Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Волгоградский  государственный технический университет» 

Кафедра технологии машиностроения 

Реферат по дисциплине: «Технология обработки неметаллических и композиционных материалов» на тему:

«Хонингование цилиндров ДВС  с покрытием» 
 
 
 
 

                                                                     Работу выполнил:

                                                                                                

                                                                                                

                                                                                                 Работу проверил:

                                                                                                  
 
 
 
 

Волгоград 2011

Содержание.

 

Содержание. 2

Введение. 3

Покрытия рабочих поверхностей алюминиевых блоков цилиндров. 4

Способы нанесения покрытий на цилиндры двигателя. 10

Хонингование цилиндров ДВС с покрытием. 13

Хонинговальные инструменты. 14

Параметры обработки при хонинговании. 17

Раскрытие кристаллов кремния. 19

Заключение. 22

Список использованных источников. 24

Введение.

    Распространение двигателей с алюминиевыми блоками  цилиндров с момента их внедрения  постоянно увеличивается. Потенциальные возможности, образующиеся от уменьшения веса в области двигателестроения для легковых автомобилей, еще далеко не исчерпаны. Особенно у дизельных двигателей имеются, из-за их более тяжелой и прочной по сравнению с бензиновыми двигателями конструкции, еще очень большие резервы уменьшения веса. Поэтому в ближайшем будущем замена серого чугуна алюминием в блоках цилиндров легковых автомобилей получит все более широкое и быстрое распространение. Разработки в области новых концепций рабочих поверхностей цилиндров находятся в условиях постоянного состязания между технически возможным, технически необходимым и экономически выгодным эффектом. С распространением по всему миру транспортных средств, оснащенных алюминиевыми блоками цилиндров, увеличивается также потребность в соответствующем приведении двигателей в исправное состояние.

    Одним из методов обработки, позволяющим восстанавливать рабочие поверхности алюминиевых блоков цилиндров, является хонингование, позволяющее существенно повысить точность и качество обработанной поверхности. Это, в конечном счете, ведет к повышению ресурса двигателя и повышению износостойкости цилиндропоршневой группы.

    В настоящей работе будут рассмотрены  следующие вопросы:

• обзор различных покрытий рабочих поверхностей алюминиевых блоков цилиндров;
• процесс хонингования алюминиевых блоков цилиндров;
• применяемый в процессе хонингования режущий и вспомогательный инструмент.

Покрытия  рабочих поверхностей алюминиевых блоков цилиндров.

    Рассмотрим  основные покрытия, наносимые на рабочие поверхности цилиндров в виде схемы.

    

      

 

 
 

 
 

Схема 1 – Рабочие поверхности алюминиевых  блоков цилиндров

Рабочие поверхности цилиндров  ALUSIL.

    Весь  блок цилиндров состоит из заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава. Для такого заэвтектического сплава характерно повышенное содержание кремния; у наиболее часто применяемого ALUSIL-сплава (AlSi₁₇Cu₄Mg) содержание кремния составляет 17%.

    Эвтектический алюминиево-кремниевый сплав содержит только 12-13% кремния. При такой доле кремния достигается степень насыщения алюминия. Более высокая доля кремния приводит к тому, что при застывании расплава образуются первичные кристаллы кремния. Это означает, что та часть кремния, которая из-за насыщения алюминия кремнием не может войти в соединение с алюминием, выкристаллизовывается и откладывается среди алюминиево-кремниевого сплава (эвтектики). Для облегчения выкристаллизовывания кремния в расплав добавляется небольшое количество фосфора. Кристаллы кремния растут вокруг гетерогенного алюминиево - фосфидного зародыша. Величина кристаллов кремния находится в пределах 20-70 мкм.  Данные первичные кристаллы кремния, соответствующим образом обработанные и раскрытые, без дополнительного армирования, образуют устойчивую к износу внутреннюю поверхность цилиндра для поршня и поршневых колец.

    На  рисунке 1 показана окончательно обработанная ALUSIL-рабочая поверхность цилиндра. Отчётливо видны раскрытые кристаллы кремния, выпукло лежащие в кристаллической решётке алюминия. Кристаллы кремния вырастают тем больше, чем дольше длится процесс застывания. Благодаря различной скорости охлаждения в блоке цилиндров в нижней части цилиндров образуются несколько большие кристаллы кремния, чем в верхней части, которая, в силу конструкционных особенностей быстрее охлаждается.

Рисунок 1 – Окончательно обработанное ALUSIL-покрытие

    Из-за гомогенного распределения первичного кремния во всей отливке получаются в целом худшие свойства обрабатываемости со снятием стружки и меньшая стойкость инструментов, чем у стандартных алюминиевых сплавов. Меньшая скорость резания увеличивает к тому же время обработки, что негативно влияет на производственный такт выпуска. Данная проблема при обработке может быть решена применением режущих инструментов, оснащённых алмазами. 

    Рабочие поверхности цилиндров LOKASIL.

    Стaндaртный сплав для литья под давлением (AlSi₉Cu₃) локально обогащается кремнием в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Это достигается благодаря высокопористым цилиндрическим фасонным частицам из кремния, которые вкладываются в литейную форму при методе литья прессованием (Squeeze Casting) и под высоким давлением заливаются в блок цилиндров. Находящийся под высоким давлением (900-1000 бaр) алюминиевый сплав во время процесса литья продавливается (инфильтрируется) сквозь поры кремниевых фасонных частиц. Необходимые для армирования рабочей поверхности цилиндра кристаллы кремния имеются, таким образом, только в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Благодаря такому местному обогащению кремнием получают свойства рабочих поверхностей, эквивалентные ALUSIL-покрытию. Благодаря меньшей доле кремния в алюминиевом сплаве получают блоки цилиндров, которые очень хорошо обрабатываются резанием до рабочих поверхностей цилиндров.

