发动机缸体（精选十篇）
发动机缸体 篇1
缸体是内燃机整机的骨架和外壳, 其内外布置了几乎发动机所有主要零部件。曲轴箱内部安装有曲柄连杆机构;外部是驱动轮系, 如起动机、发电机、动力转向泵和空调压缩机;上部安装发动机气缸盖总成;下面连接油底壳和机油收集器。另外发动机悬置支架也布置在缸体上, 同时该部件又是燃烧室、冷却系统和润滑系统的重要组成部分。
缸体的功用决定了其形状复杂、壁薄、呈箱形, 要求有一定的强度和足够的刚度, 以保证零部件的几何形状和零部件之间的配合关系。而且要做好机体冷却, 一方面减少机体各部位的热应力, 另一方面控制机体温度在一定值内, 此外机体的外廓尺寸要紧凑, 以便减轻质量。机体各部接缝处要严密, 防止漏水、漏气和漏润滑油。
概念设计
曲轴箱的设计首先要确定发动机的主要结构参数, 然后对零部件按系统或功能进行模块化设计。确定发动机匹配的整车及相关边界条件, 由于发动机的振动, 要求发动机各零部件与整车前舱的各部件之间必须保证一定间隙, 一般来讲最小间隙为:前后间隙25mm, 上下间隙25mm, 左右间隙19mm。
根据对benchmark发动机分析, 以及借助热力学分析性能软件确定发动机性能参数、质量及尺寸, 进行可行性分析, 确定缸体形式、气缸数、缸径、冲程、缸心距、连杆长度、活塞压缩高度和爆发压力等热力学相关参数, 根据这些参数确定缸体高度、缸心距、前端面、后端面、宽度、主盖螺栓和缸盖螺栓的位置等参数。进一步分析确定缸体的结构:平分、龙门;确定缸体的材料:铸铁、铸铝、镁铝合金等;确定工艺方式:高压、低压、重力铸造等以及使用缸套和轴座镶件等。
将上述已经确定的主要参数、结构方式、工艺方式以及边界条件在缸体SKL模型中体现出来, 为后续建模提供参考。
布置设计
完成发动机整体概念设计后, 进入发动机布置设计阶段, 细化设计的相关参数, 主要包括:
1) 发动机具体零部件结构及参数设计:前端面、后端面、进气侧、排气侧、油底壳、连杆以及曲轴等和缸体相关件的具体结构和尺寸。
2) 和缸体本身相关, 尤其是在缸体上布置的系统结构及参数设计:冷却系统水泵、水路;润滑系统机油泵、油路;正时导轨、涨紧器的油路;通风系统回油、通风、窜气等;附件系统用凸台或支架、起动机、变速器等以及悬置。
3) 考虑缸体的设计基准点和夹紧点的布置、加工工艺的实现性以及铸造模拟分析的可行性。
根据这些输入条件更新细化缸体的SKL骨架线。
详细设计阶段
发动机设计是一个反复修正过程, 布置阶段和详细设计阶段并没有明确的界限, 是一个不断修正和丰富的过程。这两阶段是将参数化变为模型化的主要阶段, 借助三维软件PROE或UG通过布置阶段的SKL骨架线的边界进行模型化。对于正向设计, 一般采用铸造或压铸模具化的思维进行设计, 此方法具有条理清晰、更新方便、提高工作效率等优点, 正在被企业和设计院所广泛接受, 缸体数模的主要模块包括前端模块 (包括水泵芯) 、后端模块、进气侧模块、排气侧模块、顶面模块 (包括水套芯、通风系统芯) 和底面模块 (包括曲轴箱芯) , 另外有的缸体主油道、缸间通风的集成在前后模块里。某款汽油机缸体的模块化设计如图1所示。
1.前端模块2.排气侧模块3.水套芯4.后端模块5.进气侧模块6.回油道和通风孔芯7.曲轴箱芯8.水泵芯
1. 顶面模块
(1) 水套
当曲轴箱形状确定之后, 开始确定水套的形状, 水套形状设计必须在同时考虑缸盖螺栓布置和缸体充分冷却的前提下进行。水套可分为开式水套和闭式水套, 汽油机高压铸造铝合金缸体都采用开式水套 (见图2) 。
水套高度的确定:理论上从第一道活塞环开始到缸体的火力面;由于发动机结构紧凑, 两缸之间通常加工斜水孔来代替常规意义的水套。另外, 一般在缸体前端布置水泵, 水流从水泵进入缸体, 然后流入缸盖。
(2) 回油和通风
曲轴箱上必须布置回油孔, 用来将缸盖上的润滑油回到油底壳中重复使用, 同时还需布置通风孔, 确保气门室罩盖和曲轴箱内部的气压平衡。
2. 底面模块
气缸体的基本参数已经确定, 由此来确定曲轴箱的形状。这个过程需要知道连杆运动轨迹的包罗线, 然后根据连杆的运动轨迹, 给出至少5mm以上的间隙确定曲轴箱的内壁形状, 如图3和图4所示。
3. 前、后端模块
一般正时驱动轮系布置在曲轴箱的前端, 而变速器布置在后端。在设计时, 前端面模块的形状应根据轮系的布置而定, 保证相关件的间隙, 还要重点考虑与前罩盖密封带的设计以及螺栓布置等关键性问题。后端面模块中缸体法兰面的结构强度、加强筋的布置以及形状是设计的关键, 此处同时还需考虑起动机的位置和输出轴 (半轴的位置) 。
4. 进、排气侧模块
进、排气侧模块主要考虑的是进、排气系统支撑凸台布置, 附件系统的空压机、助力泵、发电机和起动机安装凸台的布置, 另外再考虑凸台的强度以及整个发动机的结构强度其加强筋的布置, 也是设计能力的具体体现。
5. 主轴承盖
主轴承盖的作用是承受曲柄连杆机构的作用力, 因此主轴承盖必须具有很高的力学性能和结构强度, 材料一般选择铸铁, 而且需要进行有限元结构分析。铝合金曲轴箱一般采用框架结构, 并且将主轴承盖镶嵌在框架内部, 以增加其结构强度。
主轴承盖上的曲轴孔部位一般需经过粗加工来保证定位精度和浇注质量, 曲轴孔的直径一般要大于曲轴主轴径2～3mm, 以保证整个曲轴孔都为同一种材料, 避免一边为铸铁一边为铝合金而使加工不能顺利进行。
在进行上述设计以及在数据冻结前的复检过程中, 要遵循以下几个原则:
(1) 间隙要求
毛坯面对毛坯面间隙≥5.0mm, 毛坯面对加工面间隙≥3.0mm, 加工面对加工面间隙≥1.5mm, 皮带对其他件≥1.5mm, 缸套对连杆小头≥1.5mm。
(2) 一般壁厚
铸铁3.5～4.0mm, 重力铸造铝合金4.0～4.5mm, 压铸铝合金4.0mm。
(3) 法兰面厚度
铸铁7.0～10.0mm, 铸铝10.0～12.0mm。
(4) 工艺凸台 (支撑和夹紧用)
铸铁12.0～15.0mm, 铸铝15.0～17.0mm。
(5) 密封带宽度
涂胶密封8.0mm, 缸垫片密封6.0～8.0mm, 纸垫片密封8.0mm, 钢片密封5.0～8.0mm。
(6) 拔模角
砂铸造, 一般拔模角≤3°;水套拔模角≤1°;压铸, 一般拔模角≤1.5°;水套拔模角≤1°。
(7) 一般螺纹联接
铝合金螺纹旋合长度2～3倍的螺栓直径, 灰铁的螺纹旋和长度1.5～2倍的螺栓直径。
