多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具及裝置和陶瓷化方法與流程

2023-10-31 04:48:42

本發明涉及發動機缸體製造技術領域，特別涉及一種多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具。同時，本發明還涉及一種應用該多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具的多缸發動機缸孔陶瓷化裝置，以及一種多缸發動機缸孔陶瓷化方法。

背景技術：

小排量汽車發動機一般選用鋁合金材質缸體鑲嵌鑄鐵缸套工藝，該工藝製得的缸體既能達到發動機減重、節能減排的目的，又能滿足缸孔燃燒所需的高強度、耐腐蝕和耐磨損的要求。但鋁合金缸體鑲嵌鑄鐵缸套方式也存在加工工藝複雜，加工成本高，缸套耐磨損性能低等缺點。

近年來鋁合金陶瓷化工藝，也即通過電化學方式在鋁合金缸孔內壁原位生成al2o3陶瓷層，由於al2o3陶瓷層具有耐磨性好、耐高溫、硬度高等優點，且陶瓷層表面均勻分布有大量盲孔，還可達到儲油、潤滑效果，因此鋁合金al2o3陶瓷層可代替鑄鐵缸套，以使發動機重量進一步降低，耐磨性進一步提升，同時也使得發動機生產成本得到降低。但目前，仍沒有適合於發動機缸體進陶瓷化工藝的專用夾具，使得汽車發動機缸體陶瓷化工藝在實際生產中有著很大的不便，制約了缸體陶瓷化工藝的推廣。

此外，因陶瓷化後，在缸孔原位生成的50-60μm厚的陶瓷層中，其表面約有5-10μm的疏鬆層，該疏鬆層會使得缸孔表面粗糙度較差，缸孔圓度及圓柱度精度較低，如不進行加工處理，就不能滿足汽車發動機缸體的產品精度要求。目前針對於陶瓷層表面的疏鬆層，多為採用砂紙或尼龍等軟材料進行拋光，其可以去除疏鬆層，以提升缸孔粗糙度，但對缸孔圓度、圓柱度精度則沒有提 升效果，且現有拋光方式效率很低，也不能滿足發動機批量高效的生產要求。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，以可用於多缸發動機缸孔進行鋁合金陶瓷化工藝。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，其包括：

底板；

缸孔頂部密封板，固連形成於所述底板上；

缸孔底部密封板，形成於所述缸孔頂部密封板的上方，其數量與缸孔數量相應；於所述缸孔頂部密封板和所述缸孔底部密封板之間壓裝有內部形成有空腔的陰極電解部；因多缸發動機缸體套裝於所述缸孔底部密封板外部，並與所述缸孔底部密封板密封配合時，所述的缸孔頂部密封板、缸孔底部密封板、陰極電解部以及缸孔內壁圍構形成進液腔；

在所述底板和所述缸孔頂部密封板上，形成有與所述進液腔連通的進液口，以及與所述空腔連通的出液口；於所述陰極電解部上形成有連通所述進液腔和空腔的連通孔。

進一步的，所述缸孔底部密封板被設置成因驅動機構的驅動而直徑增大的變徑結構。

進一步的，於所述缸孔底部密封板的周向上套裝有彈性密封圈。

進一步的，所述缸孔底部密封板包括壓放在所述陰極電解部上方的固定板，滑動設置於所述固定板內的至少兩個拼接板，所述拼接板因拼接而具有小於所述缸孔內徑的直徑；所述驅動機構包括動力裝置，以及由動力裝置驅動以對所述拼接板施加作用力、以使所述拼接板分離的連接部。

進一步的，於拼接狀態下的拼接板中部，形成有錐形孔；所述連接部為連接於動力裝置動力輸出端上的、端部形成有與所述錐形孔適配的錐形面的推桿； 於所述固定板上形成有供推桿通過、以將錐形面插入到所述錐形孔內的通孔。

進一步的，所述動力裝置為氣缸。

進一步的，於所述缸孔頂部密封板和所述底板之間夾裝有絕緣板。

相對於現有技術，本發明具有以下優勢：

本發明所述的多缸發動機陶瓷化用夾具，通過缸孔頂部密封板及缸孔底部密封板的設置可對缸孔的兩端進行封堵，而通過陰極電解部及進液口和出液口的設置，可使電解液持續進入進液腔，以在形成陰極電解部與多缸發動機缸體間的導電通路的同時，使缸孔表面發生電化學反應而生成陶瓷層，由此能夠實現發動機缸孔鋁合金陶瓷化工藝的進行，以得到缸孔表面所需的陶瓷層。

