Способ обработки гильзы цилиндра с шаржированием ее поверхности абразивными частицами

1 12847Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении гильз цилиндров двигателей внутреннеого сгорания и компрессоров. 5Цель изобретения - повышение изно" состойкости гильз за счет более полного закрепления абразивных частиц и повышения антифрикционных свойств рабочей поверхности при введении допол-нительных приемов обработки, обеспе" чивающих лучшее закрепление частиц абразива в виде карбида кремния и карбида бора и образование при эксплуатации на поверхности гильзы пленки борного ангидрида, обладающего смазочными свойствами.Предлагаемый способ обработки гильзы включает два этапа.На первом этапе осуществляют обра 1 ботку вращающимся хоном с подпружиненными притирами, например твердо- сплавными, при подаче в зону обработки суспенэии, абразивная фракция ко 25 торой состоит из смеси карбида кремния и карбида бора в соотношении (5: 1) - (30; 1) . Притиры могут быть расположены по спирали.На втором этапе осуществляют полирование гильзы хоном с эластичными брусками, содержащими алмазные зерна, зернистость которых на 1 - 3 номера ниже зернистости абразивной фракции суспензии. Между первым и вторым этапами дополнительно осуществляют обра ботку гильзы коном только при возвратно-поступательном перемещении и без подачи абразивной суспензии. Вре.мя дополнительной обработки составляет 1/4 - 1/6 длительности первого этапа.1 92 2в рабочую зону абразивной суспензии,происходит захватывание притирами абразивных частиц. Абразивные частицы,двигаясь по спиральной траектории,под действием притиров внедряются вповерхность гильзы. При этом происходит насыщение поверхности абразивнымичастицами (60 - 70 площади ее поверхности),Длительность первого этапа шаржирования 60 - 120 с. В том случае, если продолжительность первого этапашаржирования составляет менее 60 с,не достигается необходимое насыщениеповерхности гильзы абразивными частицами, что приводит в процессе эксплуатации двигателя к снижению иэносо,стойкости гильзы. При продолжительности первого этапа шаржирования более120 с не достигается увеличения площади заполненной абразивными зернами,но при этом повьппается износ притиров,а также в результате длительного воздействия на поверхность гильзы абразивных частиц происходит раэупрочнение поверхности гильзы, После завершения первого этапа шаржирования поверхности гильзы на 60 - 70 заполнена абразивными частицами, но при этомпрочность их закрепления в материалеразлична. Имеется определенное количество абразивных частиц, которые незакреплены в материале на всю высотуи в процессе эксплуатации двигателя,когда на поверхность гильзы интенсивна воздействуют компрессионные кольца, они выпадают и, попадая в рабочуюзону цилиндра, вызывают дополнительный абразивный износ компрессионныхколец, что в свою очередь приводит кувеличению расхода топлива и маслана угар.Проведение процесса шаржирования по предлагаемому способу позволяет в совокупности с дополнительной операцией еще в процессе шаржирования удалять с поверхности гильзы все слабо закрепленные зерна, что в свою очередь исключает их выпадание в процессе эксплуатации двигателя, а следовательно, предотвращает дополнительный абразивный износ гильз цилиндров и сопряженных с ними компрессионных колец, а также улучшает антифрикционные свойства рабочей поверхности.На первом этапе шаржирования, когда осуществляется одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение эона с притирами с подачей В процессе осуществления шаржиро вания, когда производят только воз-вратно-поступательное движение хонабез подачи абразивной суспензии, происходит удаление иэ материала гильзыслабо закрепленных абразивных частиц.50 Продолжительность шаржирования сос.:тавляет 1/6 - 1/4 длительности первого этапа . В том случае, если длитель. ность менее 1/6, не достигается полноеудаление слабо закрепленных абразив 55 ных зерен, а при длительности более1/4 происходит расшатывание прочно закрепленных абразивных зерен и в процессе эксплуатации двигателя происходит их выпадание, и, как следствие, 3 12847 повышение абразивного износа гильзы цилиндра и сопряженных с ними компрессионных колец (табл.1), а кроме того, не достигается нужная микрогеометрия поверхности гильзы. 