近年来, CAE (计算机辅助工程) 的发展也越来越成为发动机开发的有益补充, 在此阶段开发缸体一般要包括水套CFD (计算机流体动力学) 分析和缸体温度场分析和缸体结构分析三个部分, 通过水套CFD分析, 得到水套中冷却液体的流苏、压力损失、对流传热系数等。然后将部分CFD分析结果作为输入条件施加到结构分析的有限元模型中, 计算缸体温度场分布。最后在基于温度场的分析结果进行结构分析, 主要包括装配载荷、热载荷、工作载荷等工况, 通过这一系列工况分析, 对冷却水套冷却效果、缸孔曲轴孔的变形等进行评估。
试验验证
为了减少开发成本和加快开发进度, 发动机的试验验证主要是根据发动机开发过程中处于不同阶段进行的相关试验。侧重点不同, 对缸体而言分两个阶段:发动机台架试验, 在快速成形样件阶段主要注重功能性方面的试验, 比如冷却系统、润滑系统、曲轴箱通风系统和静态缸孔变形量试验;工装样件阶段主要考查的是可靠性和耐久性方面, 主要包括疲劳试验、额定功率、负荷交变试验、冷热冲击试验和共振试验等。整车试验主要包括三高试验、高环试验和路试试验。在试验过程中, 参照国家规定的试验标准进行试验, 如果某项试验不合格, 通过分析研究, 查出是缸体的问题, 对设计做出相应的修改。这是个持续反复的过程。
缸体模具定型
在缸体通过相关试验验证后, 以及前期生产部门关于缸体加工线和发动机装配线的相关输入确定后, 可以下发开模指令进行批量生产准备, 进而进行工程样件OTS (工装样件认可) 认可、生产件批准程序 (PPAP) 、小批量试装、SOP (标准操作程序) 批量上市等流程。
结语
曲轴箱的设计属于一个系统工程, 牵涉到许多方面, 因此在曲轴箱的设计过程当中需要全面考虑各种因素, 综合应用相关知识方可进行。
发动机缸体 篇2
一、项目由来：
在奇瑞汽车有限公司473系列发动机缸体、缸盖加工生产线项目国际招标中，沈阳机床集团沈阳布卡特委博机床有限公司击败来自德国、日本的众多知名的机床厂商竞争对手，一举中标，标的额超过5仟万元人民币。
二、项目内容：
1、473系列发动机缸体加工生产线：
① 加工工件：1.3L汽油机缸体（铸铁材料）、1.3L汽油机缸体（铝合金材料）； ② 加工内容：两种缸体柔性全序粗精加工；
③ 生产线要求：除半自动上下工件外（采用半自动机械手），其它全部自动，加工节拍8.1分钟/件，清洗机等辅机用户自选，工程能力指数要求≥1.67； ④ 生产线组成：6台BW60HS/1高速卧式加工中心，12套液压自动控制夹具，所需全部加工刀具（选用MARPAL、KENNA、OSG刀具），工件机动输送辊道及半自动工件上下料机械手。
2、473系列发动机缸盖加工生产线：
① 加工工件：1.3L汽油机缸盖、1.3L柴油机缸盖、2.4/3.0L V6汽油机缸盖； ② 加工内容：4种缸盖柔性全序粗精加工；
③ 生产线要求：除半自动上下工件外（采用半自动机械手），其它全部自动，加工节拍5.4分钟/件，清洗机、压装机等辅机用户自选，工程能力指数要求≥
1.67；
④ 生产线组成：7台BW60HS高速卧式加工中心，14套液压自动控制夹具，所需全部加工刀具（选用MARPAL、KENNA、OSG刀具），工件机动输送辊道及半自动工件上下料机械手。
三、关键技术：
① 高精度、高速度、高效率卧式加工中心研发与应用：
高刚性设计技术：龙门框架式结构
高精度：X、Y、Z轴定位精度0.006 mm(按德国VDI-DGQ3441标准)
X、Y、Z轴重复定位精度0.004 mm(按德国VDI-DGQ3441标准)高转速电主轴应用技术：20~16000 r/min；
坐标轴高速快移技术：60 m/min；加速度：10m/s2(1.0g)；
高速换刀技术：1 s(刀－刀)，3.5 s(切屑－切屑)；
双交换工作台：2－630x630 mm；工作台分度：0.001º；
递进式集中润滑技术；
高压力刀具内冷却技术及大流量刀具外冷却技术。
② 液压自动控制夹具设计制造技术：
工件自动定位夹紧技术；
夹具定位面自动冲洗技术；
工件定位气密检测技术；
工件防变形技术。
③ 高数加工刀具应用技术
发动机缸体缸盖加工线输送系统设计 篇3
关键词：发动提；缸体缸盖；输送系统
1.输送系统的构成以及滚道的种类
电气系统主要由四个部分组成，分别是电气柜、空中走线、滚道上走线以及人机界面，在对滚道的所有运动过程是由程序来进行相关的控制且指令互锁。为了让各个加工线对于工件姿态的不同要求能够得到满足，需要的滚道输送形式也是各有不同的，主要有以下几种：
1.1积放式直线机动滚道
积放滚道的特点是工件在滚道上停止的时候，跟工件接触的辊子也会同时停止转动，这样就能够防止工件被划伤。直线滚道上设有分隔料器，能够让工件的单独进入下一工序得到保证，光电开关被设置在分隔料器的前端，当工件脱离了这个开关之后分隔料器就会更换动作，满料开关被设置在滚道的末端，作用是对下段滚道的不再上料进行通知，工件放错装置被安装在每段连续的滚道上面，这样就能够避免将工件上反的情况出现。
1.2区域式直线机动滚道
区域式直线机动滚道的接近开关和挡料器被设置在滚道上，当工件的输送到位之后，开关就会发令，让减速机的运转停止，挡料器将挡料伸出，从而停止工件的输送，等进入到下一个工序的要料时，缩回挡料器，重新启动减速机，滚道的输送工件工作继续进行。
1.30到90度水平转台机动滚道
0到90度转台能够让工件进行水平90度的旋转，为了防止突然断电的时候工件卡在直滚道和转盘中间的情况，会有齐缝开关被设置在转台的两端。转台是按照以下的流程工作的：占位光电开关显示料空的时候会通知上段滚道上料，然后接近开关就会发令，挡料器就会让挡料伸出，转台输送减速机就会停止转动，然后就会启动旋转减速机，在旋转了90度之后，停止旋轉减速机的运作，启动输送减速机，将工件输送到下段滚道上。
2.缸体输送线方案说明
2.1平面布置图
2.2主要供货范围
3.结言
在整个生产的过程当中，生产和输送系统都是非常重要的一部分。因此必须要使用不同特点的输送方式来完成产品的输送。因此在进行设计的时候就更加要根据自身的不同需求来选择不同的输送系统，从而让生产的安全可靠得到保证，让企业的效益得到有效的提升。
参考文献：
[1]张明兴.缸体缸盖结合面平面度超差问题的解决[J].汽车工艺与材料. 2010（05）