本發明的另一目的在於提出一種多缸發動機缸孔陶瓷化裝置，以能夠在多缸發動機缸孔的表面生成陶瓷層，而提高發動機缸體的品質。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種多缸發動機缸孔陶瓷化裝置，包括電解液槽，電源，其特徵在於還包括如上所述的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，所述電解液槽通過進液口而與所述進液腔連通，以形成進液通路；所述電解液槽通過出液口而與空腔連通，以形成回液通路；所述電源負極與所述陰極電解部電連接，所述電源正極與夾裝於所述多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具上的發動機缸體電連接。

本發明所述的多缸發動機缸孔陶瓷化裝置，通過採用如上所述的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，使多缸發動機缸體及陰極電解部分別與電源連接，而進液口和出液口也分別連通於電解液槽，由此可使電解液持續進入進液腔內，並在電源的作用下於缸孔表面發生電化學反應而生成陶瓷層，由此可通過陶瓷層所具有各項優質特性而提高發動機缸體的產品品質。

同時，本發明還提出了一種多缸發動機缸孔陶瓷化方法，該方法包括缸孔內表面陶瓷化處理步驟，該步驟是將多缸發動機缸體夾裝於如上所述的多缸發動機缸孔陶瓷化裝置中的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具上，以進行陶瓷化處理。

進一步的，該方法還包括將陶瓷化處理後的缸孔進行珩磨：採用一次粗珩以去除缸孔直徑方向15-20um餘量後，進行一次精珩，以去除缸孔直徑方向 5-10um餘量。

本發明所述的多缸發動機缸孔陶瓷化方法，通過利用如上所述多缸發動機缸孔陶瓷化裝置在缸孔表面生成陶瓷層，可利用陶瓷層所具有的優點，而提高發動機缸體的品質。而通過對生成的陶瓷層進行珩磨，可去除陶瓷層表面的疏鬆層，以保證缸孔的粗糙度、圓度及圓柱度滿足要求，且珩磨工藝也具有效率高，工藝簡單的優點，而具有很好的實用性。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例一所述的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具的結構簡圖；

圖2為圖1中a部分的局部放大圖；

圖3為本發明實施例一所述的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具的使用狀態圖；

圖4為本發明實施例二所述的多缸發動機缸孔陶瓷化裝置的結構簡圖；

附圖標記說明：

1-多缸發動機缸體，2-缸孔，3-絕緣板，4-缸孔頂部密封板，5-底板，6-陰極電解部，7-缸孔底部密封板，8-拼接板，9-彈性密封圈，10-固定板，11-空腔，12-進液腔，13-出液口，14-進液口，15-電源，16-電解液槽，17-氣缸，18-推桿，19-連通孔。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

實施例一

本實施例涉及一種多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，由圖1、圖2並結合圖3所示，該多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具包括底板5，以及固連在底板5上的缸孔頂部密封板4，在底板5和缸孔頂部密封板4之間也夾裝有絕緣板3，絕緣板3可實現底板5與多缸發動機缸體1之間的電絕緣，以避免漏電現象發生。本多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具還包括位於缸孔頂部密封板5的上方，且數量與多缸發動機缸體1上的缸孔2的數量對應布置的缸孔底部密封板7，以及設置於缸孔2內的，壓裝在缸孔頂部密封板4和缸孔底部密封板7之間的陰極電解部6。

本實施例中在陰極電解部6內形成有空腔11，且在缸孔2的內壁與缸孔頂部密封板4、缸孔底部密封板7，以及陰極電解部6之間也圍構形成有進液腔12。在缸孔頂部密封板4上則進一步設置有與空腔11相連通的出液口13，出液口13貫穿缸孔頂部密封板4、絕緣板3及底板5，以與外部裝置相連。在缸孔頂部密封板4上還設置有與進液腔12連通的進液口14，進液口14同樣貫穿缸孔頂部密封板4、絕緣板3和底板5，而與外部裝置連接。

本實施例中缸孔底部密封板7設計為可因外部驅動機構的驅使而直徑增大的變徑結構，通過採用如上的變徑結構，可使缸孔底部密封板7適應不同孔徑的缸孔2，以提高夾具的通用性。本實施例中變徑結構的缸孔底部密封板7的一種示例性結構如圖2中所示，其包括壓放在陰極電解部6上方的固定板10，固定板10內部中空，並在固定板10內滑動設置有拼接板8，拼接板8的數量至少設計為兩個，且拼接板8在拼接於一起時，其整體的直徑小於缸孔2的內徑。

