一种超微造型的气缸套及其制备方法

杨淑娟

摘要：一种超微造型的气缸套及其制备方法，气缸套内孔从上至下分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区，所述Ⅰ区起始于活塞运动的上止点，Ⅱ区为活塞运动的冲程中部，Ⅲ区起始于活塞运动的下止点至缸套底端，氣缸套内壁有激光刻啄的超微网纹沟槽，相邻网纹呈错位螺旋分布;经过激光刻啄，缸套内孔表面沟槽结构均匀，槽深一致稳定性高，缸套表面光滑，可有效避免拉缸，降低活塞环与缸套内孔的摩擦磨损量，进而降低油耗，延长缸套使用寿命。

关键词：超微造型;激光刻啄;网纹沟槽

0  引言

气缸套是发动机的关键零件之一，气缸套内表面结构影响发动机的机油消耗和寿命。气缸套内表面的网纹结构有网状沟槽和顶部小平台构成，气缸套网状沟槽，便于贮存润滑油，提高了气缸套实际的承载面积，也有利于机油向上泵送至气缸套上部的工作区域;顶部小平台有利于形成高强度的油膜，将气缸套表面多余的机油刮回至曲轴箱，使气缸表面的滑动性能得到改善，增加缸孔的气密性，同时也大幅度降低机油消耗。然而气缸套的性能和使用寿命与气缸套内表面的网纹沟槽的宽度、深度、分布以及均匀性等参数密切相关。

目前气缸套内表面主要采用珩磨工艺和微造型工艺加工。珩磨工艺是机械加珩磨，采用粗珩、半精珩、精珩制造网纹，工艺复杂加工成本高，且均匀性差，且很难掌控网纹的疏密以及深度、夹角。表面微造型工艺是借用激光扫描精准快捷地在摩擦副工件表面加工出纹路或凹坑，是近些年发展起来的先进制造技术，而合理的纹路参数对气缸套在不同场合使用具有重要作用。

1  一种超微造型气缸套技术方案

1.1 一种超微造型气缸套的技术参数

一种超微造型的气缸套，包括气缸套本体，气缸套内孔从上至下分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区三个区域，所述Ⅰ区起始于活塞运动的上止点附近，Ⅱ区为活塞运动的冲程中部，Ⅲ区起始于活塞运动的下止点至缸套底端;气缸套内壁有激光刻啄的超微网纹沟槽，且相邻网纹呈错位螺旋分布，所述激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为1.5-15mm，刻线深度H为0.004-0.03mm，刻线圆周方向距离D1为0.6-10mm，D1为近似直线距离，刻线轴向距离D2为1-16mm，其中Ⅰ区刻线轴向距离D2小于Ⅱ区刻线轴向距离D2。

1.2 一种超微造型气缸套的优选技术方案

作为优选，一种超微造型的气缸套，所述Ⅰ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为3mm，刻线深度H为0.006-0.01mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为2mm，刻线轴向距离D2为2mm;所述Ⅱ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为3mm，刻线深度H为0.006-0.01mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为2mm，刻线轴向距离D2为6mm，Ⅲ区不进行激光刻啄。

作为优选，一种超微造型的气缸套，所述Ⅰ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为2mm，刻线深度H为0.006-0.015mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为3mm，刻线轴向距离D2为3mm;所述Ⅱ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为4mm，刻线深度H为0.004-0.009mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为4mm，刻线轴向距离D2为8mm;Ⅲ区不进行激光刻啄。

作为优选，一种超微造型的气缸套，所述Ⅰ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为2mm，刻线深度H为0.006-0.015mm，刻线圆周方向距离D1为（D1为近似直线距离）3mm，刻线轴向距离D2为3mm;所述Ⅱ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为4mm，刻线深度H为0.004-0.009mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为4mm，刻线轴向距离D2为8mm;所述Ⅲ区激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为4mm，刻线深度H为0.004-0.009mm，刻线圆周方向距离D1（D1为近似直线距离）为4mm，刻线轴向距离D2为4mm。

2  一种超微造型气缸套的制备方法

一种超微造型的气缸套的制备方法，包括铸造、机加工和激光刻啄工艺，其具体制备步骤如下：

①采用钢管或金属型湿涂料离心铸造工艺制备气缸套铸件，随后对气缸套铸件进行机加工，基础珩磨至内孔圆柱度为0.008mm;

②用高精度机床将步骤①所得气缸套铸件进行内孔、外圆的切削加工，及后续内孔珩磨加工，具体工艺流程依次为粗切、粗镗内孔、修车、精镗内孔、粗珩内孔、半精车外圆、粗珩内孔、精车外圆、精珩内孔;

