使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法，打磨單元包括主桿、安裝在主桿兩端的帶座軸承和通過橡膠圈夾具固定在主桿中部用于轉動打磨的橡膠圈；帶座軸承固定于往復運動單元的軸承座固定板上；主桿的端部設置有旋轉運動單元的花鍵圓盤；加載單元頂部的缸套試樣夾具設置于橡膠圈底部。本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法，適用于高硅鋁合金材料，在平面試樣實現硅顆粒凸出的效果，也能夠在缸套的圓筒狀弧面實現；加工的缸套，硅顆粒凸出并且邊角實現球化，以此提高其摩擦性能，降低摩擦系數。
【專利說明】
使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及材料表面改進技術領域，涉及到一種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化的設備及方法。【背景技術】
[0002]當代汽車零部件逐步向輕量化發展，高硅鋁合金缸套因其質量輕，導熱性好等優點受到關注。氣缸套是內燃機工作中摩擦行為頻繁的零件，其耐磨性需要進一步提高。作為承擔發動機內部摩擦磨損任務的零件，缸套材料就需要提高耐磨性，途徑之一便是改進其表面的形態。在摩擦磨損狀態下，高硅鋁合金材料的理想結構是硅顆粒凸出進行承載，凹下的鋁基體位置儲油便于潤滑效果。
[0003]化學腐蝕的方法雖然能夠實現這一結構，但是腐蝕液會造成環境污染，而且凸出的硅顆粒邊角尖銳，易脫落，腐蝕時間也需要嚴格控制。為了提高高硅鋁合金缸套的摩擦磨損性能，找到一種環保易操作的方法使缸套表面硅顆粒凸出并且邊角球化是非常有意義的。
【發明內容】

[0004]根據上述提出的技術問題，而提供一種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法，用以解決現有的化學腐蝕方法，腐蝕液會造成環境污染，而且凸出的硅顆粒邊角尖銳，易脫落，腐蝕時間也需要嚴格控制的缺點。本發明采用的技術手段如下:
[0005]—種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，包括:用于支撐的支架臺、用于對缸套試樣進行打磨的打磨單元、用于對打磨單元提供旋轉動力的旋轉運動單元、 用于對缸套試樣同打磨單元進行加載的加載單元和用于控制打磨單元往復運動的往復運動單元;所述打磨單元包括主桿、安裝在主桿兩端的帶座軸承和通過橡膠圈夾具固定在主桿中部用于轉動打磨的橡膠圈；所述的帶座軸承固定于往復運動單元的軸承座固定板上， 使帶座軸承能夠在主桿的軸向方向往復運動;所述主桿的端部設置有旋轉運動單元的花鍵圓盤;所述加載單元頂部的缸套試樣夾具設置于橡膠圈底部。
[0006]作為優選所述的往復運動單元包括:一號調速電機、偏心輪、連接桿、軸承座固定板、導軌和滑塊;兩個所述的軸承座固定板底部分別設置有滑塊，所述的滑塊設置于導軌上，兩個所述的導軌固定于支架臺的水平臺面上;所述的軸承座固定板通過連接桿連接有偏心輪，所述的偏心輪傳動連接有一號調速電機。
[0007]作為優選所述的加載單元包括缸套試樣夾具、主板、壓力傳感器、自調心連接塊、 加載螺桿、直線導軌和加載螺桿支板;所述的缸套試樣夾具固定于主板的上表面，所述的主板底部設置有用于支撐的四根直線導軌，所述的直線導軌固定在支架臺上;所述的主板下方依次設置有壓力傳感器、自調心連接塊和加載螺桿，所述的壓力傳感器通過連接線依次連接有變送器和載荷顯示表;所述的加載螺桿具有的外螺紋能夠同加載螺桿支板螺孔具有的內螺紋螺紋連接，并且能夠使加載螺桿轉動后在豎直方向升降。