发动机缸体裂纹及变形检修 篇4
一、缸体裂纹的检修
缸体与缸盖的裂纹是缸体、缸盖损坏的主要形式, 通常也是报废的主要原因。裂纹多发生在缸盖气门座附近以及缸体、缸盖水道等薄壁处。
1.缸体裂纹产生的原因
(1) 突加冷却水炸裂机体。
柴油机在冷却水缺失的情况下长时间运转, 机体温度很高, 在此情况下突加冷却水, 会使缸体位于缸套上部位置因骤冷而炸裂。
(2) 冬季因气温低而冻裂柴油机机体。
在寒冷季节里, 停机后未放出冷却水, 导致缸体和缸盖内的水结冰而胀裂。
2.缸体裂纹的检查
(1) 明显的裂纹可凭肉眼观察出。
(2) 对于细小裂纹, 可倒入少量煤油, 10 min后擦干表面, 撒上粉笔粉。如有裂纹, 渗入的煤油会润湿白粉, 显露出一条黑色痕迹。
(3) 用水压试验机 (自来水或气泵) 加压试验, 将水压试验机的出水口接至机体冷却水的进水口, 其他水道口一律封闭, 然后将水压至机体水腔内。试验压力一般为0.3～0.5 MPa, 保持3～5 min, 观察有无渗漏, 有水渗出的地方即有裂纹存在。
3.修理方法
机体裂纹的修理, 应根据裂纹的深度、大小、部位和具体条件而定。一般采用焊补法及胶补法修复。焊补法, 用直径为4 mm的钻头在裂纹两端钻孔, 以防止裂纹的延伸, 并沿裂纹开4×45°坡口, 用直径为4 mm的双金属焊条 (铜铁焊条) 电焊 (冷焊) , 也可用低碳钢焊条冷焊或在加热的情况下用铸铁焊条焊补。
二、缸体变形的检修
缸体的变形常表现为:缸体与缸盖结合平面发生翘曲变形, 缸体下平面翘曲, 缸体上、下平面螺纹孔周围产生凸起, 主轴承孔、凸轮轴孔同轴度偏差增大、气缸轴线与曲轴轴线垂直度偏差增大等。
1.产生原因
缸体上平面翘曲不平, 大多是由于未按规范拧紧缸盖螺母引起的。另外, 紧固缸盖螺母时用力不均匀, 发动机在过热的情况下骤然加冷水以及拆装缸盖螺母的顺序不当等都易引起缸体变形。缸垫由于长期受缸体与缸盖的冲击, 在缸垫的缸口部位, 金属密封圈容易发生龟裂和烧熔而漏气, 从而使缸体与缸盖之间承受着高温燃气的冲刷而发生热疲劳变形。缸体自然时效也是引起变形的原因之一。
2.缸体平面度的检验
拆出缸套、缸盖螺栓, 用1 m长的检验平尺贴紧平面移动, 观察缝隙亮光或用塞尺测量, 缸体上平面全长范围内平面度偏差的允许值不大于0.10 mm, 在100 mm长度范围内, 不得大于0.03 mm;缸体下平面全长范围内平面度误差不得大于0.10 mm。平面度超过允许值时, 应进行修理。
3.缸体平面翘曲变形的修理
(1) 缸体上平面翘曲变形, 平面度超过0.15 mm/m时, 应用平台着色拖研, 根据着色情况进行人工修刮, 要求每平方厘米面积上有2～3个着色点为合格。也可在磨床上磨平。
(2) 当平面的平面度大于0.25 mm/m时, 可采用刨削和铣削的方法重新加工平面, 但应注意保持机体上平面与曲轴轴心线的平行度, 一般要求平行度为0.05～0.10 mm/m, 否则将破坏气缸中心线与曲轴轴心线的垂直度。
(3) 需注意的是, 在修理中, 不能以缸盖平面代替平台在机体上平面, 涂气门研磨砂进行对磨修理, 因为用这种方法进行修理时, 常将缸盖平面磨成中间向里凹, 机体上平面则中间向外凸的情况。不但不能保证机体装配后的密封性, 更重要的是破坏了机体上平面的平面度, 失去了镗缸的基准, 一旦需要镗缸修理, 无法保证气缸中心线与曲轴轴心线的垂直度。
4.主轴承座孔、凸轮轴轴承座孔同轴度的检查与修理
(1) 同轴度的检验:
安装时观察轴套与轴孔配合的松旷程度;转动各轴, 可观察到轴套 (轴承) 走外圆;观察轴孔表面是否呈现斑花, 是否有环沟磨损。将镗瓦机镗杆作为检验杆 (其椭圆度、不柱度、不直度均不大于0.02 mm) 加上塞尺来进行检验。将检验杆穿入主轴承座孔内, 用塞尺检查主轴承座孔与检验杆之间的间隙, 由此测出主轴承座孔的不同轴度。
(2) 修理:
发动机缸体 篇5
关键词：CFD；发动机；缸体；冷却水套；优化方案
就当前来讲，发动机开发过程中需用到冷却水套的CFD分析这一计算途径，运用这一计算技术哟助于确保发动机设备在热负荷比较高的排气管道周边拥有相对理想的冷却液循环流动，而产生较少的压力损失。本文在概念设计时期借助于CFD分析发动机械缸体的冷却水套，通过建立模型等提出进一步的优化设计方案。
1.建立模型的方法
1.1.分清算法及各类边界条件
一般情况下，冷却液需选择50%的乙二醇及50%的水制成混合液，运用处于稳定状态下的计算模式，在模拟计算时，应设冷却液在水套内部为绝热的流动状体，不容压的粘性流动，计算时运用有限的体积法将计算区域分成散乱化的管理体积网格，在每个管理体积上积分管理方程，产生变量计算的数学方程，在模拟计算时，需求出持续性的方程、能量守恒的方程以及动量方程等。
通常要满足下列三项条件：首先，在出口边界，应符合压力出口的边界条件，大气压充当出口压力；其次，入口边界的进口速率可依照缸体冷却水套的冷却液入口位置的实际流量以及入口处的面积计算得到，进口的速率通常为2.5m/s；壁面的边界上，壁面需运用防滑移固壁，也就是说，固体外表上流体速率为零。
1.2.构建网络模型及几何模型
在本次研究中，运用北京现代α1.6型汽油发动机械缸体的冷却水套作为直接探究的对象，几何模型通过三维CAD系统软件加以确立。毋庸置疑，模型的建立是一个相对繁琐的过程，在开展仿真计算时会耗费大量的时长，在保证不影响模拟结果的基础上，对模型开展一系列简易化的处置办法。
几何模型的创建需经UG系统以输出STP格式的图形格式进行制作，接着用固定的网格生成系统划分缸体冷却水套的网格，冷却水套的外表网格可定为三角形状，流动的区域愚弄四面体的网格加以区分，冷却水套整体运用非结构化的网格，在临近冷却水套壁面的区域周边，运用四面体的网格单元，以便于合乎相对繁琐的三维空间区域，在这期间，可对冷却水套的流动参数的变化明显的部位加以适度的网格加密限制。
2.流动仿真的模拟化结果
2.1.缸体冷却水套外侧面的矢量
冷却液在进入发动机械的缸体冷却水套之后，因先前受水泵叶轮旋转作用等要素的制约和影响，冷却液的流动并非呈现单线的形态，在缸体冷却水套的首缸外壁面部位的冷却液未能彻底地沿缸体产生横向的流动，而是在起先阶段流到缸体下底面，接着经缸体的下底面流动到缸体的上方一侧，不难发现，冷却液在水套的首个缸外壁面的位置出现了漩涡的情形，这样一来，直接造成首缸体冷却水套的一些流动的阻力增加剧烈，冷却液在冷却水套的外壁面流动速率每况愈下，直接降低了自身的冷却效果。
