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  1. 企業動態

發動機缸體缸孔塗層工藝技術講解

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近年來,我國陸續頒布了一系列政策法令明確對汽車環保和節能的要求,節能環保已經成爲汽車行業發展的必然趨勢。實現汽車的節能減排,是整個汽車行業所面臨的重大挑戰,因而發動機的設計開始朝著輕量化的方向發展,出現了越來越多的鋁合金輕質發動機。另一方面,産品更新周期越來越短,産品品種不斷增加以及極端的成本壓力是當今汽車行業的主要特點。降低單件成本是全球汽車行業生産的關鍵,爲了實現這一目標,汽車廠商逐漸與行業內的裝備供應商尋求長期合作以增加核心競爭力。
 
發動機缸孔噴塗這項新技術,汽車制造行業的同行應該不陌生,目前國內的一些汽車發動機設計和制造單位已經在開始咨詢和探索這項新工藝。鋁合金的發動機缸體取代鑄鐵缸體已成爲一種趨勢,然而這也爲發動機的制造工藝帶來了新的難題。一方面,鋁合金缸體的耐磨損性能較差,造成發動機在工作過程中,氣缸壁面容易磨損,以致活塞與氣缸壁間密封不良,在排量及輸出功率不變的情況下,必然導致油耗及尾氣排放的增加;另一方面,鑄鐵和鋁的熱容性特征是不同的,這也直接影響了鋁質發動機缸體的耐用性。
 
对此,一项全新的工艺技术flpACCS.Coated(AdvancedCylinder Coating System)高级缸孔涂层系统应运而生。MAG公司与SULZER Metco及Sturm合作,共同开发了?榛母卓淄坎慵扒昂蠡导庸ご硐低,使铝合金缸孔塗層工藝和机械加工完美结合,组成一套完整的加工系统。喷涂了涂层后的铝合金缸体依旧是一体式缸体,不再因嵌入一个灰铸铁(GCI)缸套而需要忍受缸筒变形问题,也不再具有灰铸铁缸套所有的热力学缺点。用等离子热喷涂缸孔取代灰铸铁缸套,不仅减少了发动机的总体质量,而且增加了其耐久性并降低了能耗。该技术已在德国大众的EA211发动机、Audi A8油电发动机、Vw Lupo 1.4L TSI、GM Opel及韩国双龙汽车等项目上得到应用。
 
發動機缸孔塗層與鑲鑄鐵缸套的優點體現在:顯著減小了發動機的質量,加強缸孔表面的強度,降低缸孔與活塞的摩擦和磨損,提高熱的傳導,最大承載熱和機械的負荷,降低油耗和CO:排放數量,最適應各種新的燃料,防止生鏽。
 
在缸体热涂层的工艺上,目前有两大趋势,一个是称为Rsw(PTWA)或是叫APS的工艺,即等离子高速熔焊热喷涂系统(Atmospheric Plasma Spray CoatingProcess);二是熱絲塗層工藝。
 
等離子高速熔焊熱噴塗的特點和參數
 
涂料粉末:可根据用户的要求来选择(柔性化)。工件的温度:喷涂前,环境温度;喷涂后180*F(82℃)。喷头旋转速度:可达200转/分l温度达16 000"C。缸孔直径范围:40~500mm;长度达700mm;厚度300¨m。较薄的涂层将提供高的加工精度和少的珩磨余量。ASP涂层的油槽深度可调整和可固定。喷涂工艺已成功应用在汽车及其他领域,如(大众汽车、斯堪蒂亚载货汽车、雅马哈摩托车、一级式方程赛车等)。
 
APS的工藝過程
 
(1)塗層前缸孔表面處理。下塗層前缸孔表面機械處理(燕尾槽結構的加工,見圖1),采用單軸加工中心及采用瑪帕刀,具有效率高、機械成本低和可一次性加工完成的特點。
 
(2)表面清理。去除塗層表面的塵土、油和切削液。
 
(3)塗膜。目的是建立一穩定的塗層,在孔的表面30mm的距離噴射燃燒而形成t通過襯套伸入到缸孔內。襯套要控制等離子空氣束使之噴塗均勻和塗層不過量。
 
(4)喷涂。燃烧头点燃和进给(旋转燃烧头,距离为45mm)。采用双工作头的话,涂22 j皇车工艺曩2016年第6期www.aut01 950.com层厚度300I,tm,节拍为90~120S。喷涂装置包括:控制机构,燃烧技术,粉末材料的供给和管理,氢气供应和剂量控制,氩气供应系统,灰尘收集系统,夹具夹紧装置,机械手上下料,安全及隔噪离声及防尘防护等。
 
