影響氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率因素的研究

肖培賢

摘要：氣缸套是發(fā)動機關(guān)鍵零件之一，被稱為發(fā)動機的心臟，而氣缸套內(nèi)孔表面的珩磨質(zhì)量的高低直接決定了氣缸套的性能。氣缸套珩磨質(zhì)量除了用內(nèi)孔形位公差、線性化的支承率曲線（Rpk/Rk/Rvk等參數(shù)）和概率支承率曲線（Rpq/Rq/Rmq等參數(shù)）進行評價外，氣缸套內(nèi)孔珩磨石墨裸露率也是評價珩磨質(zhì)量的另一個重要特征，目前越來越多的客戶開始要求對石墨裸露率進行控制。

Abstract： The cylinder liner is one of the key parts of the engine and is called the heart of the engine. The honing quality of the surface of the cylinder bore inner surface directly determines the performance of the cylinder liner. In addition to the inner hole shape and position tolerance， linearized support rate curve and probabilistic support rate curve for evaluation of cylinder liner honing quality， the exposed rate of graphite for honing of cylinder liner bore is another important feature for evaluating honing quality. At present， more and more customers are asking for control of the graphite exposure rate.

關(guān)鍵詞：氣缸套;珩磨質(zhì)量;石墨裸露率

Key words： cylinder liner;honing quality;exposed rate of graphite

0? 引言

氣缸套是內(nèi)燃機的關(guān)鍵核心零部件之一，也是易損件之一。影響氣缸套使用壽命的因素除了材質(zhì)、網(wǎng)紋參數(shù)外，氣缸套內(nèi)孔表面石墨裸露率也是一項極為重要的影響因素。石墨是一種耐磨、潤滑性極好的物質(zhì)，氣缸套內(nèi)孔表面裸露的石墨可以很好的起到潤滑的作用，降低氣缸套內(nèi)孔表面和活塞環(huán)之間的摩擦力，延長氣缸套和活塞環(huán)的使用壽命。

本文主要介紹了石墨裸露率的定義、石墨裸露率的檢測方法和檢測部位。然后通過對現(xiàn)階段石墨裸露率的調(diào)查，進而發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)品的石墨裸露率差異較大，為了弄清楚影響石墨裸露率高低的因素，我們分別從氣缸套材質(zhì)、氣缸套加工生產(chǎn)線、氣缸套珩磨工藝等幾個方面進行實驗和分析，得出了各種條件下的石墨裸露率數(shù)據(jù)。

1? 氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率及檢測方法介紹

1.1 氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率介紹

①石墨裸露率：氣缸套內(nèi)孔表面裸露的石墨數(shù)量與裸露的石墨和未裸露石墨之和的比值，即氣缸套內(nèi)孔表面石墨裸露率=裸露石墨數(shù)量÷（裸露石墨數(shù)量+未裸露石墨數(shù)量）×100。

②裸露石墨：氣缸套在珩磨過程中，內(nèi)孔表面在珩磨力的作用下，使隱藏在表面的石墨暴露出來，并且不被后續(xù)加工所覆蓋，則為裸露的石墨。

③未裸露石墨：氣缸套在珩磨過程中，內(nèi)孔表面下的石墨沒有因為珩磨里的作用而裸露或已經(jīng)裸露的石墨在新的珩磨力的作用下被金屬所覆蓋，則該石墨為未裸露的石墨。

1.2 氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率檢測方法介紹

1.2.1 檢測試樣制作步驟

①取樣：在成品缸套內(nèi)孔表面，活塞環(huán)行程范圍內(nèi)進行取樣。樣品長度為15-20mm，高度為10-15mm，檢測部位為橫截面的中間10mm，如圖1。

②制樣：將端面用切割機切平，用錫箔紙將內(nèi)壁包裹，然后將試樣鑲嵌在膠木樹脂上，保證帶有圓弧的橫切面向上。

③磨制和拋光：將上述鑲嵌好的樣品用砂紙（從400-1200#）磨制，最后用W2.5的拋光劑，進行拋光。

1.2.2 石墨裸露率檢測方法

把拋光后的試樣放在顯微鏡下，在500倍視場下觀察單個視場內(nèi)孔表面裸露的石墨個數(shù)，然后在距內(nèi)孔表面6μm的范圍內(nèi)觀察石墨總數(shù)，即可計算單個視場內(nèi)的石墨裸露率。判定時至少觀察10個視場，用所有觀察視場的石墨裸露率的平均值進行判定。

說明：距氣缸套內(nèi)孔表面6μm這條分界線非常重要，該線決定了石墨的總數(shù)量，如果沒有該線的界定，將無法計算石墨裸露率。該線的確定是基于與國外同行、國內(nèi)外重點客戶溝通共同確定的結(jié)果。

2? 現(xiàn)階段氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率調(diào)查

弄清楚目前不同產(chǎn)品和不同生產(chǎn)線的石墨裸露率結(jié)果，不僅可以了解我公司目前石墨裸露率的控制水平，也可以為后續(xù)研究石墨裸露率的影響因素奠定基礎(chǔ)。為更好的分析我公司各種產(chǎn)品現(xiàn)階段石墨裸露率的結(jié)果，我們隨機從公司生產(chǎn)的產(chǎn)品中抽查，但抽查時涵蓋目前公司各大系列材質(zhì)與不同生產(chǎn)車間的產(chǎn)品，其統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