2.2.缸体冷却水套的气温
发动机缸体的冷却水套，其气温的分布并非均匀不变的，冷却水套的排气一侧的气温通常要超过进气一侧的气温，另外，由于缸体冷却水套在第四个缸部位的冷却液流动速度相对较低，直接致使第四个缸体冷却水套内部的气温高于另外的每个缸。
2.3.缸体冷却水套顶平面及底平面的速度
一般情况下，缸体水套的上顶部，冷却液的流动速率相对迅速，平均的流动速率可达到1.2m/s.，在第四缸的右端，流动速率始终未降到零，仅在排气一侧有较少流动速率<0.2m/s的位置。
冷却液在缸体冷却水套的下底部流动速率较为迟缓，平均流动的速率仅为0.7m/s，在第四缸的右端部位，流动速率一度下降到零，同时，冷却液在进气一侧的流动速率均稍高于排气一侧。综合对比，不难发现，发动机械设备的缸体冷却水套，其上顶部的冷却液具体的流动速率要高于水套下底部的速率。
3.优化方案的对比
3.1.优化方案
通过以上模型分析结果可知，冷却液在冷却水套的首缸体外壁面的部位出现了漩涡状况，直接造成缸体冷却的水套内部，冷却液的流动阻力呈现增加的态势，流动速率得以下降，给首缸体冷却水套外壁面的冷却任务产生了负面影响。另外，在第四个缸部位，显著出现了较低的冷却液流动速率的位置，造成冷却水套的第四个缸部位个别区域热负荷的增加，这便需不断地改进优化设计发难，以便于整体提升冷却的效果，方案如下：
首先，可将冷却水套的冷却液入口方位下降15mm，采用使冷却液入口下降的方案避免首缸水套外壁面出现严重的漩涡现象，使冷却液在首个缸冷却水套的外壁面的位置处呈现单线的流动状态。其次，调整冷却液水孔的具体结构，在冷却水套的排气一侧的4个圆形处的小孔部位，其冷却液的流量相对较小，不但未能增加排气一侧冷却液的上水量，还使冷却水套排气一侧另外部位上的水孔冷却液的实际量降低，所以，要将其去除。在这期间，为有效地增加首缸排气一侧方位处的水孔冷却液量，可把起先用到的首个缸体冷却水套进气一侧的26号上水孔予以去除，进而完成整个方案的优化
3.2.同原结构的分析比较
经同原结构加以比较可知，冷却液的流动速率略微增加，冷却水套上顶部冷却液的流动速率也有相应的增加，这对于改善冷却效果是大有裨益的。
结语：
综上所述，发动机械缸体冷却水套内部的冷却液流动需合乎冷却的规范，然而，也暴露一些缺陷，需通过设计方案的不断优化，增强提升冷却液的流动速率，达到增强冷却效果的目标。
参考文献：
[1]俞小莉；武亚娇；黄瑞；韩松.轿车发动机冷却水套流动与传热CFD计算分析[J].车用发动机.2010（03）
[2]熊树生；周文华；张朝山；何文华；陈理；程超.发动机缸体冷却液流动传热的三维CFD模拟[J].浙江大学学报（工学版）.2007（07）
[3]杜佳正；黄荣华；王龙飞；薛赪.发动机机体缸盖冷却水CFD模拟计算与分析[J].柴油机设计与制造.2007（01）
[4]詹樟松，陈小东.应用CFD技术对发动机冷却水套进行优化设计[J].汽车工程.2009（05）
发动机缸体测温孔加工关键技术 篇6
国内某大型合资汽车制造公司自主开发的某款发动机在研制阶段, 需要做水套在台架试验过程中的温度变化检测, 要求在发动机缸体上加工32个安装测温传感器的小直径深孔, 测温孔均为台阶孔, 最小直径0.6mm, 深度最深达136mm, 且均为复合角度孔, 加工难度大。之前, 该公司发动机缸体测温孔的加工均委托在国外加工完成, 由于国外加工费用高, 加工周期长, 该公司经过调研权衡, 最后决定把该任务委托红阳机电公司完成。笔者参与了加工测温孔加工工艺方案设计、加工设备选择、工艺装备设计与制作、刀具的设计与制作、加工坐标原点设定及检测方案制定的全过程工作, 总结出一些加工发动机缸体测温孔的经验。
产品简介及加工要求
该大型合资汽车制造公司自主开发的某款发动机缸体为三缸全铝发动机缸体, 排量1.4T, 要求在发动机缸体两个不规则侧面上加工32个安装测温传感器的小直径深孔 (见图1) , 国内还没有采用金属切削手段加工发动机缸体测温孔的先例, 该汽车制造公司之前的发动机缸体测温孔的加工均是在法国完成。据了解, 法国一般是选择特殊的电腐蚀加工方法完成, 加工费用高, 周期长。选择金属切削加工的方式来加工测温孔, 难度极大, 但可以大大节约成本, 提高加工效率, 所以我公司选择用金属切削加工完成测温孔的加工。
加工难点分析与解决措施
加工测温孔的主要难点有:加工的孔直径小, 深度长, 且均为台阶孔, 对孔的同轴度要求高。加上缸体内部分布水套型腔, 加工一般为断续切削, 另外还有少数几个孔需要切削至缸体内的铸铁缸套上, 切入铸铁钢套深大约2mm, 加上刀具直径小, 不便在刀具上设计内冷孔。由于孔较深, 在加工过程中切削液无法充分进入加工部位, 冷却效果差, 恶化了切削环境, 所以必须制作合理结构的刀具, 选择综合性能材质好的刀具材料, 确保刀具刚性与强度, 才能确保刀具不被折断。测温孔均布置在发动机缸体两侧不规则面上, 在加工过程中刀柄与工件易产生干涉, 采用一般刀柄无法进行测温孔加工, 必须选择加长细径刀柄进行刀具的夹持。加工孔呈复合角度, 坐标原点难找。由于孔直径小且深, 孔径、深度及位置度采用通用量具无法测量, 采用三坐标检测也需要购置加长的测头。
工艺方案设计
加工设备采用四轴卧式加工中心 (见图2) , 设备为德国HELLO公司原装进口, 型号MCH250, 设备主要参数为:转速14 000r/min, 各轴全程定位精度0.004 8mm, 第四轴旋转定位精度0.001°。
以缸体缸盖面上两处已加工的两处φ12H7孔定位。缸体上测温孔, 均呈复合角, 在加工时采用斜垫块工装定位, 工作台旋转分度, 采用深孔循环钻削的方式进行加工。具体加工安排:先加工大直径孔, 再加工较大直径孔, 单边留余量0.1mm, 最后小直径孔与较大直径孔采用阶梯刀具一次加工至尺寸。由于委托方提供的缸体为已完成所有加工的缸体成品, 在补加工测温孔过程中, 需要在工装定位面涂抹航空润滑油对定位面进行保护, 防止划伤工件, 另外压点处需垫加铜皮, 防止压伤工件。
工艺装备选择
1. 刀柄的选型
