气缸工作表面

2024-09-29

气缸工作表面（精选3篇）

气缸工作表面篇1

1 概述

压缩机中的气缸是形成工作容积实现气体压缩的主要部件, 它的特点是有足够的强度、良好的润滑性、耐磨性及密封性。由于活塞在气缸内作往复运动, 活塞环内侧气体压力作用在活塞环上使其紧贴在气缸镜面上;同时, 无十字头压缩机的侧向力及卧式压缩机活塞本身的重力也使得活塞的一侧压在气缸镜面上;它们与气缸镜面相互摩擦, 随着压缩机运行时间的增加, 会逐渐导致气缸镜面的磨损。据现场统计:湖南宜化有限责任公司6M50-340/320-BX压缩机有二台, 是国内某气体压缩机厂采用德国原Babcock-Borsig公司专有技术设计制造的, 系六列M型布置六级压缩的对称平衡型往复活塞式氮氢气压缩机, 首台机组正式投入运行后发现, 其中、低压级气缸磨损较快, 活塞环使用寿命较短。磨损后的气缸壁面在中心线方向呈腰鼓形, 横截面为椭圆形, 即沿垂直方向的尺寸比水平方向大, 从而引起活塞在运行中跳动, 产生活塞环和填料函的串油、漏气, 使排气量降低[1];也使得排气温度偏高, 加快了活塞环的磨损速度, 缩短使用寿命, 导致活塞环更换频繁。为了提高机组的运转率和效率, 降低设备运转周期费用, 课题组针对6M50氢氮气活塞式压缩机气缸工作表面非正常磨损原因[2]制订相应的改进措施, 对减缓气缸工作表面的非正常磨损效果可佳。

2 减少气缸工作表面磨损措施

2.1 保证气缸中心与滑道中心的同轴度误差在规定的允许范围内

气缸装配时, 保证气缸中心与滑道中心的同轴度误差在规定的允许范围内。机器因使用时间长, 滑道基准磨损严重, 选择好气缸拉线基准很关键。必须在滑道上多取一些测量点, 考虑滑道的磨损量、磨损变化趋势等, 可以适当调整拉线基准, 使实际气缸中心线与滑道同轴。在装配完活塞组件后, 还应测量活塞杆在水平与垂直方向的跳动量以及活塞杆在滑道中的对中情况, 复核拉线数据。

2.2 气缸套与气缸体的过盈量控制在规定的范围

气缸套装配时, 应严格控制装配过盈量在规定的范围内, 并仔细检查气缸内壁、气缸套的尺寸误差及其表面粗糙度, 必要时加工气缸内壁。更换气缸套时, 最好是将气缸套镗去;装配时, 采用热装法, 以免损伤气缸内壁。

2.3 保证气缸表面的粗糙度尺寸精度达到规定要求

采用数控机床磨削气缸表面, 以保证气缸表面的粗糙度、尺寸精度达到规定要求[3、4]。当气缸表面因加工条件限制粗糙度较大时, 可采用珩磨、滚压、辗光等表面强化工艺, 使表面层产生残余压应力和冷作硬化并降低表面粗糙度, 同时消除磨削等工序的残余拉应力。

2.4 在活塞环外圆柱面上加工卸荷槽

在四级、五级活塞环外圆柱面上加工卸荷槽, 从而使活塞环所受径向力及其对缸套的径向作用力大为降低, 使缸套的磨损速度减慢;而且气缸表面和活塞环易于磨合, 提高了活塞环的使用寿命, 减少了对气缸工作表面的不良影响。

2.5 改进气缸套材质

采用碳化硅挤渗、氮碳硫共渗等技术对缸套进行特殊处理, 改善气缸的表面质量, 对提高气缸镜面的耐磨性、延长气缸套的使用寿命具有明显效果。

2.6 改造活塞环

改造活塞环选材的原则是:既满足零件运动状况对材料机械性能的要求, 又要具有低熔点、低弹性模量、质软、量轻的材料[5]。在不改变活塞环外形尺寸的前提下, 在一至四级铸铁活塞环外圆柱面上车出燕尾槽, 浇铸硬度低、摩擦系数小、抗胶合性好、对油的吸附性强、耐蚀性好、容易跑合的ZChSnSb11-6, 见图1。这样既保证了活塞环密封所需的机械强度和初弹力, 又使气缸壁面和活塞环易于磨合, 提高了活塞环的使用寿命[6], 减少了气缸壁面的磨损。

