影响气缸套内孔石墨裸露率因素的研究

肖培贤

摘要：气缸套是发动机关键零件之一，被称为发动机的心脏，而气缸套内孔表面的珩磨质量的高低直接决定了气缸套的性能。气缸套珩磨质量除了用内孔形位公差、线性化的支承率曲线（Rpk/Rk/Rvk等参数）和概率支承率曲线（Rpq/Rq/Rmq等参数）进行评价外，气缸套内孔珩磨石墨裸露率也是评价珩磨质量的另一个重要特征，目前越来越多的客户开始要求对石墨裸露率进行控制。

Abstract： The cylinder liner is one of the key parts of the engine and is called the heart of the engine. The honing quality of the surface of the cylinder bore inner surface directly determines the performance of the cylinder liner. In addition to the inner hole shape and position tolerance， linearized support rate curve and probabilistic support rate curve for evaluation of cylinder liner honing quality， the exposed rate of graphite for honing of cylinder liner bore is another important feature for evaluating honing quality. At present， more and more customers are asking for control of the graphite exposure rate.

关键词：气缸套;珩磨质量;石墨裸露率

Key words： cylinder liner;honing quality;exposed rate of graphite

0  引言

气缸套是内燃机的关键核心零部件之一，也是易损件之一。影响气缸套使用寿命的因素除了材质、网纹参数外，气缸套内孔表面石墨裸露率也是一项极为重要的影响因素。石墨是一种耐磨、润滑性极好的物质，气缸套内孔表面裸露的石墨可以很好的起到润滑的作用，降低气缸套内孔表面和活塞环之间的摩擦力，延长气缸套和活塞环的使用寿命。

本文主要介绍了石墨裸露率的定义、石墨裸露率的检测方法和检测部位。然后通过对现阶段石墨裸露率的调查，进而发现不同产品的石墨裸露率差异较大，为了弄清楚影响石墨裸露率高低的因素，我们分别从气缸套材质、气缸套加工生产线、气缸套珩磨工艺等几个方面进行实验和分析，得出了各种条件下的石墨裸露率数据。

1  气缸套内孔石墨裸露率及检测方法介绍

1.1 气缸套内孔石墨裸露率介绍

①石墨裸露率：气缸套内孔表面裸露的石墨数量与裸露的石墨和未裸露石墨之和的比值，即气缸套内孔表面石墨裸露率=裸露石墨数量÷（裸露石墨数量+未裸露石墨数量）×100。

②裸露石墨：气缸套在珩磨过程中，内孔表面在珩磨力的作用下，使隐藏在表面的石墨暴露出来，并且不被后续加工所覆盖，则为裸露的石墨。

③未裸露石墨：气缸套在珩磨过程中，内孔表面下的石墨没有因为珩磨里的作用而裸露或已经裸露的石墨在新的珩磨力的作用下被金属所覆盖，则该石墨为未裸露的石墨。

1.2 气缸套内孔石墨裸露率检测方法介绍

1.2.1 检测试样制作步骤

①取样：在成品缸套内孔表面，活塞环行程范围内进行取样。样品长度为15-20mm，高度为10-15mm，检测部位为横截面的中间10mm，如图1。

②制样：将端面用切割机切平，用锡箔纸将内壁包裹，然后将试样镶嵌在胶木树脂上，保证带有圆弧的横切面向上。

③磨制和抛光：将上述镶嵌好的样品用砂纸（从400-1200#）磨制，最后用W2.5的抛光剂，进行抛光。

1.2.2 石墨裸露率检测方法

把抛光后的试样放在显微镜下，在500倍视场下观察单个视场内孔表面裸露的石墨个数，然后在距内孔表面6μm的范围内观察石墨总数，即可计算单个视场内的石墨裸露率。判定时至少观察10个视场，用所有观察视场的石墨裸露率的平均值进行判定。

说明：距气缸套内孔表面6μm这条分界线非常重要，该线决定了石墨的总数量，如果没有该线的界定，将无法计算石墨裸露率。该线的确定是基于与国外同行、国内外重点客户沟通共同确定的结果。

