气缸套的“绿色”生产—应力控制浅谈.pdf

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1、32内燃机与配件2叭4年第12期气缸套的“绿色"生产一应力控制浅谈李艳丽严方曾慧敏(江苏爱吉斯海珠机械有限公司江苏通圆回转支承有限公司)气缸套作为发动机的核心零件，其质量直接关系柴油机的功能、油耗、寿命、环保等，环保意识及要求的提高，对能源问题的重视，引导发动机厂家对气缸套的要求日趋严格，由过去只重视几何尺寸和形位公差提高到对发动机气缸套的应力苛刻要求上，气缸套存在过大的内应力，对发动机的使用性能影响很大，因为在发动机的使用过程中或者较长时间的存放过程中内应力的释放，对气缸套的内孔形状影响很大，对尺寸也有一定程度的影响。“绿色”气缸套的出现，能较大程度的满足要求。绿

2、色气缸套不仅仅要求产品制造出满足使用要求的“绿色”气缸套，减少柴油机的有害尾气排放、燃油耗和润滑油耗，提高发动机的功率，同时在制造过程中符合节能环保要求、节省能源、减少环境污染，内应力的消除技术是国内外发动机制造业和气缸套制造业都特别重视的研究。气缸套内应力的来源：对气缸套内应力进行处理和检测评价，首先必须了解内应力是如何产生的。气缸套产品的内应力主要有两个方面来源，即毛坯浇铸成形过程中的铸造应力和毛坯金属切削加工过程中形成的切削残余应力。1铸造应力就铸造应力而言，主要有以下三种来源：热应力：铸件各部分的薄厚是不一样的，铸后，薄壁部分冷却速度快，收缩大，而厚壁部分冷

3、却速度慢、收缩小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，而厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压也大。这个压力是由各部分薄厚不同，冷却速度不同、塑性变形不均匀而产生的，叫热应力。相变应力：气缸套常用的合金铸铁材料，含碳量在2．8％～3．5％，属于亚共晶铸铁，由结晶过程可知：厚壁部分在11530c共晶结晶时，析出共晶石墨，产生体积膨胀。当温度降到7380c时，铸铁发生共析转变，由面心立方变为体心立方结构(即1一Fe变为0【一Fe)，比容由o．124cm3／矛增大到o．127cm3／92．同时有共晶石墨析出，是在1153。C和7380C两次相变而

4、产生的，叫相变应力。相变应力与冷却过程中产生的热应力方向相反，相变应力被热应力抵消。在共析转变以后，不再产生相变应力，因此铸件由于薄厚不一，冷却速度不同所形成的热应力起主要作用。收缩应力：(也叫机械阻碍应力)铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等的阻碍作用而产生的应力叫收缩应力。由于各部分由塑性到弹性状态转变有先有后，型芯等对收缩的阻力将在铸件内造成不均匀的塑性变形，产生残余应力。收缩应力一般不大，多在打箱后消失，气缸套生产多是金属模离心浇铸，在毛坯的成形过程中，随着毛坯温度的降低，毛坯外形尺寸的收缩，毛坯是在一种宏观自由状态下成形，收缩应力在气缸套毛坯中所占

5、比例很小。2切削残余应力工件的金属切削加工过程也会产生残余应力，有残余张应力和残余压应力之别。残余张应力会降低零件的疲劳强度，有时甚至在切削加工之后，会使零件表面产生轻微裂纹；而残余压应力有时却能提高零件的疲劳强度。各部分的残余应力由于分布不均匀，会使工件产生变形，影响工件的形状和尺寸精度。金属切削残余应力产生的原因有以下三个方面：热塑变形效应的影响：在零件加工过程中，金属发生塑性变形，变形过程中产生变形热，同时刀具和工件加工表面之间摩擦热使得摩擦面温度很高，里层温度较低，切削后，表层和里层的温度都李艳丽严方曾慧敏：气缸套的“绿色”生产一应力控制浅谈33下降到相同的

6、数值(室温)。因此，表层收缩多而里层收缩少，表层的收缩受到里层的牵制，因而表层存在张应力而里层存在压应力。里层金属弹性的恢复：已加工表面形成时，表层金属受到强烈的塑性变形，表层塑性变形的过程是在里层金属处于弹性变形的的情况下进行的。已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失，弹性变形便趋向复原，但受到表层金属牵制，因而在表层造成应力状态。如果里层的弹性变形是压缩变形，则在表层造成张应力；如果里层的弹性变形是拉伸变形，则在表面造成的是压应力。表层金属在切削热的作用下发生相变：在高速切削和切削深度较大时，刀具与工件摩擦面的温度可达600—8000C，表层金属有可能发生相变，

7、结果使得表层出现压应力，而里层存在张应力。3内应力处理技术切削产生的残余应力是由上述各种成因导致的残余应力的合成，但是根据不同的加工工艺，所占的地位是不同的，可以对加工工艺进行合理调整。如果成品气缸套有很大的内应力，在长期存放的过程中，内应力的释放会引起形状的变化，这不但会影响发动机零部件的装配，还会影响到机器的使用功能。如果气缸套在水套部位存在一定的残余应力，其表面会产生微观切削裂纹，这裂纹容易造成气缸套穴蚀，加速气缸套失效。在使用过程中如果存在严重的内应力，会影响气缸套的热稳定性，造成气缸套和活塞环密封性能下降，严重影响发动机的功率和尾气排放以及发动机的燃油