從抽檢結(jié)果看，不同產(chǎn)品的石墨裸露率差異比較大，初步分析影響石墨裸露率高低的因素可能與產(chǎn)品材質(zhì)、生產(chǎn)線和珩磨工藝等相關(guān)。

3? 影響氣缸套內(nèi)孔表面石墨裸露率因素

3.1 不同材質(zhì)同一生產(chǎn)線氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率對比

氣缸套材質(zhì)是否對石墨裸露率有影響？為了驗證該疑問，我們選取不同材質(zhì)的氣缸套，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)，使用相同的珩磨參數(shù)和珩磨砂條，然后分別檢測石墨裸露率，其結(jié)果如如表2所示。

通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)不同材質(zhì)石墨裸露率的檢測結(jié)果差異非常大，說明材質(zhì)對石墨裸露率有較大的影響。

3.2 同一材質(zhì)不同生產(chǎn)線氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率對比

如果氣缸套使用相同的材質(zhì)，僅僅是生產(chǎn)線或珩磨工藝不同，氣缸套的石墨裸露率是否有差異？為了研究生產(chǎn)線對石墨裸露率的影響，我們使用同一材質(zhì)產(chǎn)品在不同生產(chǎn)線上加工，然后檢測其石墨裸露率，檢測結(jié)果如表3所示。

通過該實驗，我們發(fā)現(xiàn)同一材質(zhì)氣缸套，使用相同的珩磨條和珩磨工藝，石墨裸露率與生產(chǎn)線關(guān)系不大。

3.3 不同珩磨工藝氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率對比

珩磨工藝和珩磨砂條對氣缸套石墨裸露率有何影響？為了弄清楚該問題，我們分別使用同一珩磨砂條，不同珩磨參數(shù)以及使用不同珩磨砂條，相同的珩磨參數(shù)對氣缸套進行加工，然后分別檢測石墨裸露率。

3.3.1 珩磨參數(shù)對氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率的影響

為了驗證珩磨參數(shù)對石墨裸露率的影響，我們選擇使用同一種產(chǎn)品，然后分別使用不同的珩磨參數(shù)對缸套內(nèi)孔進行加工。此次實驗我們選擇三種珩磨加工方式：正常珩磨工藝、增加拉網(wǎng)壓力、只拉網(wǎng)不平頂和拋光。其結(jié)果如表4所示。

通過實驗，我們得出珩磨參數(shù)對石墨裸露率有較大影響的結(jié)論，當拉網(wǎng)壓力升高，網(wǎng)紋比較清晰，石墨裸露率就較高。如果只拉網(wǎng)，不進行平頂和拋光，則石墨裸露率明顯升高。

3.3.2 珩磨材料對氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率的影響

為了研究珩磨砂條對石墨裸露率是否有影響，我們特意使用不同珩磨砂條對同一產(chǎn)品進行加工，然后分別檢測石墨裸露率。其方案是金剛石砂條拉網(wǎng)配合軟木砂條平頂，以及碳化硅砂條拉網(wǎng)配合軟木砂條平頂。其結(jié)果如表5所示。

通過實驗對比，珩磨砂條對石墨裸露率的穩(wěn)定性有影響，碳化硅拉網(wǎng)產(chǎn)品的石墨裸露率比金剛石拉網(wǎng)產(chǎn)品的石墨裸露率穩(wěn)定。

4? 影響氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率的因素總結(jié)

根據(jù)以上的實驗我們認為，影響石墨裸露率的因素有很多種，歸納起來如下幾個方面：①氣缸套材質(zhì)對石墨裸露率有較大的影響，這其中化學(xué)成分、碳硅含量及碳當量、金相組織和石墨形態(tài)的分布等對石墨裸露率的影響較大。②氣缸套珩磨加工方式對石墨裸露率有較大的影響，比如拉網(wǎng)壓力高而平頂壓力低時石墨裸露率會較高、只拉網(wǎng)不平頂時石墨裸露率較高。③氣缸套內(nèi)孔珩磨砂條對石墨裸露率有一定影響，碳化硅砂條拉網(wǎng)比金剛石砂條拉網(wǎng)所產(chǎn)生的內(nèi)孔石墨裸露率更穩(wěn)定。④生產(chǎn)線對氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率影響較小，相同材質(zhì)的產(chǎn)品在不同生產(chǎn)線加工，最終石墨裸露率差別不大。

通過目前國內(nèi)外客戶對氣缸套石墨裸露率要求的分析以及我們進行的相關(guān)試驗，我們認為氣缸套內(nèi)孔石墨裸露率至少要達到20%，比較理想的狀態(tài)石墨裸露率需要達到30-50%之間，這樣裸露的石墨才能在氣缸套與活塞環(huán)之間起到潤滑、減少磨損的效果。

參考文獻：

[1]王勇，楊廣寧，張紅菊.氣缸套內(nèi)孔表面珩磨質(zhì)量評估[J].內(nèi)燃機與配件，2018（07）：122-123.