结束语

在生产实际中, 气缸工作表面磨损常有发生, 直接影响到机器的使用寿命和运转率。事实证明, 根据活塞式压缩机气缸工作表面磨损的主要原因, 制订相应的改进措施, 对减缓气缸工作表面的非正常磨损, 是行之有效的方法。

摘要：针对活塞式压缩机气缸工作表面磨损的主要原因, 制订相应的改进措施:保证气缸中心与滑道中心的同轴度误差在规定的允许范围内;气缸套与气缸体的过盈量控制在规定的范围;保证气缸表面的粗糙度、尺寸精度达到规定要求;在活塞环外圆柱面上加工卸荷槽;改进气缸套材质;改造活塞环;对减缓气缸工作表面的非正常磨损效果显著。

关键词：压缩机,气缸工作表面,非正常磨损,对策

参考文献

[1]金光熹.压缩机制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1986.

[2]王松竹, 戴新西.6L2K活塞式压缩机气缸工作表面异常磨损探究[J].压缩机技术, 2011, (3) :25-27.

[3]活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计[M].北京:机械工业出版, 1974.

[4]余国琮等, 化工机器[M].天津:天津大学出版社, 1992.

[5]高慎琴.化工机器[M].北京:化学工业出版社, 1992.

[6]王迪生, 杨乐之等.活塞式压缩机[M].北京:机械工业出版社, 1990.

表面合金化气缸套浅析篇2

气缸套作为内燃机的关键零部件之一, 同时也是内燃机的易损件之一, 随着内燃机技术的飞速发展和日趋严格的排放法规的要求, 目前国内外发动机行业都在向节能环保, 低耗能, 大爆发压力等方面转型, 发动机产品的更新换代随之加快步伐, 作为内燃机核心零部件之一的气缸套的服役条件也日趋苛刻、恶劣, 因此, 如何在不改变现有缸套材质的基础上, 实现气缸套使用寿命的提高, 同时满足高标准排放的要求是各缸套生产企业研究的重要课题, 表面合金化作为一种通过扩散改变基体金属表面层的成分和组织的材料改善技术越来越受到各缸套生产企业的重视, 同时表面合金化气缸套的研究与应用也越来越广泛。

2 缸套毛坯表面合金化介绍

2. 1 缸套毛坯表面合金化工艺:

气缸套毛坯表面合金化也可以称为铸渗法[1], 其工艺过程即先将预制的表面合金化涂料涂刷于缸套模具表面, 利用铸造余热使合金化涂料干燥、固化; 进而在水冷金属型离心铸造法生产缸套毛坯时, 高温铁液进入模腔使涂料中的合金化粉末熔化并扩散进入缸套毛坯表面, 从而形成特殊的表面合金化层, 即可形成表面合金化缸套毛坯。

2. 2 缸套毛坯表面合金化性能简介:

通过以上工艺形成的表面合金化气缸套主要用于改善缸套外壁各种性能, 或改善外壁无需加工缸套 ( 铸入式缸套) 表面与铝缸体的结合性能等;具体的如缸套毛坯表面碳化硅合金化, 其所使用涂料, 碳化硅合金粉粒度40 - 75 目[2], 合金粉加入量10 - 20% , 表面合金化层深度3mm左右, 缸套毛坯表面碳化硅合金化后其表面层石墨由D + E型石墨转变为主要由A型石墨组成 ( 如图1、2) , 此类型缸套由于表面层金相的改变, 毛坯外壁具有良好的切削加工性能, 大大地节约了后续毛坯外壁加工成本。

如气缸套毛坯表面铝合金化, 可以改善铸入式缸套与铝缸体的结合性能, 其所使用涂料, 铝合金粉粒度20-50目, 合金粉加入量20-30%, 所形成的表面铝合金化层深度0.5mm左右, 合金化层中含铝量5%-20%, 缸套毛坯表面铝合金化后表面与铝缸体的结合间隙由原先的130微米缩小至5微米以下 (如图3、4) 。

再如含镍气缸套毛坯表面铝酸钴合金化, 可以使缸套毛坯表层晶粒细化, 从而提高缸套的抗疲劳、抗冲击及抗穴蚀性能等[2]。

2. 3 缸套毛坯表面合金化应用前景:

离心铸造缸套毛坯表面合金化处理主要应用于表面无需加工的铸入式缸套改善表面层性能, 或缸套毛坯外壁切削性能改善, 由于现有的缸套毛坯表面合金化技术还难以实现5mm以上的合金化层再者气缸套离心铸造技术还无法实现表面零余量毛坯的生产, 因此, 缸套毛坯表面合金化的应用还存在一定的局限性, 但是随着气缸套离心铸造技术的发展及表面合金化工艺的改善, 缸套毛坯表面合金化技术将会广泛地应用于各种气缸套毛坯的生产。