[0008]作為優選所述的旋轉運動單元包括從動皮帶輪支架、從動皮帶輪內套、從動皮帶輪、軸承、卡簧、花鍵圓盤、皮帶、皮帶輪和二號調速電機;所述的從動皮帶輪支架設置于支架臺的水平臺面上，從動皮帶輪內套通過螺絲固定在從動皮帶輪支架上，從動皮帶輪內套上通過軸承和卡簧設置有從動皮帶輪;所述的從動皮帶輪通過花鍵圓盤同主桿端部固定， 所述的從動皮帶輪通過皮帶傳動連接有二號調速電機。
[0009]作為優選所述的橡膠圈和缸套試樣夾具外部設置有用于防護的玻璃罩，所述的玻璃罩底部同加載單元上部的主板通過密封玻璃圈密封設置。
[0010]作為優選所述的一號調速電機同偏心輪間設置有齒輪減速器I，并通過無級調速器I調節轉速。
[0011]作為優選所述的二號調速電機輸出端設置有齒輪減速器n，并通過無級調速器n 調節轉速。
[0012] —種上述使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備的加工方法，具有以下步驟:
[0013]—安裝缸套試樣固定于缸套試樣夾具上。[〇〇14] 一接通二號調速電機電源，橡膠圈旋轉運動，轉速范圍為1?620r/min。
[0015]—接通一號調速電機電源，橡膠圈沿主桿徑向往復運動，往復運動轉速范圍為1? 620r/min〇
[0016]—轉動加載螺桿把手，缸套試樣向上移動，使缸套試樣與橡膠圈接觸，載荷在1? 500N范圍內調節，使缸套試樣表面的鋁被磨掉而硅顆粒凸出且使其邊角球化。
[0017]與現有技術相比較，本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法，具有以下優點:
[0018]1、本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法， 適用于高硅鋁合金材料，在平面試樣實現硅顆粒凸出的效果，也能夠在缸套的圓筒狀弧面實現。
[0019] 2、本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法， 加工的缸套，硅顆粒凸出并且邊角實現球化，以此提高其摩擦性能，降低摩擦系數。
[0020] 3、本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法， 設備所用材料常見，成本低，實現度高;簡單易操作，對操作人員的技術要求不高;對環境無污染，環保。【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0022]圖1是本發明的正視圖。[〇〇23]圖2是本發明的俯視圖。
[0024]圖3-1是本發明使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法加工的缸套表面形貌圖。
[0025]圖3-2是現有技術化學腐蝕后的缸套表面形貌圖。
[0026]圖4-1是本發明使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法加工的缸套表面凸出的硅顆粒表面形貌線圖。
[0027]圖4-2是現有技術化學腐蝕后的缸套表面凸出的硅顆粒表面形貌線圖。[〇〇28]圖5是本發明的摩擦系數對比圖。[〇〇29]圖6是本發明缸套磨損量對比圖。[〇〇3〇]其中:1、一號調速電機，2、偏心輪，3、連接桿，4、軸承座固定板，5、導軌，6、滑塊，7、 帶座軸承，8、主桿，9、密封玻璃圈，10、玻璃罩，11、橡膠圈夾具，12、橡膠圈，13、缸套試樣， 14、缸套試樣夾具，15、主板，16、壓力傳感器，17、自調心連接塊，18、加載螺桿，19、直線導軌，20、加載螺桿支板21、從動皮帶輪支架，22、從動皮帶輪內套，23、從動皮帶輪，24、軸承， 25、卡簧，26、花鍵圓盤，27、皮帶，28、皮帶輪，29、二號調速電機，30、齒輪減速器II，31、齒輪減速器1，32、支架臺，33、變送器，34、載荷顯示表，35、無級調速器1，36、無級調速器II。【具體實施方式】
