[发明专利]一种高性能气缸套组件及制造方法

说明书

本发明公开了一种高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套和与缸套内壁滑动配合的活塞环，其特征在于：所述缸套和活塞环的的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种；缸套内壁镀有耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层上阳极刻蚀有微网纹；在缸套内周面设有刮擦槽，所述刮擦槽位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物。还公开了一种高性能气缸套组件的制造方法。其能够提高缸套与活塞环的匹配性能，降低机油消耗，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及气缸套组件制造，具体涉及一种高性能气缸套组件及制造方法。

背景技术

内燃机是汽车、船舶、工程机械与发电机组中的重要动力系统，而气缸套和活塞环作为工作中的一对摩擦副，经历恶劣的高温、压力循环冲击和强烈磨损，是内燃机中的关键部件，其力学性能和摩擦学匹配直接影响内燃机动力工作性能的发挥，其机油耗和使用寿命对内燃机的运行成本起着至关重要的作用。

对内燃机气缸内表面或活塞环进行适当的处理，提高其表面耐磨性是提高内燃机工作性能和使用寿命的主要手段。目前，在内燃机气缸和活塞的制造过程中，表面处理方法主要有两类：其一是通过表面改性、涂层或镀层提高气缸内表面的硬度和耐磨性，采用的方法主要包括表面淬火、电镀硬铬、化学镀金属、激光表面淬火、等离子表面淬火等；其二是通过表面的储油结构降低摩擦副间的摩擦系数，改善润滑条件，减小磨损，采用的方法包括激光刻蚀、平顶珩磨、松孔镀铬、制造凹凸表面等。

然而，目前对于缸套和活塞环都是独立生产，没有系统地进行性能上的匹配，只能依靠用户使用过程中的不断磨合、筛选以及报废经验来选择合适的搭配方案，两者的制造与性能提升也独立进行。对于缸套的制造，较为传统的制造方法是改进缸体的材料和铸造工艺、内表面进行激光刻蚀或平顶珩磨，在其表面产生一定的耐磨性和储油结构，所达到的耐磨性能和润滑条件已经达到或接近传统制造方法的极限。珩磨缸套是多数气缸套的生产制造方法，实际生产中珩磨用磨料种类和特性以及制造中的随机性，所形成的储油结构依靠非常不均匀的磨痕，达不到日益复杂服役环境的要求。同时其表面未经任何强化，使用寿命大打折扣，维修周期缩短，成本极大地提高。激光刻蚀工艺通过控制激光工艺参数、激光束或工件的运动来获得一定形状的储油结构，同时气缸内表面的磨损情况也得到有效改善。目前，激光刻蚀与珩磨结合成为内燃机气缸摩擦副零件的主要制造方法，但是激光刻蚀形成的储油结构在不同服役条件与不同类型内燃机的气缸套上并不能完全满足要求，维修成本和机油损耗仍然非常高，加大了能源需求和运行成本。松孔镀铬已经在专利和文献中有所提及，在强化缸套和活塞环内表面的同时形成密集的储油沟槽，既提高了耐磨性又减小了与活塞之间的摩擦系数。但所报道的摩擦系数减小和节约机油的效果并不明显，在国内未能形成稳定的工艺而应用相对较少。

值得注意的是，作为一对摩擦副，两者的材料、结构和性能匹配决定着最终的使用寿命，选择合适的缸套和活塞环，不仅可以发挥两者各自的性能优势，还能延长维修周期、节约燃油和机油，降低运行成本。因此在考虑气缸套对磨损性能和节油更高要求的同时，同时设计制造与之匹配的活塞环意义重大，也是用户非常重视的整体解决方案。单纯采用单一技术手段或强化一方性能不能满足使用的要求，应该从材料、结构和制造三方面系统性的进行设计，提出一种节约机油、提高耐磨耐蚀性能、保证润滑条件的系统制造方法，对于内燃机的高效运行是极为重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能气缸套组件及制造方法，其能够提高缸套与活塞环的匹配性能，降低机油消耗，延长使用寿命。

本发明所述的高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套和与缸套内壁滑动配合的活塞环，所述缸套和活塞环的的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种；缸套内壁镀有耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层上阳极刻蚀有微网纹；在缸套内周面设有刮擦槽，所述刮擦槽位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物。