缸体测温孔分布在两侧不规则面上, 加工过程中采用普通刀柄, 往往会产生刀柄与工件干涉的现象, 如果不选用细柄径加长刀柄, 就必须制作超加长刀具。由于小直径刀具制作成超加长的结构, 会使刀具刚性变差, 所以, 为确保加工整个测温孔工艺系统刚性, 选择细柄径加长刀柄的方案优于选择将刀具制作成超加长结构的方案。经过筛选选用了ISCAR (伊斯卡) 的两款迷你型刀柄 (见图3) , 来加工测温孔, 从而解决了在加工过程中产生工具与工件相干涉的问题, 同时也最大可能地确保了加工测温孔时整个工艺系统的刚性。加工测温孔的刀柄与夹套明细表见附表。
2. 刀具的设计与制作
选择加工中心采用深孔钻循环加工工艺方式来加工测温孔, 由于刀具直径小, 最小直径仅0.6mm, 而刀具的长径比大, 0.6mm孔的最大长径比达116倍, 因此是否能确保加工顺利进行, 加工出来的孔能否确保设计图样尺寸要求, 关键要看刀具的强度与刚性。孔的加工方案怎么定, 决定刀具结构怎样进行设计与制作。下面以缸体上的一个曲型测温孔为例, 对怎样设计测温孔加工刀具进行阐述。
该典型测温孔为台阶结构, 孔有三种直径, 分别是φ7mm、φ2mm和φ0.6mm, 三个直径需要加工的深度分别是6mm、60mm和70mm。在这三种直径的刀具里, 显然φ0.6mm的刀具刚性与强度是最差的, 第二是φ2mm的刀具, 所以在加工过程中应尽可能缩短φ0.6mm刀具的切削深度, 然后是要缩短φ2mm的切深, 这就要求合理安排工艺, 首先是制作φ7mm的专用键槽铣刀将第一个台阶孔加工至尺寸;其次制作φ1.9mm的刀具预加工φ2mm孔, 留余量0.1mm是为了确保后续加工时, 制作直径为φ2mm、φ0.6mm阶梯刀具, 以确保加工φ2mm、φ0.6mm孔的同轴度, 刀具的夹持柄部直径应尽可能大, 可增强刀具的强度与刚性。为避免干涉, 柄部夹持长度越短越好, 这样结构的刀具既可满足加工刚性, 同时又能确保孔的同轴度要求。刀具材料可选用钴基硬质合金材料, 缸体上的32个测温孔均是上述列举的结构形式, 只是每个孔的直径和深度不一致, 所以均可按上述的工艺方案进行加工, 刀具结构形式也可参照进行设计与制作 (见图4) 。
目前, 国内浙江省常州市西夏墅镇集中了制作小直径刀具的众多刀具制造企业, 该镇制作硬质合金刀具的实力强, 信誉好, 我们选择新时代刀具有限责任公司制作的小批量加工测温孔专用刀具, 物廉价美, 确保了缸体测温孔加工的顺利进行。
3.夹具的设计与制作
发动机缸体上的测温孔均与缸体缸盖面与缸孔轴向呈复合角, 如果采用五轴联动加工中心来加工, 只需要制作一套工装一次定位便可完成所有测温孔的加工, 但目前我公司缸体生产线无五轴加工中心, 只能安排在四轴联动加工中心上来完成。32个测温孔与水平面呈角度的类型共五种, 分别是1°、2°、4.6°、7°和10°, 需要做五种角度工装进行工件定位装夹 (见图5和图6) , 与缸孔轴线方向角度, 可通过设备第四轴旋转分度来保证。由于是一次性使用, 为节约工装成本, 方便工装安装, 在满足使用要求的前提下, 工装体积越小越好, 也不需要特种工艺 (如热处理及表面处理等) 工作, 但工装的制作精度要求高, 安装在斜面的两个定位销必须与斜面垂直。
加工过程控制
1.数控加工程序编制
测温孔的加工方式均为钻削, 程序编制非常简单, 主要的难点在于寻找坐标原点。因为安装的定位销不是与水平面垂直安装的, 所以, 对刀时只能触及定位销的端面高点, 返至原点的距离是通过计算机模拟计算出的数值, 对刀的误差、与测量的误差都会相对较大, 只有靠加工完首件进行检测后, 根据实际的加工尺寸来进行调整。
2. 首件检测
测温孔加工委托方只提供了五件成品给我公司进行加工, 最后必须交给委托方两件合格成品, 所以用于工艺试验的试样件仅三件, 用于验证工艺方案的可行性、刀具试切、程序参数调整、尺寸检测的试件数量相对较少, 所以, 加强首件检测工作是必要的, 也是必须的。首件检测的目的主要是暴露出加工中的所有问题, 以便后续加工过程中加以纠正。测温孔的很多尺寸大多为空间尺寸, 主要的检测手段是购置加长小测头采用三坐标测量技术进行检测, 必须做好检测记录, 以便工程技术人员进行分析。
3. 做好工件清洁工作
发动机缸体对清洁度要求很严, 细长孔的加工孔内的切屑不易排出, 深孔内的切削液也不便排出, 测温孔加工完成后, 必须安排钳工去毛刺, 采用清洗机进行整件的清洗, 清洗完成后还需要用高压气枪对每一个孔进行吹气处理, 只有这样才能确保缸体的清洁度要求。
结语
发动机缸体生产线的工艺编制 篇7
粗基准、过渡基准和精基准的选择
粗基准即缸体处于完全毛坯状态, 选择缸体的面和孔作为加工过渡基准的基准, 以过渡基准面定位来加工精基准 (即精加工底面和2个mm孔) 。
1.方案一
用缸体的底面和1、4缸套毛坯孔为粗基准。
由于浇铸缸体毛坯时, 为保证缸体顶面的平面平整和金属组织紧密, 浇铸时, 缸体的浇口都设在底面。尽管浇口在缸体毛坯出厂时底面和浇口, 进行切割、打磨, 但底面很难达到平整, 在加工过渡基准面时误差大。
过渡基准选择在现代发动机缸体设计时, 国内外通常都在缸体侧面设计几个与缸体功能无关的小平面, 例如MR479Q缸体的右侧面设计了4个小平面成两两平行, 上下布置。它们与缸套孔 (见图1) 中心距离图样规定:上面2个小平面距离为 (55±0.05) mm, 下面2个小平面距离为 (62±0.05) mm, 和同侧的2个出砂孔 构成一面两销的定位系统作为过渡基准。由于粗基准的底面平面度误差大, 加工后, 导致过渡基准面的4个小平面和2个出砂孔 相对与顶面的位置度误差较大, 以过渡基准定位, 在精加工精基准 (底面和2个 定位销孔) 时, 测量结果底面对顶面的平行度误差较大, 甚至造成个别缸体顶面倾斜, 余量小, 致使加工难度加大。另一方面, 4个小平面与缸套孔中心距离不等, 不在一个平面上, 在卧式加工中心机床上, 精加工精基准 (底面和2个 孔) 时, 调整夹具的4个小平面定位块比较困难。同时4个小平面也存在铸造和运输过程造成的缺陷, 个别平面铣削加工困难, 无法定位, 造成整个缸体报废。
2.方案二
用缸体的主轴承盖安装面为粗基准。
能否用发动机的功能平面作为粗基准呢?在某发动机配件厂对加工工艺调研时, 发现他们缸体粗基准选择的是主轴承盖安装毛坯面, 缸体也不单独设计过渡基准面, 主轴承盖安装毛坯面比较平整, 而且与缸体顶面平行。以它为粗基准定位来粗铣过渡基准面 (顶面) , 是比较理想的。