[0031]如圖1和圖2所示，一種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，包括: 用于支撐的支架臺32、用于對缸套試樣13進行打磨的打磨單元、用于對打磨單元提供旋轉動力的旋轉運動單元、用于對缸套試樣13同打磨單元進行加載的加載單元和用于控制打磨單元往復運動的往復運動單元。
[0032]所述打磨單元包括主桿8、安裝在主桿8兩端的帶座軸承7和通過橡膠圈夾具11固定在主桿8中部用于轉動打磨的橡膠圈12;所述的帶座軸承7固定于往復運動單元的軸承座固定板4上，使帶座軸承7能夠在主桿8的軸向方向往復運動;所述的往復運動單元包括:一號調速電機1、偏心輪2、連接桿3、軸承座固定板4、導軌5和滑塊6;所述的一號調速電機1同偏心輪2間設置有齒輪減速器131，并通過無級調速器135調節轉速。兩個所述的軸承座固定板4底部分別設置有滑塊6,所述的滑塊6設置于導軌5上，兩個所述的導軌5固定于支架臺32 的水平臺面上;所述的軸承座固定板4通過連接桿3連接有偏心輪2,所述的偏心輪2傳動連接有一號調速電機1。
[0033]所述主桿8的端部設置有旋轉運動單元的花鍵圓盤26;所述的旋轉運動單元包括從動皮帶輪支架21、從動皮帶輪內套22、從動皮帶輪23、軸承24、卡簧25、花鍵圓盤26、皮帶 27、皮帶輪28和二號調速電機29;所述的二號調速電機29輸出端設置有齒輪減速器1130,并通過無級調速器II 36調節轉速。[〇〇34]所述的從動皮帶輪支架21設置于支架臺32的水平臺面上，并且從動皮帶輪支架21 套過主桿8固定在支架臺32上，從動皮帶輪內套22通過螺絲固定在從動皮帶輪支架21上通過軸承24和卡簧25設置有從動皮帶輪23;所述的從動皮帶輪23通過花鍵圓盤26同主桿8端部固定，并且花鍵圓盤26通過花鍵和主桿8傳動連接。[〇〇35]所述的從動皮帶輪23通過皮帶27傳動連接有二號調速電機29。
[0036]所述加載單元頂部的缸套試樣夾具14設置于橡膠圈12底部;所述的加載單元包括缸套試樣夾具14、主板15、壓力傳感器16、自調心連接塊17、加載螺桿18、直線導軌19和加載螺桿支板20;所述的缸套試樣夾具14固定于主板15的上表面，所述的主板15底部設置有用于支撐的四根直線導軌19,所述的直線導軌19固定在支架臺32上;所述的主板15下方依次設置有壓力傳感器16、自調心連接塊17和加載螺桿18,所述的壓力傳感器16通過連接線依次連接有變送器33和載荷顯示表34;在加載的時候，缸套試樣13受力，將力傳遞給壓力傳感器16,壓力傳感器16通過變送器33將信號放大，在載荷顯示表34上顯示出壓力值。
[0037]所述的加載螺桿18具有的外螺紋能夠同加載螺桿支板20螺孔具有的內螺紋螺紋連接，并且能夠使加載螺桿18轉動后在豎直方向升降。
[0038]所述的橡膠圈12和缸套試樣夾具14外部設置有用于防護的玻璃罩10,所述的玻璃罩10底部同加載單元上部的主板15通過密封玻璃圈9密封設置，密封玻璃圈9用密封膠膠在主板15上，玻璃罩10裝在密封玻璃圈9內。
[0039]如圖所示，一種上述使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備的加工方法，具有以下步驟:
[0040]1、把42mmX9mmX7mm的缸套試樣13固定于缸套試樣夾具14上，并罩上玻璃罩10。[〇〇41 ]2、接通二號調速電機29電源，橡膠圈12旋轉運動，轉速在1?620r/min范圍內調[〇〇42]3、接通一號調速電機1電源，橡膠圈12沿主桿8徑向往復運動，往復運動轉速在1?620r/min范圍內調節。[〇〇43]4、轉動加載螺桿18把手，缸套試樣13向上移動，使缸套試樣13與橡膠圈12接觸，載荷在1?500N范圍內調節，優選加載到額定載荷5N，使缸套試樣13表面的鋁被磨掉而硅顆粒凸出且使其邊角球化。[〇〇44]5、將處理后的缸套試樣13進行清洗，用OLYMPUS公司LEXT(0LS3100)型3D激光共聚焦顯微鏡觀察試樣的表面形貌。
