内燃机磨擦副免磨合四组合件的制造工艺

内燃机磨擦副免磨合四组合件的制造工艺

一、技术领域：本发明涉及内燃机用磨擦副组合件的制造工艺，尤其是涉 及一种用于内燃机上免磨合的磨擦副四种零部件的制造工艺。

二、背景技术：目前国内普遍采用的内燃机磨擦副四种零部件——汽缸套、 活塞、活塞环、活塞销，均为各柴油机制造厂根据自身设计需要，分项采购所 需要的零部件，然后在整机流水制造过程中加以装配；但这四种零部件装配在 内燃机后，在各种车辆上初次或大修后使用时，必须经过磨合期的磨合后，才 能发挥最佳的载重量和行驶速度，而磨合期阶段的载重和行驶速度均不能达到 正常，所以磨合期的存在，耗费大量的燃油，浪费时间精力，提高运营成本， 各柴油机制造厂根据自身的经济及技术状况，也有的在向零部件配套厂采购以 上零部件时，不同程度地采用了一些高新工艺的产品，这些单一零部件的高新 工艺分别是：汽缸套采用辉光等离子强化合金、激光淬火、表面磷化、NP涂 层、HTC耐磨涂层、表面镀铬、表面铁模覆砂、渗硫等；活塞采用阳极氧化、 表面微弧氧化陶瓷化、表面镀覆镍磷、表面镀锡、表面喷涂石墨等；活塞环采 用氮化、渗陶瓷、喷钼、特性晰磨、CKS复合电镀等；活塞销采用稀土渗碳 等；以上这些高新技术的实际应用，解决了一些单体性的问题，但至今尚没有 制造厂家将各种零部件高新工艺产品系统结合使用，更没有将这些配用产品所 使用的各种高新工艺根据内燃机制造的高标准要求，对它们进行创造性的改 进，使它们发挥更大的集合效应，使这四个零部件装配后，不经磨合期直接正 常使用的，绝大部分都是在其中的一个或几个部件上单独采用某一种或几种上 述的高新工艺，还有的为了迎合激烈的市场价格竞争的要求不采用上述工艺 地。

但是因为各种零部件所使用的高新工艺大多为各零部件制造厂单独开发 应用，柴油机整机制造厂多为被动选择应用还是不应用，这样就造成各种零部 件基本上应用高新技术只解决自身产品所面临的一些市场间题，而没有做到几 种零部件匹配统一协调采用何种技术最能发挥集合功效，所以实际应用效果大 打折扣，更重要的是由于各配套零部件供应商采用的工艺手段各异，几种零部 件集合匹配所需要改进何种高新工艺以期达到更佳效果更是难上加难，故 而目前柴油机整机制造厂全部只是比较被动地检测一些配套零部件的材质、几 何精度、硬度等表象的东西，对于组配起来的内燃机磨擦副组合件需要改进哪 一部件的工艺或技术只能与配套部件厂要求或协商，这对新技术的改进与推广 应用极为不利，所以现行技术的内燃机磨擦副组合均达不到免去初始磨合期的 功效。

综合以上原因，目前国内所生产的柴油动力，匹配整车后，正常工作的前 期均需经过一段时间的磨合期，浪费了巨大的能源，也生成了巨大的原本不必 要的环境污染。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供内燃机磨擦副免磨合四组合件的制造工艺，其 目的是解决传统的内燃机磨擦副四组件没有将各种零部件高新工艺产品系统 结合应用，装配到内燃机上后，开始使用时必须经过磨合期磨合后才能正常使 用，提高了成本，浪费能源、时间和污染环境的问题。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种内燃机磨擦副免磨合四组合件的制造工艺，其特征在于：该免磨合四 组合件包括汽缸套、活塞、活塞环、活塞销，它们的制造工艺分别按下述步骤 进行：

a、汽缸套处理步骤：

①在汽缸套内预留0.03mm～0.04mm的加工余量；

②对汽缸套进行交叉或螺旋激光淬火处理，汽缸套经激光淬火处理后， 淬火硬度≥HV750，深度≥0.12mm，宽度≥2.5mm，激光带的深度为0.12mm～ 0.20mm；