5Применение для шаржирования смеси карбида кремния и карбида бора обусловлено следующими факторами. При насыщении поверхности гильзы только 10 карбидами кремния достигается повышение износостойкости гильзы и снижение абразивного износа компрессионных колец, однако ввиду высокой абразивной способности карбида кремния и разви той поверхности зерен карбида кремния полностью не исключается абразивный износ компрессионных колец, и, кроме того, ввиду значительного заполнения поверхности гильзы абразивными зерна ми при работе двигателя увеличиваются потери мощности на трение. Применение карбида бора в смеси с карбидом кремния устраняет этот недостаток, так как частицы карбида бора, закрепленные на поверхности гильзы, в процессе эксплаутации двигателя окисляются до борного ангидрида по реакции В 1 С+402 ВО+СО, и образуется пленка борного ангидрида, которая создает сма ;зывающий эффект, так как борный ан 1 гидрид является эффективной твердой 1смазкой. Наличие в зоне трения твердой смазки снижает коэффициент трения компрессионных колец по гильзе, что приводит к повышению их износостойкости, а также к уменьшению потерь на трение (табл.2),Соотношение массы карбида кремния 40 и карбида бора в суспензии обусловлено следующими факторами. При содержании карбида бора менее чем 1 ч. на 30 ч. карбида кремния, не достигается эффект снижения абразивного износа 45 компрессионных колец, так как в процессе эксплуатации двигателя не образуется необходимое количество борного ангидрида, При содержании карбида бора более, чем 1 ц. на 5 ч. карбида 50 кремния, снижается износостойкость гильзы ввиду образования значительного количества. барного ангидрида, который в этом случае разупрочняет шаржированную поверхность (табл.З). Кроме того, 55 при этом резко увеличивается абразивный износ притиров, так как микротвер. дость карбгда бора вышее, чем карбида кремния,924Ввиду того, что абразивные зерна карбида кремния, внедренные в рабочую поверхность гильзы, имеют развитую поверхность с острыми кромками, необходимо хотя бы частично притупить эти острые кромки, Для этого после шаржирования производят полирование рабочей поверхности гильзы алмазными эластичными брусками. При этом зернистость алмазов в эластичных брусках должна быть на 1 - 3 номера ниже зернистости абразивного порошка, применяемого для шаржирования.Это обусловлено тем, что при применении алмазных брусков с зернистостью алмазов, равной или больше зернистости абразивного порошка, происходит снижение прочности закрепления абразивных частиц по причине снятия слоя металла с поверхности гильзы, а также происходит нарушение микрогеометрии поверхности гильзы. При зернистости алмазов ниже указанной производительность полирования резко снижается, а также не достигаются необходимые параметры микрольефа поверхности гильзы (табл.З и 4).В процессе возвратно-поступательного движения хона перед полированием целесообразно сбросить (удалить) абразивные зерна.П р и м е р. Гильзу цилиндра двигателя с предварительно нанесенным рельефом устанавливают на модернизированный хонинговальный станок. На хане закрепляют 12 шт. твердосплавных притиров.В процессе обработки хон осуществляет одновременно возвратно-поступательное движение. Скорость вращения 1 бО об/мин, скорость продольной подачи 40 дв. х/мин, усилие прижима притиров 8 - 12 кг/см. Одновременно с движением хона производят подачу в рабочую зону абразивной суспензии, состоящей из карбида кремния (82 55 ), карбида бора (3 - 10 ) зернистостью 80-60 мкм и минерального масла (15 - 35 ). Под действием притиров абразивные частицы внедряются в рабочую поверхность гильзы. Длительность этого этапа составляет 120 с. Затем останавливают вращательное движение хона, прекращают подачу абразивной суспензии и в течение 30 с производят только возвратно-поступательное движение.После этого на другом станке повторяют процесс обработки в описанном84792 6 ственно с 20 и 40 мкм до 21 и 28 мкм. При содержании карбида бора менее 3, 17 и более 177, снижение износа гильзы и компрессионного кольца не наблюдается. 5 Как видно из табл.3, применение для полирования апмазных эластичных брусков зернистостью 14/10 и 10/7 позволяет снизить износ компрессионного кольца до 25 мкм. При применении брус ков с зернистостью 28/20 и 40/28 снижение износа компрессионого кольца не достигается. Кроме того, применение эластичных 15 брусков зернистостью 28/20 и 40/28не позволяет получить необходимую микрогеометрию поверхности гильзы (табл.4).