3缸套半成品或成品表面合金化介绍

目前, 针对发动机及其配件半成品或成品的表面合金化工艺研究较多, 在气缸套领域主要应用的是氮、碳、铝、铬、硅、钒、锌等的表面合金化层或渗层, 以下就简单介绍几种使用效果较好的表面合金化气缸套生产工艺及其使用性能, 当然气缸套半成品或成品的表面合金化技术并不局限于以下几种。

3. 1 缸套成品表面激光合金化工艺及性能:

激光表面合金化是利用高能密度的激光束快速加热熔化, 使气缸套基材表层和添加的合金元素熔化混合, 从而形成以原基材为基的新的表面合金化气缸套[3], 该表面合金化气缸套的特点是能在缸套表面进行各种合金元素的合金化, 改善材料的表面性能; 并能在零件需要强化部位实现局部处理。所以对节能、节材, 提高气缸套的使用寿命具有重大的意义, 对于表面激光合金化气缸套添加的合金元素主要有Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。如成品表面激光合金化钼缸套, 利用高能密度的激光束形成缸套原基材与钼的熔化混合, 从而形成约0. 2mm的钼合金化层 ( 如图5 ) , 硬度达到1000HV以上, 可以大幅度提高气缸套内表面的抗热疲劳性能、耐磨性能等, 可以有效地解决气缸套崩缸、早磨及拉缸问题。

3. 2 缸套成品表面锌合金化工艺及性能:

气缸套成品表面锌合金化工艺过程即把缸套、锌粉和填料放在密闭的滚桶中滚动, 并加热到350~ 450℃ , 约3 ~ 6 小时即可获得表面锌合金化层 ( 如图6) 。锌合金化层厚度在20 ~ 40 微米间, 基体圆柱形缸套直径会胀大0. 01 ~ 0. 03 毫米, 渗锌层的最大特点是厚度均匀, 抗蚀性极好, 渗锌方法简单, 抗蚀效果也好。

3. 3 缸套半成品表面硅合金化工艺及性能:

表面硅合金化气缸套工艺过程, 即将留有一定变形余量的气缸套埋在碳化硅粉末中, 加热到900℃左右时导入氯气, 经气相反应后 (气相反应后降温至850℃左右出炉空冷) 得到150~300微米厚的硅合金层 (如图7) 。这种表面合金化气缸套具有耐磨、耐蚀性能, 硬度高, 还具有良好的抗擦伤性及抗热腐蚀抗热氧化性能。

3. 4 缸套半成品或成品表面合金化技术应用前景:

目前, 气缸套成品常见的失效模式主要有崩缸、早磨、掉台、穴蚀、拉缸等[4], 相信随着气缸套半成品或成品表面合金化技术研究的深入及其工艺的推广应用, 可以实现以上主要失效模式的定向研究与解决。

4 总结:

⑴离心铸造缸套毛坯表面合金化处理主要应用于表面无需加工的铸入式缸套改善表面层性能, 或缸套毛坯外壁切削性能改善, 由于现有的缸套毛坯表面合金化技术还难以实现5mm以上的合金化层再者气缸套离心铸造技术还无法实现表面零余量毛坯的生产, 因此, 缸套毛坯表面合金化的应用还存在一定的局限性, 但是随着气缸套离心铸造技术的发展及表面合金化工艺的改善, 缸套毛坯表面合金化技术将会广泛地应用于各种气缸套毛坯的生产。

⑵现有缸套材质应用时间较长, 其装机使用过程中产生的问题已形成初步研究, 因此定向解决现有缸套材质装机使用过程中产生的问题, 可以大大减少新材质研发试验成本, 同时又可以实现气缸套使用寿命的提高, 目前, 气缸套成品常见的失效模式主要有崩缸、早磨、掉台、穴蚀、拉缸等, 相信随着气缸套半成品或成品表面合金化技术研究的深入及其工艺的推广应用, 可以实现以上主要失效模式的定向研究与解决。

