮化处理激光外表淬火技术等离子处理技术电镀铬技术(1) 氮化
4、处理2/11在汽缸套的内壁上进展金属化学热处理,渗入氮元素,可以显著提高汽缸套的内外表硬度,使其耐磨性能显著提高,延长使用寿命。(2) 激光外表淬火技术气缸套内外表经过激光硬化处理后, 可显著提高硬度和耐磨性能, 延长疲乏寿命, 从而大大提高产品质量和经济效益。我国在汽车缸套激光热处理方面已有较好的进展。基体硬度在HV400 左右的缸套, 激光处理后显微硬度一般在HV600 700 左右,耐磨性能大大增加, 如石家庄机务段0204 机车的0248 号柴油机上激光淬火气缸套比非激光淬火气缸套的磨损量降低在30% 100% 之间, 可见效果显著。利用激光设备的气缸套内壁硬化处理在国内应用较为广泛,
5、但激光淬火存在投资回收期过长, 修理费用和气缸套本钱高等缺点。(3) 等离子处理技术等离子技术主要分为三类:等离子淬火,等离子多元共渗,等离子喷涂等离子淬火等离子淬火不是淬硬整个内孔外表、而是通过程序掌握, 在气缸套外表形成连续的、不等间距螺旋线形的淬火轨迹硬化。这样不仅能够提高气缸套的耐磨性, 而且还能够抑制正常的润滑油膜不能起保护作用。由于承受了不等间距淬火, 在上止点磨损最严峻的部位承受较小的螺距, 有利于提高整个缸套的寿命。其缺点为: 经等离子外表硬化处理后的气缸套寿命提高幅度较小一般在60% 70% 左右, 这样就使它满足不了一些高度耐磨缸套的要求。等离子多元共渗气缸套用高能等离子束
6、在常压下快速扫描涂敷合金渗剂的气缸套内外表, 可实现多元共渗+ 自激冷淬火复合硬化, 依据文献记载, 获得的总硬化层深度大于150 m, 硬化层显微硬度可达HV 927。优点: 生产过程稳定, 本钱低, 效率高。缺点: 耐磨性提高幅度大约只有26%。等离子喷涂气缸套喷涂钼合金可能是等离子喷涂在汽车工业的最大应用。目前SULZER METCO 公司已研制了用于发动机气缸从清理、吹砂直至喷涂的一整套系统, 涂层质量优良。这一系统每天可喷涂十缸发动机缸套200 件。但由于喷钼后HV800 900 左右, 耐磨程度提高幅度不大。当前, 等离子喷涂金属陶瓷粉末而形成的陶瓷气缸套在国外已取得成功, 并且已
7、应用于生产, 其耐磨性能提高幅度能到达原来的1 1.5 倍。用等离子喷涂型金属陶瓷粉末后的气缸套耐磨度比原来提高120%以上。(4) 电镀铬技术铬在常用金属中硬度最高,不断改进镀铬工艺的添加剂,HV值已提高到900 以上,耐磨性较好;摩擦系数低,汽缸套磨损小;熔点高1890,耐熔着磨损性好;镀铬件售价比镀锡减低10%左右,外表附着力强适镀锡件的34倍,还具有良好的耐热性能、高抗硫性能和高抗碱性能。镀铬层外表的润油性很差,尤 其是承受高压、高速和高温等恶劣条件下工作的汽缸套,简洁造成干摩擦的状态, 因而汽缸套的使用寿命显著下降。电镀铬技术在汽缸套上的应用比较成熟和广泛。缸套镀铬常用的方法有三种:
8、 松孔镀铬, 硬质镀铬, 英国Cromard 专利镀铬。硬质镀铬缸套内孔外表涂以高尺寸精度的硬质铬层, 厚度为0. 05 0. 08 mm, 以机械法使镀铬层外表形成凹凸不平状( 微观) , 以改善初期磨合性和抗拉伤性, 再通过磨料对镀铬外表进展研磨, 使其形成独立的沟状储油槽。因镀层较松孔镀铬薄, 故其内部的剩余应力小, 这是一本钱较低, 耐用性较好的镀铬工艺。松孔镀铬( 也称多孔性镀铬)松孔镀铬是把已镀上的铬层在镀液中进展短时间的反镀, 使外表呈清楚的网纹。由于镀层比较坚硬, 网纹可贮存润滑油, 因而能保证摩擦副在工作过程中形成良好的油膜, 削减外表磨损, 延长使用寿命。 英国Cromar
9、d 专利镀铬技术该工艺的特点是: 点状储油构造不是靠反镀形成的, 而是在镀铬过程中直接形成的, 网纹不贯穿镀铬层, 是由不规章的平台和凹坑组成的, 厚度一般为0. 0190. 025 mm, 残留应力小, 与基体的结合强度高, 不易剥落, 贮油性能好。(5) 工艺选择考虑到经济因素,本钱问题,以及操作的实际稳定性,本次设计承受松孔镀铬技术对汽缸套的内壁进展外表处理。松孔铬亦称网纹铬。为了改善在摩擦状态下铬镀层的工作条件对已有的铬镀层进展松孔处理,使铬层原有的网状裂纹加深和加宽,这样的铬层具有吸油性, 从而增加铬镀层的耐磨性。镀硬铬与松孔镀铬的磨损状况,一般在低负荷下二者大致是一样的。但负荷超过
10、 200MPa 时,松孔铬层的磨损量要比硬格层的磨损量小得多。镀松孔铬处理有三种方法:(1) 机械法 在经过喷砂和磨光的基体外表上,用滚压工具使基体外表压成圆锥或角锥的小坑,镀铬后外表保存这些小坑。这种方法较简洁,易于掌握,但与润滑油的附着性能不够抱负。(2) 化学法 在镀铬的外表上,用盐酸处理,使镀铬层原有的裂纹和空隙加以扩大和加深。这种方法铬层损耗多,且溶解难于均匀。(3) 电化学法 汽缸套经镀耐磨铬后,进展阳极松孔处理,是耐磨层上原有的浅窄网状裂纹扩大和加深,镀层外表就产生贮存润滑油的功能,提高汽缸套的抗磨性能。此次设计即承受此法。5 工艺流程研磨汽油清洗冷水洗电化学除油热水洗冷水洗酸洗
11、除锈冷水洗中和冷水洗镀铬冷水洗热水洗枯燥除氢(热处理) 研磨冷水洗松孔冷水洗热水洗镀层检验6 各工序的具体分析与作用(1) 研磨用于消退汽缸套内壁加工缺陷划痕、擦伤、压痕等和铸造缺陷。研磨时间为:镀铬前 1525min,镀铬后为 2535min 可研好。机加工时应留意,圆角的大小肯定要保持均匀,没有任何可见的划痕,否则在镀铬时会消灭很多的铬瘤, 最终造成气孔而使汽缸套报废。(2) 汽油清洗汽油清洗可作为除油的预处理操作。利用汽油能溶解油脂的特点,除去黏附在汽缸套外表上的矿物油脂。除油的方法是把汽缸套放在盛有溶剂的槽内,用刷子蘸溶剂擦刷汽缸套外表。汽油除油的优点是速度快、操作便利、不腐蚀零件。其
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