    Различают два типа LOKASIL-покрытий: LOKASIL-1 и LOKASIL-2. Оба покрытия перед заливкой в блок цилиндров вначале обжигаются в печи. При этом выгорает связка из органической смолы и активируется неорганическая связка, связывающая кристаллы кремния вплоть до заливки. Готовая комбинация материалов содержит после заливки в блок цилиндров покрытия LOKASIL-1 примерно 5–7% волокон и 15 % кремния. При заливке покрытия LOKASIL-2 – это 25 % кремния и 1% неорганической связки. Размеры частиц кремния покрытия LOKASIL-1 составляют от 30 до 70 мкм, покрытия LOKASIL-2 – от 30 до 120 мкм. На рисунке 2 показаны структуры покрытий LOKASIL-1и LOKASIL-2, увеличенные под микроскопом. Отчётливо видны волокна, находящиеся между кристаллами кремния.

      

     

    Рисунок 2 – Структуры покрытий LOKASIL-1 и LOKASIL-2

      
 
 

    Рабочие поверхности цилиндров, покрытые нитридом титана.

    Сравнительно новый метод, не применяемый ещё в серийном производстве,

представляет  собой покрытие рабочих поверхностей цилиндров нитридом титана (TiN) или  нитридом титана и алюминия (TiAlN). Для  достижения нужной износостойкости, хонингованные алюминиевые рабочие поверхности цилиндров покрываются с помощью PVD-мeтода (“Physical Vapour Deposition” - физическое отделение газообразной фазы). Толщина покрытия относительно невелика. Сравнительно высокие затраты и недостаточная надёжность процесса стоят, однако, на пути широкого применения данного метода. При применении PVD-мeтодa в вакууме испаряется существующий в твёрдой форме матeриал-донор. Это происходит либо путём ионной бомбардировки, либо в форме электрической дуги. Испарённые или выбитые металлические частицы движутся по баллистическим орбитам через вакуумную камеру или откладываются на покрываемых поверхностях. Длительность процесса определяется требуемой толщиной покрытия.  

Рабочие поверхности цилиндров, покрытые никелем.

    С целью достижения необходимой износостойкости  рабочие поверхности цилиндров  покрывались в течение некоторого времени дисперсионным слоем никеля и карбида кремния  (Ni-SiC), который наносился гальваническим способом на тонко обработанную рабочую поверхность цилиндра. Толщина никелевого слоя в среднем составляет от 10 до 50 мкм. В данный слой интегрированы твёрдые фазы из карбида кремния для улучшения износостойкости. Величина зерна интегрированного карбида кремния 1–3 мкм. В качестве основного материала блока цилиндров применяются алюминиевые сплавы, такие, как силумин (AlSi₉Cu₃). На рисунке 3 представлена рабочая поверхность цилиндра, покрытая никелем. Из-за неравномерной толщины никелевого слоя, возникающего при гальваническом покрытии, рабочие поверхности цилиндров после нанесения никелевого покрытия должны быть выглажены обычным хонингованием и структурированы. По сравнению с гильзой из серого чугуна никелевый слой сравнительно гладок и не имеет графитовых жил, в которых может отлагаться смазочное масло. Заключительная операция хонингования особенно важна для создания каналов распределения масла и оптимизации объёма масла, остающегося на рабочей поверхности цилиндра.

    Покрытие  никелем нашло применение, главным  образом, в серийном производстве одноцилиндровых двигателей. Проблемы проявлялись при частой эксплуатации двигателя на коротких участках, в связи с серосодержащим топливом. У двигателей, которые или вообще не достигали своей рабочей температуры, или достигали её редко, эксплуатация на коротких участках приводила к образованию конденсата, который, совместно с образующейся от сжигания серой, вёл к возникновению сернистой кислоты. Продукты сгорания вели к коррозии, в конечном счёте, к отказу от покрываемых никелем рабочих поверхностей цилиндров при серийном изготовлении двигателей для легковых автомобилей.

    

    Рисунок 3 – Рабочая поверхность цилиндра, покрытая никелем

Способы нанесения покрытий на цилиндры двигателя.

    В настоящее время нашли применение два основных способа нанесения  покрытий на цилиндры алюминиевых двигателей – это плазменное напыление покрытия на железной основе  и лазерное легирование. Рассмотрим подробно каждый из методов.

    Плазменное  напыление покрытия на железной основе.

    Данный метод применяется уже несколько лет. При плазменном покрытии в плазменной горелке возбуждается электрическая дуга. Подводимый газ (водород или аргон) ионизируется до состояния плазмы и покидает сопло горелки с высокой скоростью. Посредством газа материал покрытия (в составе 50% легированной стали и 50% молибдена) в виде порошка уносится в плазменном луче с температурой 15000–20000° C. Материал покрытия расплавляется и в жидком состоянии напыляется со скоростью от 80 до 100 м/с на покрываемую поверхность. В плазменный напыляемый слой из железа при необходимости могут быть дополнительно интегрированы керамические материалы. Процесс происходит при атмосферном давлении. На рисунке 5 схематично показан процесс нанесения покрытия. Полученная при плазменном напылении толщина слоя составляет 0,18–0,22 мм. Покрытие обрабатывается окончательно хонингованием. Остающаяся после хонингования толщина слоя составляет приблизительно 0,11–0,13 мм. На рисунке 4 изображена поверхность цилиндра с напыленным на ней плазменным покрытием, а также увеличенный фрагмент этой поверхности. На нем отчётливо видны углубления, образующиеся в пористом плазменном слое.