摘要：本文简单介绍了表面合金化气缸套的工艺过程及其使用性能, 并对其应用前景进行一定的预测。

关键词：表面合金化,气缸套,工艺过程,性能简介,应用前景

参考文献

[1]刘敏.铸件表面合金化合金化层组织及耐磨性能研究[J].四川冶金, 2006, 02:12~15

[2]袁绪化, 汪大经, 代振福, 毛凯泉.铸铁件表面合金化的研究与应用[J].武汉工学院学报, 1985, 3:27~39

[3]肖红军, 彭云, 马成勇, 田志凌.激光表面改性[J].表面技术, 2005, 5:10~12

气缸工作表面篇3

1 堆焊方法的选择

2.1 修复件状况

此次修复的零件为我公司铸造分厂KW中件造型线的气缸轴,如图1所示,直径为1.5m,长约3m,重达5吨。经过材料化验,基体含碳2.8%,为进口铸铁牌号,表面镀铬层厚1mm,基体与镀铬层之间有0.5mm左右的过渡层。轴表面由于磨损出现大量犁痕式剥落层,深度可达成1～2mm、宽约10～20mm。有的长达1m。根据此轴的工作环境分析,其损坏为粘着磨损中的金属性磨损。此轴精度要求很高,φ1.5m轴径误差不超过0.3mm。

2.2 方法选择

根据我公司的实际情况,可供选择的堆焊方法有四种,即手工电弧焊、氧一乙炔焰堆焊、氩弧堆焊、MAG(CO2)焊。四种方法特点比较如表1。手工电弧设备简单、成本低、能获得几乎所有的堆焊合金成份,但此法稀释率较高,不易获得薄而均匀的堆焊层,且飞溅较大,焊后清理困难。氧—乙炔堆焊时工件加热和冷却都较慢,不易出现裂纹,但生产效率低,比较适合堆焊较小零件。熔化极气体保护焊主要适用于大面积,大厚度的表面堆焊。氩弧堆焊电弧稳定,飞溅小,可见度好,同时堆焊材料的送进和电弧是分别调节的,故堆焊层形状容易控制,与氧一乙炔焰堆焊相比,熔敷速度稍快,变形小而稀释率较大,常用于代替氧一乙炔焰堆焊,尤其在大型零件上或者材料焊接性差的零件上堆焊。因此,根据零件的具体情况,我们这次采用了氩弧堆焊的修复方法。

3 堆焊合金的选择

这是堆焊中最重要、最复杂的工作,首先要考虑满足工作条件的要求和经济性,还要考虑工件的材质、批量以及拟采用的堆焊方法。但在满足工作要求与堆焊金属性能之间并不存在简单的关系。所以材料的选择在很大程度上要靠经验和试验决定。

3.1 一般堆焊金属选择原则

一般说,随着堆焊金属中碳化物或其它硬化相含量的增加,耐磨性能增加,耐冲击能力下降,即韧性下降。在纯磨损的场合应选用含碳化物相对多的铁基材料或碳化钨堆焊金属;当工作条件是磨损加冲击时,根据冲击载荷递增的顺序分别选用合金铸铁、马氏体钢和奥氏体高锰钢;在腐蚀介质条件下工作,常选用不锈钢、铜基合金;当同时兼有腐蚀和磨损时,推荐用钴基或镍基堆焊金属。而对于既要耐磨,又需抗氧化或者在热腐蚀条件下工作,推荐用钴基堆焊金属或者含金属间化合物、碳化物等硬化相的镍基堆焊金属。在耐磨性和高温强度都有要求的场合,则选用钴基堆焊金属。但是钴基合金价格比较昂贵。

3.2 实际堆焊金属的选择

根据生产实际和工件要求等诸多因素,我们选用了φ2.5奥402不锈钢焊条焊芯为堆焊合金。这是基于以下原因:

(1)堆焊合金成分(含Cr25%～28%)与原镀铬层成分相近。

(2)奥402焊条焊丝为奥氏体型的H1Cr26Ni21,轴表面镀铬层与铸铁基体的含碳量和线膨胀系数相差较大,两金属接合时,中间必须加一过渡层奥氏体型钢韧性好,与两者都能较好地熔合。

(3)H1Cr26Ni21含C低、含Cr和Ni都比较高,堆焊后韧性好,硬度稍低,加工性好,焊后处理方便。考虑到这次仅为局部修复,只要损坏处金属与基体能较好地熔合,局部硬度稍低仍能基本满足使用要求,另外奥氏体钢还有加工硬化性能,机加工后堆焊层的耐磨性会有所提高。

(4)钨极堆焊最小堆焊厚度数2.4,故选用φ2.5焊丝便于操作,焊前焊丝一定要清理干净。

(5)价格便宜,容易取得。

4 堆焊工艺规范

4.1 焊前清理

用砂布打磨轴表面剥落处,直到露出新金属,再用丙酮清洗油污,清理后放置时间最长不超过24小时,最好边清理堆焊,同时,焊丝清理后待用。

4.2 工艺规范

钨极:直径φ3,尖端直径φ1.1,尖端角60°。