过渡基准选择是:以粗铣后的顶面和1、4缸套毛坯孔来定位, 在立式加工中心机床上精加工精基准 (底面和2个φ14+0+0.027 mm孔) 。特点是工艺链短, 以顶面来定位, 最大限度地保证了底面和2个φ14+0+0.027 mm孔相对与顶面的垂直度和平行度一致。该厂已用此工艺批量生产缸体3年多, 实际生产证明是可行的。
与方案一比较, 该方案的优点为:不单独设过渡基准面, 而直接采用缸体已有的功能面 (主轴承盖安装面) , 简化了缸体结构, 也减少了缸体的加工工时。
缸体顶面的粗铣, 可以在加工线外用普通铣床加工后再上生产线, 这样可减少生产线的前期资金投入, 缩短整个生产线长度和生产线的节拍, 提高生产线的效率, 经济性好。
平面的加工
平面的加工要分析缸体各种面的性质, 来选择工艺加工的先后顺序, 确定机床类型、刀具结构、工序的数量, 以及切削参数、速度、切深、走刀量和切削液的PH值等。
1.缸体前后面的加工
缸体前后面大, 相互平行, 且与精基准 (精加工底面) 垂直。安排在双工位双面组合铣床上加工, 采用大直径密齿刀盘, 一次定位夹紧, 分2个工位完成粗精铣前后面, 相比选用单主轴的加工中心, 用插补的方法铣前后大平面, 效率较高, 且铣出的平面没有接刀痕。
2.顶面的加工
顶面的半精加工, 图样要求缸套孔中心与顶面垂直, 选择第一工位先四轴粗镗缸套孔, 第二工位为半精铣顶面 (留0.5mm精铣顶面余量) 的双工位组合机床, 一次定位夹紧, 完成粗镗4个缸套孔和半精铣顶面, 提高了其相互位置精度。
顶面的精加工, 首先四轴精镗缸套孔, 然后精铣顶面的双工位组合机床, 该工序安排在缸体所有精加工完成后、珩磨工序前。这是为了消除顶面在工位间运输中划伤留下的痕迹, 确保顶面的平面度和缸套孔中心对顶面的位置度。
其他小平面加工, 它们有的与精基准底面既不垂直也不平行, 而是呈某一角度, 如机油滤清器安装面和发电机安装面等, 这些都安排在加工中心机床上加工, 但应分工序。如发电机安装面的螺纹孔底孔采用复合刀具时, 为了压缩加工节拍, 工步过于集中 (见图2) , 复合了钻螺纹底孔, 孔口倒角, 最后铣φ18mm安装面, 因为复合刀具结构不合理, 钻头与铣刀直径相差太大。当钻头先与毛坯面接触, 造成钻头中心偏离, 钻头在与铣刀连接处折断。工步改为先铣安装面后, 再用钻螺纹底孔和孔口倒角复合钻, 避免钻头折断, 节省换刀调整时间, 对加工节拍无影响。
机油滤清器安装面直径为71mm, 开始用φ60mm六齿焊接结构的面铣刀, 多次走刀, 但铣不平, 由于刀具直径偏小, 切削速度较低, 经常发生铣不动, 造成机床闷车, 焊接结构的面铣刀, 无法更换刀片, 铣刀寿命短。后改为φ110mm面铣刀, 齿数增加到8齿, 采用可转位刀片。改进后, 刀具直径增大, 铣削速度提高, 齿数增加, 而每个刀齿平均负荷降低, 铣削后的机油滤清器安装面的平面度达到图样要求, 同时提高了铣刀寿命和刀片的利用率。
孔加工
发动机缸体主要有缸套孔、主轴承孔、油道孔和斜油孔等。
(1) 主轴承孔加工中心进行粗加工, 用球形铣刀加工半圆, 经过与主轴承盖合盖后, 安排在粗、精镗双工位组合机床上加工, 同时完成与主轴承孔有关的要素, 如后油封定位孔、变速器壳体定位孔、前机油泵壳体定位孔与主轴承孔有位置度要求, 应在缸体一次定位夹紧中与主轴承孔一起完成。
(2) 缸体主油道在双面深孔内冷枪钻组合机床上加工, 先右动力头进到位, 退回左边动力头进到位退回, 目的是保证刀具合理的长径比和加工后主油道孔的直线性。
结语
发动机缸体生产线工艺编制有多种流程, 都以完成加工发动机缸体为目的, 但效果大不相同。因为影响工艺编制因素很多, 包括人、机、料、法和环各个方面。工艺编制就是合理协调这些因素之间的关系, 改进工艺, 不断优化加工方案。
发动机缸体部分常见故障的诊断方法 篇8
一、拉缸
气缸在正常的使用下, 是逐渐磨损的。拉缸是指活塞与气缸相互运动造成严重表面损伤。损伤原因大多是由于运动部位的润滑油受到局部破坏而造成的, 此时会发生划伤、拉缸和咬缸。其损伤程度, 虽有所不同, 但均称为拉缸。
1. 拉缸的主要原因
(1) 活塞与气缸配合间隙过小。
(2) 活塞与气缸之间润滑不良, 甚至发生干摩擦。
(3) 活塞环折断后咬死在活塞上, 或活塞环开口间隙过小。
(4) 活塞销卡簧折断或脱落。
(5) 连杆弯曲, 活塞销座孔或连杆铜套偏斜迫使活塞和活塞环倒向一侧, 紧压在气缸壁上。
(6) 气缸中心线和曲轴中心线不垂直, 而产生偏斜。
(7) 因活塞销与活塞装配太紧, 造成活塞轴向变形, 使平行于活塞销方向的直径增大, 垂直方向的直径缩小。
(8) 发动机大修后没有经过磨合就长时间高速或重负荷运转。
(9) 发动机冷却不良。
(10) 使用达不到国家质量标准的润滑油。
(11) 润滑油不清洁, 含有大量杂质。
(12) 负载质量过大, 低挡行驶过久。
(13) 气缸硬度过低, 也能引起活塞环拉缸。可用活塞环棱角刮削气缸套口, 如能顺利刮下铁屑, 而活塞环棱也有损伤, 可判断该气缸表面硬度太低。
2. 诊断方法
发动机轻微拉缸时, 异响一般不宜听到, 但可在加润滑油口处听到曲轴箱内发出一种窜气声;拉缸严重时, 发动机处于怠速便可明显地听到敲缸声和窜气声。同时还可观察到水温上升, 油压降低, 加润滑油口冒烟, 发动机动力明显减退, 机器抖动, 响声部位在机体上半部。遇到拉缸时, 应及时拆下活塞连杆组, 严格按照修理、装配工艺要求进行检修。
二、敲缸
敲缸是对活塞敲击缸壁故障现象的简称。这种故障属发动机的恶性故障, 多发生在发动机严重磨损或发动机大修之初修配不当时。出现敲缸故障时, 主要的特征是气缸内发出一种清脆而有节奏的金属敲击声, 其响声随温度变化而不同。活塞敲缸响声主要表现为:发动机工作温度低时, 响声明显, 尤其在怠速时响声更清晰。温度升高时, 响声随之减弱或消失。冷车运行时出现轻微敲缸响声, 热车时现象消失是正常的。
1. 敲缸故障的主要原因
(1) 活塞与气缸配合间隙过大。修配不当造成活塞与气缸配合间隙较大, 或因气缸磨损严重造成间隙过大。因此, 造成发动机在冷启动时, 敲击声明显;热机后, 响声减弱或消失。
(2) 活塞方向装反或出现反椭圆现象, 会造成敲缸响声。
(3) 连杆轴承紧度不合适也会引起活塞运动中与缸壁产生撞击发出响声。