Таким образом, за счет более полного закрепления абразивных частий наповерхности гильзы на первом этапеобработки их сглаживания на второмэтапе обработки и образования приэксплуатации барного ангидрида достигается повышение износостойкости гильзы и снижаются потери на трение приработе поршневой группы. 30 Как видно из табл.1, при обработке согласно известному способу износ гильзы и верхнего компрессионного кольца составляет соответственно 45 и 98 мкм, а при обработке согласно пре,длагаемому способу износ снижается ро 28 и 40 .мкм. При этом оптимальное время длительности шаржирования только. при возвратно-пуступательном движении хона беэ подачи абразивной суспензии составляет 20 - 30 с.: 50 Как видно из табл.2, применение для шаржирования смеси карбида кремния и карбида бора при содержании карбида бора 17 " 3 1 мас.7. позволяет снизить износ гильзы и кольца соответ 5 12порядке, но с применением абразивногопорошка карбида кремния и карбида бора зернистостью 28 - 40 мкм, Режимобработки следующий: усилие прижимапритиров 6 - 8 кг/см, скорость вращения 160 об/мин, скорость продольнойподачи 30 дв,х/мин.Обработка в две стадии проводитсяс целью повьппения глубины и площадизалегания карбидов кремния и карбидабора. Абразивный порошок зернистостью80-60 мкм заполняет микронеровностирабочей поверхности гильзы цилиндра,а абразивный порошок зернистостью 2840 мкм сглаживает крупные и заполняетболее мелкие микронеровности, возникшие на предыдущей стадии. Чтобы неразупрочнить рабочую поверхность ги"льзы цилиндра с уже внедренными зернами абразива, усилие прижима притиров и скорость продольной подачи навторой стадии обработки ниже.После шаржирования производят поЛирование алмазными эластичными брусками с зернистостью алмазов АСИ 10/7,Режим обработки следующий: давлениебрусков 2 - 5 кг/см, скорость вращения 160. об/мин, скорость продольнойподачи 30 дв.х/мин, время обработки120 с,В табл.1 - 4 представлены данные по износу гильз после ускоренных 20- часовых испытаний в зависимости от способа шаржирования, состава суспензии и микрогеометрии гильз, а также зернистости алмазных эластичных брусков. Формула изобретения Способ обработки гильзы цилиндра с шаржированием ее поверхности абразивными частицами, согласно которому обработку осуществляют на первом этапе хоном с подпружиненными притирами при подаче в зону обработки абразивной суспензии, а на втором этапе - хоном с эластичными брусками, о т - . л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости гильзы за счет более полного закрепления абразивных частиц и повьппения антифрикционных свойств, между первым и вторым этапами дополнительно осуществляют обработку гильзы хоном, которому сообщают возвратно-поступательное перемещение в течение периода времени, составляющего 1/4 - 1/6 длительности первого этапа обработки, причем в качестве абразивной фракции суспензии берут карбид кремния и карбид бора в соотношении (5:1) - (30:1), а эластичные бруски берут с алмазными зернами, зернистость которых на 1 - 3 номера ниже зернистости абразивной фракции суспензии.1284792 Износ, мкм Верхнего Гильзы цилиндров компресси- онного кольца При осуществлении одновременно вовратнопоступательного и вра, щательного движений хона (режим: Ч,=160 об/мин, Яр = =40 дв.х/мин, Р= =10.кг/см) 28 40 15 30 40 45 98.43 87 При осуществлении сначала одновременноговозвратно-поступательного и вращательногодвижений хона с пода 44 Содержание Состав Износ, мкм Верхнего компрес- сионного 1 ильзы компо-. нентов,мас,Х цилиндров кольца 100 28 40 17 29 94 20 96,9 21 29 3,1 80 39 Карбид Карбид кремниябора 20 28 98 40 Карбид бора Способ обработки Т а б л и ц а 1 Компоненты составаабразива для шаржирования Карбид кремнияКарбид кремнияКарбид бораКарбид кремнияКарбид бораКарбид кремнияКарбид бора Карбид кремния 8Продолжение табл.,5 чей абразивной суспензии, а затем только возвратно-поступательного движения хона без подачи абразивной сус пензии длительностью начальный период120 с, последующий30 с,начальный период120 с, последующий20 с,20 начальный период 120 с, последующий 40 с,начальный период25 120 с, последующий О с Таблица 210 1284792 Т а б л и ц а 3 Т а б л и ц а 4 Износ, мкм Зернистость алмазныхэластичных брусков Е, мкм Гильзы ци- Верхнего линдров компрессионного ко 14/1 О льца 10/7 28/20 40/28 Редактор И.Дербак Заказ 7508/17 Тираж 712 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4,Зернистостьалмазныхэластичныхбрусков дляполированиягильзы 14/1010/728/2040/28 20 20 26 29 25 24 28 29 0,6-0,8 0,5-0,7 0,8-1,2 0,9-1,4 Составитель Н.ЕрмаковаТехред Л.Сердюкова Корректор М.Демчик