2  现阶段气缸套内孔石墨裸露率调查

弄清楚目前不同产品和不同生产线的石墨裸露率结果，不仅可以了解我公司目前石墨裸露率的控制水平，也可以为后续研究石墨裸露率的影响因素奠定基础。为更好的分析我公司各种产品现阶段石墨裸露率的结果，我们随机从公司生产的產品中抽查，但抽查时涵盖目前公司各大系列材质与不同生产车间的产品，其统计结果如表1所示。

从抽检结果看，不同产品的石墨裸露率差异比较大，初步分析影响石墨裸露率高低的因素可能与产品材质、生产线和珩磨工艺等相关。

3  影响气缸套内孔表面石墨裸露率因素

3.1 不同材质同一生产线气缸套内孔石墨裸露率对比

气缸套材质是否对石墨裸露率有影响？为了验证该疑问，我们选取不同材质的气缸套，在同一条生产线上生产，使用相同的珩磨参数和珩磨砂条，然后分别检测石墨裸露率，其结果如如表2所示。

通过实验，我们发现不同材质石墨裸露率的检测结果差异非常大，说明材质对石墨裸露率有较大的影响。

3.2 同一材质不同生产线气缸套内孔石墨裸露率对比

如果气缸套使用相同的材质，仅仅是生产线或珩磨工艺不同，气缸套的石墨裸露率是否有差异？为了研究生产线对石墨裸露率的影响，我们使用同一材质产品在不同生产线上加工，然后检测其石墨裸露率，检测结果如表3所示。

通过该实验，我们发现同一材质气缸套，使用相同的珩磨条和珩磨工艺，石墨裸露率与生产线关系不大。

3.3 不同珩磨工艺气缸套内孔石墨裸露率对比

珩磨工艺和珩磨砂条对气缸套石墨裸露率有何影响？为了弄清楚该问题，我们分别使用同一珩磨砂条，不同珩磨参数以及使用不同珩磨砂条，相同的珩磨参数对气缸套进行加工，然后分别检测石墨裸露率。

3.3.1 珩磨参数对气缸套内孔石墨裸露率的影响

为了验证珩磨参数对石墨裸露率的影响，我们选择使用同一种产品，然后分别使用不同的珩磨参数对缸套内孔进行加工。此次实验我们选择三种珩磨加工方式：正常珩磨工艺、增加拉网压力、只拉网不平顶和抛光。其结果如表4所示。

通过实验，我们得出珩磨参数对石墨裸露率有较大影响的结论，当拉网压力升高，网纹比较清晰，石墨裸露率就较高。如果只拉网，不进行平顶和抛光，则石墨裸露率明显升高。

3.3.2 珩磨材料对气缸套内孔石墨裸露率的影响

为了研究珩磨砂条对石墨裸露率是否有影响，我们特意使用不同珩磨砂条对同一产品进行加工，然后分别检测石墨裸露率。其方案是金剛石砂条拉网配合软木砂条平顶，以及碳化硅砂条拉网配合软木砂条平顶。其结果如表5所示。

通过实验对比，珩磨砂条对石墨裸露率的稳定性有影响，碳化硅拉网产品的石墨裸露率比金刚石拉网产品的石墨裸露率稳定。

4  影响气缸套内孔石墨裸露率的因素总结

根据以上的实验我们认为，影响石墨裸露率的因素有很多种，归纳起来如下几个方面：①气缸套材质对石墨裸露率有较大的影响，这其中化学成分、碳硅含量及碳当量、金相组织和石墨形态的分布等对石墨裸露率的影响较大。②气缸套珩磨加工方式对石墨裸露率有较大的影响，比如拉网压力高而平顶压力低时石墨裸露率会较高、只拉网不平顶时石墨裸露率较高。③气缸套内孔珩磨砂条对石墨裸露率有一定影响，碳化硅砂条拉网比金刚石砂条拉网所产生的内孔石墨裸露率更稳定。④生产线对气缸套内孔石墨裸露率影响较小，相同材质的产品在不同生产线加工，最终石墨裸露率差别不大。

通过目前国内外客户对气缸套石墨裸露率要求的分析以及我们进行的相关试验，我们认为气缸套内孔石墨裸露率至少要达到20%，比较理想的状态石墨裸露率需要达到30-50%之间，这样裸露的石墨才能在气缸套与活塞环之间起到润滑、减少磨损的效果。

参考文献：

[1]王勇，杨广宁，张红菊.气缸套内孔表面珩磨质量评估[J].内燃机与配件，2018（07）：122-123.