2. 诊断方法
为确定敲缸的气缸时, 把发动机转速固定在敲击最响的位置上, 采用“断火”的方法 (用逐个切断各缸高压电的办法进行试验) , 当某缸“断火”后, 声音明显减弱或消失, 即为该缸响。进一步判断时, 可用长嘴机油壶在活塞上方注入机油, 然后启动发动机。在启动后的瞬间, 若响声减弱或消失, 过不久响声又出现, 即为该缸敲缸。当出现严重敲缸响声时, 必须分解发动机, 重新修理选配活塞与气缸间隙, 才能彻底排除敲缸故障。
三、缸垫损坏
缸垫损坏一般表现为漏气和漏水, 该故障也属于发动机的恶性故障, 发生时应及时处理, 以免造成发动机更大的损坏。该故障如果继续发展会导致缸盖烧熔等机件损坏直至报废的结果。
缸垫漏气故障多发生在两气缸中间隔的位置, 当该处缸垫损坏漏气时, 发动机会出现个别气缸不工作 (俗称“缺缸”) , 发出“突、突”的异响和缸体抖动、行驶无力等现象, 有时还会出现放炮、回火等现象;如果缸垫损坏发生漏水时, 会使冷却液流入气缸, 破坏气缸工作和润滑, 流入油底壳导致机油乳化, 影响发动机润滑性能。
1. 缸垫损坏的原因
(1) 发动机工作不正常出现过热或爆震现象, 导致缸垫烧蚀损坏。
(2) 缸垫装配不平整或装配方向错误, 导致缸垫损坏。
(3) 缸盖在安装时, 未按规定顺序和扭矩进行装配, 导致缸垫不密封;缸垫在安装时, 在其与缸盖、缸体间混有污物, 使缸垫密封不严而损坏。
(4) 缸垫质量差, 密封不严, 导致损坏。
2. 诊断方法
发动机缸体 篇9
当前, 汽油发动机的缸体分铸铁和铸铝两种。在柴油发动机中, 铸铁缸体占绝大部分。从使用来看, 铸铝缸体的优势就是重量轻, 通过减轻重量实现省油。除了重量上的差别以外, 在生产过程中, 铸铁缸体和铸铝缸体也有很多不同。铸铁生产线占地面积大, 对环境污染大, 加工工艺复杂;而铸铝缸体的生产特点恰好相反。
铁和铝的物理性能不同。铸铁的缸体热负荷能力更强, 在发动机的升功率方面, 铸铁的潜力更大。铸铁的缸体热负荷能力更强, 在发动机的升功率方面, 铸铁的潜力更大。如:一台1.3升排量铸铁发动机的输出功率可以超过70k W, 而一台铸铝发动机的输出功率只能达到60k W。据测算, 1.5升排量铸铁发动机通过涡轮增压等技术, 可以达到2.0升排量发动机的动力要求, 而铸铝缸体发动机则很难达到这一要求。发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料, 特别是气缸, 要使用铸铁材料。只有很少的高档车使用全铝发动机, 其他为铸铝。
铝发动机的劣势, 一是体积。由于铝的比重较轻, 因此铝的单位体积结构强度就要小于铸铁, 所以铝缸体的体积通常会比铸铁的要大一些, 很难达到铸铁缸体的紧凑与小体积。二是耐腐蚀性及强度。众所周知, 铝容易与燃烧时产生的水发生化学反应, 因此, 耐腐蚀性远不及铸铁缸体, 尤其对温度压强都有更高要求的增压引擎更是如此。这是大多数涡轮机器使用铸铁的原因。三是发动机的摩擦系数, 铸铁缸体也是优于全铝发动机的。
采用铝合金缸体的发动机比铸铁发动机的价格要高一些。由于成本原因, 铝制缸体发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料, 特别是气缸, 要使用铸铁材料。铸铝与铸铁在燃料燃烧后热膨胀率不统一, 就是通常所说的变形一致性出现问题, 这是铸铝缸体在铸造工艺上的一个难题。如何解决这个难题, 是铸铝缸体企业特别关注的问题。
二、汽车发动机缸体材料的发展方向
新材料在汽车发动机的运用必须满足如下条件:高性能、高寿命、低噪声、轻量化、低油耗、低成本, 在满足于如上条件时, 发动机发展对新材料提出更高的要求, 见图1。
三、各类发动机缸体采用的新型材料实例及今后的努力方向
(一) 汽油发动机。
汽油发动机体材料由铝合金向镁合金发展。缸套及缸体的内芯部分为Al Si17Cu4Mg铝合金, 外壁与基座为AJ62镁合金。复合缸体中镁合金重18KG。与铸铁缸体比较, 铝缸体减重幅度约26%, 而镁铝复合缸体可达44%。2005年宝马3系列、5系列和7系列, 以及2006年上市的Z4Roadster和Z4Coupe均已采用这种镁铝复合缸体的发动机。
(二) 柴油机。
柴油发动机体材料灰铸铁、合金灰铸铁到蠕墨铸铁, 将来发展方向为轻合金。梅塞德斯-奔驰公司最近成功开发出了世界第一台全铝3升直喷式柴油机, 并投入了批量生产。铝合金缸体的重量较铸铁减少了35KG, 其功率密度达0.97KW/KG, 较原设计提高了20%。本田公司开发出了“先进半固态铸造技术”, 并成功地用于其最新的2L轿车四缸共轨直喷式柴油机, 该柴油机为铝合金缸体, “先进半固态铸造技术”是一种新的喷射铸造工艺, 它除了具有普通压铸生产效率高的优点外, 还在于可使用砂芯并消除气孔, 因而可采用固溶处理大幅提高缸体的强度。它较同尺寸的常规铸铁缸体减轻了15KG, 而刚度却显著增加。
(三) 重型柴油机。
重型柴油发动机体材料灰铸铁、合金灰铸铁到蠕墨铸铁, 高强度合金灰铸铁, 蠕墨铸铁, 发展方向为轻合金。
四、蠕墨铸铁发动机缸体材料的优点
(一) 蠕墨铸铁疲劳强度较灰铸铁要高。
灰铸铁的疲劳极限为62~79MPa, 而蠕墨铸铁的疲劳极限为120~300MPa。
(二) 蠕墨铸铁材料应用中比灰铸铁材料重量要轻。
在1.4L四缸直列发动机中, 灰铸铁材料缸体的发动机重量为35.4 KG, 而蠕墨铸铁缸体材料的发动机重量为25.0 KG, 在1.8L四缸直列发动机中, 灰铸铁材料缸体的发动机重量为38.0KG, 而蠕墨铸铁缸体材料的发动机重量为29.5 KG, 在4.6 L八缸V型发动机中, 灰铸铁材料缸体的发动机重量为72.2KG, 而蠕墨铸铁缸体材料的发动机重量为59.6KG。
(三) 蠕墨铸铁材料应用中相对灰铸铁材料, 可以降低缸筒变形。
在1.8L四缸直列发动机中蠕墨铸铁缸体材料比灰铸铁材料要降低变形18%, 在4.6L八缸V列发动机中蠕墨铸铁缸体材料比灰铸铁材料要降低变形22%。
(四) 蠕墨铸铁应用中比灰铸铁噪声降低。
经过以上部分参数对比, 我们可以看到, 发动机缸体材料采用蠕墨铸铁, 在多方面要优于灰铸铁。
五、结语