(5)消膜和強力清理。將缸孔表面溫度降至80℃,通過高壓水、刷子和CO:進行清理。
 
(6)缸孔上下面倒角。
 
(7)精镗缸孔。
 
(8)缸孔珩磨?稍诩庸ぶ行纳线M行。
 
采用該工藝的優點
 
(1)不會給工件帶來熱量的積累,如采用隨行托盤工藝的話,工件不需要將托盤脫離。
 
(2)設備占地面積較少,不需要大面積占地的工件散熱(冷卻)滾道。
 
(3)塗層的表面孔間隙小,減少表面的摩擦。
 
(4)通過精镗,減少了缸孔珩磨的余量。
 
(5)可在加工中心上實現工件一次裝夾進行缸孔精镗和珩磨(不需重新定位和更換夾具),可獲得更好的加工質量。
 
最早的生产线建成于2001—2003年,每天可加工4 000个孔。
 
熱絲塗層工藝
 
另一种工艺称为ACCS.TWS(Thermal Wire Sprayer),即熱絲塗層工藝。它是通过一旋转喷头通过导向进入缸孔内,将加热融化的焊丝经过多次的往复移动涂在缸孔内。该工艺由MAG和Strum公司共同开发。
 
熱絲塗層工藝的涂料是由成卷的焊丝供料,焊丝直径1.6mm。几乎所有的导体都可以作为涂层的原料,这使得涂层的特性有很大的选择余地。通过阴极和阳极在尖部不断产生电弧融化并雾化焊丝,再通过超声等离子喷射头将雾化的涂料分子喷涂在缸孔壁上。在等离子雾化的初始,通过在喷头周围集中喷入一束强大的压缩空气或氮气,将这股雾状的涂料分子束喷射到缸孔壁上,而高动能使涂料分子颗粒深深地附着在经过粗加工的缸孔表面上。涂料粒子与发动机缸体间的热传导使得涂层迅速凝固?帕1舜硕鸦,形成一个极度耐磨的表面。工艺流程如图2所示。
 
塗層工藝
 
(1)工件上料。通過機器人將工件放入托盤隨行夾具。
 
(2)工件輸送。桁架機械手抓取托盤夾具,放入加工中心單元。桁架機械手帶有溫度測量裝置。
 
(3)缸孔表面預加工。SPECHT3/I]工中心,帶有刀刃檢驗功能。
 
(4)清理。一個吹空氣和真空裝置。
 
(5)在線檢測。通過帶三個傳感器的光學檢測儀檢查表面粗糙度和溝槽的深度和寬度。
 
(6)SPC檢測。檢驗孔的直徑和截面。
 
(7)噴塗。三軸,帶交換托盤;西門子840D控制系統;缸孔直徑72~90mm,單極燃燒器(150A);對于4缸發動機直徑爲80mm的缸孔,高度爲130mm,參考節拍爲158s(見圖3)。
 
(8)工件冷卻。將工件放在滾道上,溫度降至室溫。
 
(9)檢驗。用光學檢驗儀檢驗塗層面的密度和氧化物。該檢驗儀采用非接觸式檢測,可集成到生産線中,也可單獨作爲檢驗設備?赏ㄟ^塗層前和塗層後檢驗直徑差來計算塗層的厚度。
 
(10)缸孔精加工。通過加工中心镗孔,預留珩磨余量,珩磨缸孔。
 
(11)清洗。機器人上下料,在水中旋轉,真空幹燥。
 
(12)最終檢驗。通過線外檢具、三坐標等檢驗幾何尺寸(直徑,位置等)。MAG用于大批量生産的生産線2014年建成,節拍54s(見圖4)。
 
結語
 
上面介绍的两种缸孔塗層工藝,各有优缺点。用户可根据具体情况如产量、投资、生产线的柔性、材料消耗成本、设备占地面积等综合情况来选择。
 
同时,还需要指出的是,由于塗層工藝对涂层前和涂层后的加工条件要求较为特殊,所采用的加工设备要具有很好的刚性。目前,对生产测试中所使用的刀具还处于消耗成本高的状态,还需要在测试中对刀具进行不断的改进。

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