③用激光器对步骤②所得气缸套内表面进行激光刻啄加工。

本发明所用的激光器设备型号为YLD-1/120/50/50，激光刻琢前在计算机中输入网纹沟槽的参数，按照需求进行激光刻琢。

该超微造型结构适用于铸铁缸套、钢制材质缸套、铝合金缸套等合金材料的缸体内表面加工。

3  一种超微造型气缸套的有益效果

①气缸套经过激光刻啄完成，缸套内孔表面沟槽结构均匀，内孔磨损少，槽深一致，稳定性高，缸套表面光滑，该造型分布可有效避免拉缸，降低活塞环与缸套内孔的摩擦磨损量，从而降低油耗，延长缸套使用寿命。

②通过对网纹沟槽的参数设置，使气缸套的摩擦系数和磨损量明显低于普通气缸套，使摩擦系数（如图1）小于0.1，大大降低了气缸套与活塞环之间的摩擦系数和磨损量（如图2），延长了气缸套的使用寿命，有效避免发动机拉缸等安全事故的发生。

③通过采用超微造型气缸套的制备方法，能够制备具有网纹凹槽分布均匀的珩磨气缸套，且制造的气缸套储油功能好，摩擦系数低，磨损量低，有效提高了气缸套的使用性能和使用寿命。

4  一种超微造型气缸套具体实施方式

一种超微造型的气缸套（如图3所示），包括气缸套本体，气缸套内孔从上至下分为Ⅰ区1、Ⅱ区2、Ⅲ区3三个区域。所述Ⅰ区1起始于活塞运动的上止点附近，距离气缸套顶部8mm，Ⅰ区1整体尺寸长度为35mm;Ⅱ区2为活塞运动的冲程中部，Ⅲ区3起始于活塞运动的下止点至缸套底端附近，距离气缸套底部10mm，Ⅲ区3整体尺寸长度为30mm。

激光刻啄的超微網纹采用错位螺旋分布（如图4所示），所述Ⅰ区1激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为2mm，刻线深度H为0.006-0.015mm，刻线圆周方向距离D1为3mm，刻线轴向距离D2为3mm;所述Ⅱ区2激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为4mm，刻线深度H为0.004-0.009mm，刻线圆周方向距离D1为4mm，刻线轴向距离D2为8mm;所述Ⅲ区3激光刻啄的超微网纹沟槽的参数为：刻线宽度D为0.03-0.2mm，刻线长度L为4mm，刻线深度H为0.004-0.009mm，刻线圆周方向距离D1为4mm，刻线轴向距离D2为4mm。

所述气缸套的内孔基础光洁度Rz为1-7μm，使其内孔上止点、冲程中部及下部表面具备刻啄参数均匀的网纹沟槽。

一种超微造型的气缸套的制备方法，所用的激光器设备型号为YLD-1/120/50/50，其具体制备步骤如下：

①采用钢管或金属型湿涂料离心铸造工艺制备气缸套铸件，随后对气缸套铸件进行机加工，基础珩磨至内孔圆柱度为0.008mm;

②用高精度机床将步骤①所得气缸套铸件进行内孔、外圆的切削加工，及后续内孔珩磨加工，具体工艺流程依次为粗切、粗镗内孔、修车、精镗内孔、粗珩内孔、半精车外圆、粗珩内孔、精车外圆、精珩内孔;

③用激光器对步骤②所得气缸套内表面按照上述超微网纹沟槽的参数进行激光刻啄加工;激光刻琢前在计算机中输入网纹沟槽的参数，同时使第N+1层网纹恰好位于第N层相邻的两条网纹的间隙之间，采用错位排列方式分布，保证储油均匀，提高缸套与活塞环的耐磨性。

如图3、图4所示，网纹采用错位螺旋分布，使第N+1层网纹恰好位于第N层相邻的两条网纹的间隙之间，即相邻两行的网纹沿轴向方向呈错位状态，使每条网纹保持相对独立，储油均匀，缸套与活塞环的耐磨性得到提高。

5  结语

综上所述，本文提供一种超微造型气缸套及其制备方法，能够改善气缸套内孔壁的润滑性能，使内孔壁储油均匀，不仅降低油耗、避免拉缸，而且有效提高气缸套与活塞之间的耐磨性能，进而提高了气缸套的使用寿命和发动机工作的稳定可靠性。

参考文献：

[1]李殿中，康秀红，夏立军，等.可视化铸造技术的研究与应用[J].铸造，2005（2）.

[2]李殿中，张玉妥，刘实，等.材料制备工艺的计算机模拟[J]. 金属学报，2001（5）.

[3]陈立亮，刘瑞祥，周建新，等.铸造数值模拟技术新进展及铸造CAE应用[J].铸造纵横，2005（4）.