③对汽缸套进行精细的内孔珩磨处理；

经上述处理后即得本发明汽缸套；

b、活塞处理步骤：

对活塞裙部进行喷涂石墨的处理，改善活塞的初期磨合性能和冷起动的抗 拉缸性能，处理后即得本发明喷涂石墨活塞；

c、活塞环处理步骤：

将活塞环在低于300℃工作条件下，采用低温等离子化学气相沉积技术， 活塞环表面生长出一层30～50um的能发生双间扩散的微晶体与网络结构并存 的金属一陶瓷复合搏膜，处理后即得本发明渗浸陶瓷活塞环；

d、活塞销处理步骤：

对活塞销进行稀土渗碳处理，处理后即得本发明稀土渗碳活塞销；

经上上述对四零部件进行处理后即得本发明免磨合四组合件。

上述激光淬火汽缸套，配用表面喷涂石墨活塞、渗浸陶瓷活塞环、稀土渗 碳活塞销组配时，其配缸间隙0.12≥间隙≥0.07mm，配缸活塞重量差≤10g。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决传统的内 燃机磨擦副四组件没有将各种零部件高新工艺产品系统结合应用，装配到内燃 机上后，开始使用时必须经过磨合期磨合后才能正常使用，提高了成本，浪费 能源、时间和污染环境的问题。本发明具有如下优点：

1、节能性、经济性显著：本发明组件无需进行初期磨合，节省了初期磨 合所需的燃油消耗，节省了大量的磨合作业时间、精力，提高了作业效率，更 有利于把握稍纵即逝的商机；按每台柴油车辆磨合期1500～2000公里计算； 中重型卡车每百公里燃油耗25L，3.60元/L计算，将节省磨合所需燃油费用 1350元-1800元；轻型卡车，农用运输车每百公里燃油耗11L，3.60元/L计算， 将节省磨合所需燃油费用600元～790元；按2003年的统计数据分析，全国 民用车辆保有量，载货汽车、农用运输车、大中型拖拉机总计为：2134.9万辆， 不含载客汽车、摩托车、小型拖拉机，如果每辆节省初始磨合燃油按最低数 600元，每辆车每年维修一次更换一次磨擦副组合件，每年将节省能源价值128 亿元；如果按节省能源的平均价值计算[(1350+1800+600+790)÷4＝1135]， 价值高达242.3亿元，按每吨0.4万元计算，折合成品燃油为320～605万吨； 按各种统计资料及预测资料分析，到2015～2020年间上述车种在我国国内的 总保有量将达到6000万台左石，届时如果采用本发明组件每年将节省能源 900～1700万吨，总价值360亿～680亿元，由此而减少的污染而生成的环保 效益不可估量。

2、对国家整体可持续发展战略意义重大，在全球能源日趋紧张、部分能 源面临枯竭，世界各国争夺能源十分激烈的今天，本发明对国家长远可持续发 展战略显得尤为重要；

3、环保性能明显，由于采用了多种高新技术，发挥其集合应用功效，环 保效果也很显著，降低尾气排放的CO、CH、NO_X含量40％；降低发动机排 温15～35℃。减少大气温室效应；

4、使用及配付十分方便，本发明精心测量组配，只要使用者对应型号相 同，既可直接装机使用，不必再为各部件的型号是否对应，匹配间隙是否合理 担心，使用方便、快捷。

5、本发明激光淬火处理汽缸套将缸套的基本组织从珠光体加片状石墨转 化为细针状马氏体及未溶石墨，提高了磨损过程中的金属塑性变形抗力和断裂 强度，从而提高耐磨性，而未经处理的缸套内表面具有良好的储油特性构成第 二磨擦面，从而改善磨擦面的润滑条件，达到了提高耐磨性，激光淬火处理缸 套一般比普通缸套提高耐磨性25％～30％；进而提高了缸套的使用寿命，一般 缸套的使用寿命是5000小时左右，而经过激光处理的缸套的寿命一般可达到 10000～12000小时；同时具有优越的抗拉缸性能和配付性能，可使所配付的 活塞环使用寿命提高30％～45％以上；由于激光淬火处理前缸套采用了磷化处 理工艺，因此使缸套具有很好的抗穴蚀能力；由于采用交叉或螺旋激光淬火处 理网络还可长期保持缸套内孔使用过程中磨损量均匀，发动机压缩比稳定，进 而相应减少油耗，达到节能目的。本发明的工艺既克服了成品缸套淬火后激光 带的凸起，又保证了缸套的精度，大大减少加工废品率，降低了成本。所以本 发明工艺生产的激光缸套可以配付任何材质的活塞环，延长了活塞环的使用寿 命，并极大缩短了初期磨合时间。