[0045]6、選用鉻基陶瓷復合鍍活塞環與缸套配對進行摩擦磨損試驗。為了對比數據，未處理的缸套與處理后的缸套采用同樣的試驗參數。[〇〇46]如圖3-1和圖3-2所示，是用3D激光共聚焦顯微鏡拍攝的缸套表面凸出的硅顆粒表面形貌圖，如圖4-1和圖4-2所示，線圖是凸出的硅顆粒表面形貌線，能夠對比出本發明加工的缸套同現有技術化學腐蝕加工的缸套的區別，如圖3-1所示，本發明處理后的硅顆粒凸出且邊角球化、圓化，而圖3-2所示，現有技術化學腐蝕后的硅顆粒凸出且邊角尖銳。
[0047]本發明所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備及加工方法，采用軟且彈性大的材料作為基體，鑲嵌一種硬質顆粒制成摩擦材料，旋轉并往復摩擦高硅鋁合金合金缸套表面，使缸套表面的鋁被磨掉而硅顆粒凸出，是主要為解決高硅鋁合金缸套而進行的研發。
[0048]考慮到使用材料的成本及實用性，摩擦材料選用軟橡膠作為基體，金剛石粉末作為硬質顆粒，即采用軟橡膠中鑲嵌金剛石顆粒。用此方法處理高硅鋁合金缸套表面后，選用鉻基陶瓷復合鍍活塞環與缸套配對進行摩擦磨損試驗，試驗結果顯示配對副的摩擦系數明顯有所降低。如圖5所示，與未處理的缸套進行對比，此方法處理后的缸套配對副的摩擦系數由0.141降低到0.121，降幅達14%。如圖6所示，與未處理的缸套相比，此方法處理后的缸套試樣13的磨損量由0.7mg降到0.2mg。[0〇49]本發明所設計的設備往復轉速能夠達到1?620r/min，旋轉轉速能夠達1?620r/ min，加載力能夠達到1?500N。
[0050]摩擦磨損試驗驗證，此方法處理的缸套能夠使配對副摩擦系數降低。此發明不光能用在平面的試樣上，也能夠應用在缸套試樣這種弧面上，設備所用的材料成本低，簡單易操作，對環境無污染。該發明適用于改進高硅鋁合金缸套表面形貌以提高摩擦性能。
[0051]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征在于包括:用于支 撐的支架臺(32)、用于對缸套試樣(13)進行打磨的打磨單元、用于對打磨單元提供旋轉動 力的旋轉運動單元、用于對缸套試樣(13)同打磨單元進行加載的加載單元和用于控制打磨 單元往復運動的往復運動單元；所述打磨單元包括主桿(8)、安裝在主桿(8)兩端的帶座軸承(7)和通過橡膠圈夾具 (11)固定在主桿(8)中部用于轉動打磨的橡膠圈(12);所述的帶座軸承(7)固定于往復運動單元的軸承座固定板(4)上，使帶座軸承(7)能夠 在主桿(8)的軸向方向往復運動；所述主桿(8)的端部設置有旋轉運動單元的花鍵圓盤(26);所述加載單元頂部的缸套試樣夾具(14)設置于橡膠圈(12)底部。2.根據權利要求1所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征 在于:所述的往復運動單元包括:一號調速電機(1)、偏心輪(2)、連接桿(3)、軸承座固定板 (4)、導軌(5)和滑塊(6);兩個所述的軸承座固定板(4)底部分別設置有滑塊(6)，所述的滑塊(6)設置于導軌(5) 上，兩個所述的導軌(5)固定于支架臺(32)的水平臺面上；所述的軸承座固定板(4)通過連接桿(3)連接有偏心輪(2 )，所述的偏心輪(2)傳動連接 有一號調速電機(1)。3.