从蠕墨铸铁材料发动机缸体综合对比来看, 其比全铝、铸铁发动机缸体更有优越性, 针对环境保护等诸多发动机技术课题, 如高功率化、低燃料消耗、低振动、低噪声、低公害及轻量化等。材料技术作为有效的解决手段占居重要地位, 因此, 材料技术的开发是必不可少的。
参考文献
[1] .孙尚宽.发动机材料技术[J].国外汽车, 1991
[2] .彭惠民.汽车发动机用新材料[J].北京汽车, 1994
[3] .褚东宁.汽车发动机材料技术发展动态[J].中国汽车工程学会材料分会, 2009
发动机缸体内螺纹滑牙修复新方法 篇10
1. 自制钢丝螺套修复法
自制钢丝螺套修复法是选用小直径弹簧钢丝和粘合剂对滑牙进行修复的一种方法, 可用于公称直径较大的内螺纹滑牙的修复。如发动机缸体上的缸盖固定螺纹孔以及主轴承盖固定螺纹孔。修复后的螺纹由钢丝和粘合剂组成, 具有较高的强度、良好的耐磨性及密封性。
1.1 弹簧钢丝直径的确定及卷制
弹簧钢丝的直径取决于滑牙螺纹的螺距, 对于公制螺纹, 计算公式如下:
对于英制螺纹, 计算公式如下:
式中:d—钢丝直径 (mm) ;p—螺纹螺距 (mm) ;n—每英寸牙数。
1.2 钢丝螺套的卷制
钢丝直径确定后, 选择65Mn弹簧钢丝或一般用途低碳钢丝, 根据机械设计手册螺纹部分确定胎具的直径D, 在相应的胎具上将钢丝绕成弹簧形状 (如图1所示) , 剪去多余的长度, 就成为自制的钢丝螺套。将钢丝螺套在螺杆上及螺孔内分别进行试装 (图2所示) , 因弹簧的中径小于螺杆的螺纹中径, 故弹簧会紧紧地镶嵌在外螺纹孔内。如果装配不顺利, 就应重新设计钢丝弹簧。
1.3 自制钢丝螺套粘接修复工艺
1) 用细砂纸将自制钢丝螺套打毛;
2) 用丝锥对滑牙内螺纹进行攻丝, 目的是除去其内部的脏物;
3) 用丙酮或三氯乙烯等清洗剂清洗螺纹孔及自制钢丝螺套, 使其达到粘接技术要求;
4) 选用环氧树脂类双组分快速固化型粘合剂, (如HY-914) , 根据使用说明按比例配制, 双组分混合时加入一定量的细颗粒铝粉;
5) 在螺杆上涂抹上一层脱膜剂 (如硅油、矿物油) , 防止粘合剂与螺杆永久粘合, 然后在其上均匀地涂抹一层配制好的粘合剂, 旋进钢丝螺套, 在滑牙螺孔内再均匀地涂抹一层粘合剂;
6) 将螺杆拧入螺纹孔内, 擦去挤出的粘合剂, 常温下固化20min后, 轻轻拧动螺杆, 再自然固化, 2h后, 将螺杆拧出, 检查修复内螺纹情况, 10h后便可以投入使用。 (如图3所示)
1.4 适用范围及优缺点
自制钢丝螺套修复法不需要储备大量配件和采购很多专业的工具, 适合于小型修理单位, 对公称尺寸较大的螺纹的修复, 但对于缸体上部受高温的内螺纹, 修复效果会因粘合剂的性能降低而变差, 另外, 精度低、耗时多也是其不足之处。
2. 选用钢丝螺套修复法
选用钢丝螺套修复法, 就是选用专业厂家生产的钢丝螺套, 对已经损坏的内螺纹孔进行修复的方法。
钢丝螺套 (也称为螺套、丝套) 是一种新型内螺纹紧固件, 由高精度冷轧菱形 (或圆形) 不锈钢丝精确加工而成的一种弹簧状内外螺纹同心体, 有公制和英制之分。在自由状态下, 其直径比修复螺纹公称直径稍大, 装配时通过专用扳手使螺套引导圈受扭使螺套直径变小, 旋入预先用专用丝锥攻好的内螺纹孔中, 钢丝螺套在弹簧的膨胀作用下, 紧密地固定在螺纹孔内, 使螺钉与安装钢丝螺套的内螺纹底孔之间形成弹性连接, 形成标准螺纹孔, 恢复损坏的内螺纹。
选用钢丝螺套修复法的具体工艺为:
1) 选定螺套选择专业厂家的不锈钢钢丝螺套, 螺套公称直径与原螺纹相同;
2) 钻孔根据钢丝螺套的尺寸, 选用相应规格的钻头将损坏的螺纹孔扩大, 钻孔深度必须大于螺套长度;
3) 攻丝使用钢丝螺套专用ST丝锥攻出螺纹, 公称直径与螺套外径相同, 攻丝的长度必须超过螺套长度, 攻丝后应清理螺纹孔;
4) 安装使用专用工具将钢丝螺套装入螺纹底孔内, 对于有折断槽的钢丝螺套, 应采用专用工具 (冲断器) 去除安装柄, (将冲断器放入装好的钢丝螺套中, 并顶住安装柄, 用手锤猛击一下即可去除) , 取出安装柄, 即可形成一个和原螺栓配套的标准内螺纹;
5) 检验用普通螺纹规检查螺纹质量, 螺纹规应能顺
选用钢丝螺套修复后的内螺纹强度和精度较高, 也不受温度的限制, 适用于经济较好的大型修理单位, 必须有一定的配件储备和专业工具, 适合于缸体上、缸盖上温度比较高、公称直径较大的螺栓孔的修复。修复内螺纹的强度、耐磨损较好。
3. 铜丝增强粘接修复法
铜丝增强粘接修复法, 是在选用的粘合剂中, 直接加入适量的、长度较短的细铜丝, 从而对滑牙螺纹进行修复的一种方法, 加入细铜丝的目的是为了提高修复螺纹的强度和耐磨性。该法适用于公称直径较小、螺距很小以及无法采用自制钢丝螺套修复法的滑牙内螺纹修复。
铜丝增强粘接修复法比较简单, 选用的粘合剂、清洗剂以及脱膜剂与自制钢丝螺套修复方法相同。具体的工艺过程为:
1) 选用Φ0.2mm以下的铜丝, 剪切成段, 长度可根据螺纹公称直径选择, 一般在2～5mm。
2) 用丝锥对滑牙内螺纹做攻丝处理, 除去内部脏物;
3) 用清洗剂清洗滑牙纹孔, 将剪切好的铜丝放入清洗剂内进行脱脂处理, 使其达到粘接技术要求;
4) 按使用说明书取出相应份数的粘合剂, 将铜丝 (一般不超过粘合剂体积的1/4) 均匀加入其中, 充分搅拌;
5) 在新螺杆上涂抹一层脱膜剂, 然后在其上均匀地涂抹一层配好的粘合剂, 在滑牙螺孔内再均匀地涂抹一层粘合剂, 拧入螺纹孔内, 擦去挤出的粘合剂;
6) 常温下固化20min时, 轻轻拧动螺杆, 自然固化2h后, 将螺杆拧出, 检查再造螺纹情况, 10h后可投入使用。
铜丝增强粘接修复后的内螺纹, 其强度和精度不如前两种高, 也会受温度的限制, 但工艺简单, 容易实现, 比较适合于小直径内螺纹 (如发动机缸体底部油底固定螺纹) 的修复, 不论单位大小, 均可广泛采用。
4. 结语
在发动机缸体内螺纹损坏时, 采用三种新方法以及普通修理方法, 可以完全使内螺纹恢复, 大大延长缸体的使用寿命, 节约修理成本。但是对于不同材质的缸体 (铸铁或铝合金) , 粘合剂的选用仍需要深入的研究, 以便达到最理想的效果。利用钢丝螺套还可以进行公、英制螺纹孔转换, 方便快速。故对三种新方法应该进行大力推广和进一步的研究。
参考文献
[1]何祖诚.可靠的内螺纹强化修复方法.《机械工人》, 2000年第11期.
[2]陈立德.设计设计基础[M].北京:高等校育出版社, 2004.