6、本发明的喷涂石墨活塞，既可改善活塞的初期磨合性能和冷起动的抗 拉缸性能，又可起到良好的减磨作用，降低活塞与汽缸间的磨擦功，进一步提 高了发动机的整体性能，节省燃料，降排放指标，延长整机使用寿命。

7、本发明的渗浸陶瓷活塞环，其基本及表面不变形，常温下导热性能提 高42％并随温度增加，减少活塞球受热变形，提高环的密封性，改善发动机早 期窜气、窜油现象，对CO、HC、NO化合物具有催化反应作用，减少了有害 气体生成，符合环保要求，在提高基体表面硬度、韧性、耐磨性的同时，实现 了环与缸套使用寿命的同步延长；同时渗浸陶瓷活塞环可以改善发动机的热传 导性，降低发动机排温15～35℃，降低燃油与机油消耗，达到节能的目的， 减少磨损提高发动机使用寿命，使抗拉缸性能增强等。

8、本发明的稀土渗碳活塞销比普通JB/T8118-1997标准活塞销耐磨性提 高30％，弯曲疲劳强度提高30％～47％，冲击韧性提高20％。采用稀土渗碳活 塞销可以提高内燃机磨擦副组件的整体特性，它不直接作用磨擦副的磨擦功。

四、具体实施方式：

本发明内燃机磨擦副免磨合四组合件，该免磨合四组合件包括汽缸套、活 塞、活塞环、活塞销，它们的制造工艺分别按下述步骤进行：

a、汽缸套处理步骤：

①将原来的制成品加工改为半成品加工，在激光处理之前汽缸套内预留 0.03mm到0.04mm的加工余量；

②对汽缸套利用高能量密度的激光光束对已加工制成的成品汽缸套进 行高速加热扫描，通过金属的自导传热、实现快速急剧冷却，以获得自冷淬火 的超细化晶粒，将汽缸套的基本组织从珠光体加片状石墨转化为细针状马氏体 及末溶石墨，提高了磨损过程中的金属塑性变形抗力和断裂强度，从而提高耐 磨性，进行交叉或螺旋激光淬火处理后，淬火硬度≥HV750，深度≥0.12mm， 宽度≥2.5mm，激光带的深度为0.12mm～0.20mm；

③激光处理过后，再进行精细的内孔珩磨处理这样既克服了成品汽缸 套淬火后激光带的凸起，又保证了缸套的精度，大大减少加工废品率，降低了 成本。所以我公司标准生产的激光汽缸套可以配付任何材质的活塞环，延长了 活塞环的使用寿命，并极大缩短了初期磨合时间；

经上述处理后即得本发明汽缸套；

b、活塞处理步骤：

对活塞裙部进行喷涂石墨的处理，处理后即得本发明喷涂石墨活塞，石墨 具有良好的润滑特性，抗压强度高，耐高温氧化，还具有良好的导热性，热稳 定性，腐蚀性和较低的磨擦系数，一般为0.11，因此，活塞裙部喷涂石墨后， 既可改善活塞的初期磨合性能和冷起动的抗拉缸性能，又可起到良好的减磨作 用，降低活塞与汽缸间的磨擦功，进一步提高了发动机的整体性能，节省燃料， 降排放指标，延长整机使用寿命，

c、活塞环处理步骤：

将活塞环在低于300℃工作条件下，采用低温等离子化学气相沉积技术， 活塞环表面生长出一层30～50um的能发生双间扩散的微晶体与网络结构并存 的金属一陶瓷复合搏膜，处理后即得本发明渗浸陶瓷活塞环；

d、活塞销处理步骤：

对活塞销进行稀土渗碳处理，处理后即得本发明稀土渗碳活塞销；

经上上述对四零部件进行处理后即得本发明免磨合四组合件。

上述工艺加工制造的激光淬火汽缸套，配用表面喷涂石墨活塞、渗浸陶瓷 活塞环、稀土渗碳活塞销组配时，其配缸间隙0.12≥间隙≥0.07mm，配缸活 塞重量差≤10g；活塞环：亦可用喷钼环，润滑性能好于渗浸陶瓷环，尾气排 放、面硬度指标差于渗浸陶瓷环，活塞销；也可用普通JB/T8118-1997标准 活塞销，而传统四组合件组配时，配缸间隙只为0.07≥间隙≥0.03mm，采用 本发明的配缸间隙装配后，用标重为1吨～1.5吨的新车做实验，在不经过磨 合的情况下，可以载重达到10吨正常行驶。