根據權利要求1所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征 在于:所述的加載單元包括缸套試樣夾具(14)、主板(15)、壓力傳感器(16)、自調心連接塊(17)、加載螺桿(18)、直線導軌(19)和加載螺桿支板(20);所述的缸套試樣夾具(14)固定于主板(15)的上表面，所述的主板(15)底部設置有用于 支撐的四根直線導軌(19)，所述的直線導軌(19)固定在支架臺(32)上；所述的主板(15)下方依次設置有壓力傳感器(16)、自調心連接塊(17)和加載螺桿(18)，所述的壓力傳感器(16)通過連接線依次連接有變送器(33)和載荷顯示表(34);所述的加載螺桿(18)具有的外螺紋能夠同加載螺桿支板(20)螺孔具有的內螺紋螺紋 連接，并且能夠使加載螺桿(18)轉動后在豎直方向升降。4.根據權利要求1所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征 在于:所述的旋轉運動單元包括從動皮帶輪支架(21)、從動皮帶輪內套(22)、從動皮帶輪 (23)、軸承(24)、卡簧(25)、花鍵圓盤(26)、皮帶(27)、皮帶輪(28)和二號調速電機(29);所述的從動皮帶輪支架(21)設置于支架臺(32)的水平臺面上，從動皮帶輪內套(22)通 過螺絲固定在從動皮帶輪支架(21)上通過軸承(24)和卡簧(25)設置有從動皮帶輪(23);所述的從動皮帶輪(23)通過花鍵圓盤(26)同主桿(8)端部固定，所述的從動皮帶輪 (23)通過皮帶(27)傳動連接有二號調速電機(28)。5.根據權利要求1、2、3或4所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備， 其特征在于:所述的橡膠圈(12)和缸套試樣夾具(14)外部設置有用于防護的玻璃罩(10)，所述的玻璃罩(10)底部同加載單元上部的主板(15)通過密封玻璃圈(9)密封設置。6.根據權利要求2所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征 在于:所述的一號調速電機(1)同偏心輪(2)間設置有齒輪減速器1(31)，并通過無級調速器I (35)調節轉速。7.根據權利要求4所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出且邊角球化設備，其特征 在于:所述的二號調速電機(29)輸出端設置有齒輪減速器n (30)，并通過無級調速器n (36) 調節轉速。8.—種上述權利要求1-7任意一項權利要求所述的使高硅鋁合金缸套表面硅顆粒凸出 且邊角球化設備的加工方法，其特征在于:一安裝缸套試樣(13)固定于缸套試樣夾具(14)上；一接通二號調速電機(29)電源，橡膠圈(12)旋轉運動，轉速范圍為1?620r/min;一接通一號調速電機(1)電源，橡膠圈(12)沿主桿(8)徑向往復運動，往復運動轉速范 圍為1 ?620r/min;一轉動加載螺桿(18)把手，缸套試樣(13)向上移動，使缸套試樣(13)與橡膠圈(12)接 觸，載荷在1?500N范圍內調節，使缸套試樣(13)表面的鋁被磨掉而硅顆粒凸出且使其邊角 球化。
【文檔編號】B24B7/10GK106078383SQ201610417374
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610417374.2, CN 106078383 A, CN 106078383A, CN 201610417374, CN-A-106078383, CN106078383 A, CN106078383A, CN201610417374, CN201610417374.2
【發明人】徐久軍, 徐佳子, 李承娣, 朱峰, 沈巖, 王維偉, 金梅
【申請人】大連海事大學