经过发明人七个月时间，选择不同类型的车种进行实装试验，装配按本发 明工艺方法生产的内燃机磨擦副免磨合组合件，在运行初期均不进行磨合而直 接作业，工作情况均很良好。最长时间已经运行一年多时间，经过我们的跟踪 调查证明：工作状态一切正常。

本发明采用的实验办法如下：

选择需要维修内燃机磨擦副的不同车种，车种包括重、中型载货汽车、轻 型载货汽车、四轮农用运输车、三轮农用运输车、大中型轮式拖拉机，维修时 装配本发明组件，不经过磨合期直接工作；

载重质量：载货汽车、四轮农用运输车为车辆标准载货质量的2倍；三轮 农用运输车大中型轮式拖拉机等其它车辆为车辆标准载货质量的2～4倍；

运行速度；车辆正常工作情况下所能达到或应该保持的正常速度。

作业环境：1、正常气候状态下；2、北高寒气候状态下，3月开始试验； 3、原路况正常，山区路况起伏不平状态下；

车辆整体状况：对车辆其它相关部件进行全面检修并对有问题的部件进行 相应的调试或更换，相关部件是指：连杆、连杆螺栓、喷油嘴、喷油器、缸垫、 机体、缸盖螺栓、卡簧、进气歧管、三滤、气门、气门导管、气门挺柱、曲轴、 气门油封、润滑油、燃油、冷却液。装配环境及要求：室内，禁露天装配、更 换三滤，使用CD级润滑油，彻底清理整机递气系统。装配技术要求：专业有 维修资质证书的维修人员，使用专用工具按技术标准要求实施。

实验结果是：均达到无需磨合而直接作业，效果良好。

其它结果：单独采用某一种或某几种以上高新工艺产品的配组部件的产 品，实验效果均失败；使用原工艺激光淬火缸套，其它配组部件均采用了上述 高新工艺产品，实验结果也是失败，只有采用了本发明工艺加工后的激光淬火 缸套，并配以其它高新工艺配组部件的实验产品取得了实验成功。

失败表现：在采用上述同等实验办法的情况下失败表现为：

1、运行期间发动机严重高温；2、发动机汽缸早期磨损严重；

3、窜气、窜机油现象严重；4、发动机作业功率突失；

5、发动机汽缸早衰；6、发动机尾气排放喷黑烟严重。

下述为发明人所做跟踪实验调查记录：

车辆类型：轻型载货汽车，标准载重质量：1.5T

柴油机型号：云南内燃机厂4100柴油机

车辆牌号：辽AR3120

车主姓名；刘丽、驾驶员：李宝林

实验时间；2004年4月20日

装革质量；2.5T～4.5T

装载物质：汽车配件、建筑材料、油料、常用品等。

远行速度；60～90KM/小时

运行区间：辽宁、吉林、山东、内蒙古、黑龙江、河北

作业环境：平原、山区、包括乡间砂石路、土路

车辆整体状况：装前检查各部件、更换三滤、润滑油、清洗逆气系统。装 配环境：室内，无扬沙粉尘。

跟踪调查：2004年4月20日装配初期，未经磨合直接装载2.5T货物运 行，以60～80公里/小时的速度区间作业，经过一个多月后，检视发动机运行 情况结果正常。期间该车辆跑远途运输分别到过辽宁朝阳山区、本溪山区、宽 甸山区及乡间砂石土路，还到过哈尔滨，全程高速公路以平均80公里/小时的 速度，载重2.8吨货物，运行正常，末发现高温、窜气、窜油等不良反映；2004 年6～8月期间，更换一次润滑油、更换一次空气滤清器、柴油滤清器、机油 滤清器，之后继续以常态运行正常；2004年11月期间再次更换润滑油、继续 以常态运营，之后按发动机使用要求定期，定程保养，至今运行良好，期间未 再修埋发动机汽缸。全部跟踪期间，分别在运行到2000公里，5000公里时两 次更换润滑油，在运行到2000公里时更换一次三滤，之后按柴油机使用说明 进行定期、定程保养。2004年11月以后解除跟踪测试，之后于2005年1月， 2005年3月两次询问运行情况，反映良好。

经本发明工艺方法制造的内燃机磨擦副免磨合四组合件达到了免去磨合 期的效果，大量节省了车辆的运行成本，节约了能源、时间，减少了对环境的 污染。