本實施例中在各拼接板8拼接於一起時，在拼接板8的中部形成有錐形孔，而前述的驅動機構則包括動力裝置，以及可由動力裝置驅使而對拼接板8施加作用力，以使各拼接板8分離而與缸孔2的內壁抵接的連接部。本實施例中連接部為連接於動力裝置的動力輸出端的推桿18，並在推桿18的端部形成有與前述的錐形孔適配的的錐形面，而在固定板10上對應於前述錐形孔的部位也設置有一通孔，該通孔位於固定板10上靠近於推桿18的一側。在動力裝置的驅 動下，推桿18端部的錐形面穿過固定板10上的通孔而插入連接板8中部的錐形孔內，由此實現各拼接板8分離而與缸孔2的內壁抵接。

本實施例中動力裝置採用氣缸17，當然除了氣缸17，動力裝置也可為液壓缸或直線電機，以及推拉式電磁鐵等。而缸孔底部密封板7除了為如上的變徑結構，當然其也可設計成通經不變的封堵結構。本實施例中為保證缸孔底部密封板7與缸孔2內壁之間的密封效果，在缸孔底部密封板7中的拼接板8的端部還設置有彈性密封圈9。

本多缸發動機陶瓷化用夾具通過缸孔頂部密封板4及缸孔底部密封板7的設置可對缸孔2的兩端進行封堵，而通過陰極電解部6及進液口14和出液口13的設置，可使電解液持續進入進液腔12，以在形成陰極電解部6與多缸發動機缸體1間的導電通路的同時，使缸孔2表面發生電化學反應而生成陶瓷層，由此能夠實現發動機缸孔鋁合金陶瓷化工藝的進行，以得到缸孔表面所需的陶瓷層，進而利用陶瓷層所具有的優點，而提高發動機缸體的產品品質。

實施例二

本實施例涉及一種多缸發動機缸孔陶瓷化裝置，如圖4中所示，其包括電解液槽16以及電源15，還包括如實施例一中所述的多缸發動機缸孔陶瓷化夾具，多缸發動機缸體1夾裝於多缸發動機缸孔陶瓷化夾具，電解液槽16通過進液口14與進液腔12形成進液通路，電解液槽16還與出液口13相連通，以形成出液通路，通過進液通路及出液通路，可使電解液槽16中含有電解質的電解液持續進入進液腔12中。電源15的正極與多缸發動機缸體1電連接，電源15的負極則與位於各缸孔2內的陰極電解部6電連接。

本多缸發動機缸孔陶瓷化裝置通過採用如實施例一中所述的多缸發動機缸孔陶瓷化用夾具，使多缸發動機缸體1及陰極電解部6分別與電源15連接，而進液口14和出液口13也分別連通於電解液槽16，由此可使電解液持續進入進液腔12內，並在電源15的作用下於缸孔2表面發生電化學反應而生成陶瓷層，由此可通過陶瓷層所具有各項優質特性而提高發動機缸體的產品品質。

實施例三

本實施例涉及一種多缸發動機缸孔陶瓷化方法，該方法包括將多缸發動機缸體1夾裝於如實施例二中所述的多缸發動機缸孔陶瓷化裝置中的多缸發動機缸孔陶瓷化夾具上，已進行陶瓷化處理的步驟。此外，本多缸發動機缸孔陶瓷化方法還進一步包括將陶瓷化處理後的缸孔2進行珩磨的步驟，且該珩磨步驟在採用一次粗珩，以去除缸孔2直徑方向15-20μm餘量後，還進行一次精珩，以再去除缸孔2直徑方向5-10μm的直徑。

具體上，本實施例的多缸發動機缸孔陶瓷化處理步驟包括，

(1)對缸孔2內壁進行粗鏜及精鏜，以去除缸孔2上的預鑄層，並保證陶瓷層生成後加工至成品的餘量。粗鏜採用硬質合金粗鏜刀，精鏜採用pcd精鏜刀，加工餘量為0.3-0.5mm，加工節拍8-10s/孔，缸孔的尺寸精度為0.01mm，圓度為0.015mm，圓柱度為0.02mm，粗糙度≤ra1.6。

(2)清洗，採用三工位清洗機，整體噴淋、缸孔定位清洗、熱風烘乾的工序進行，清洗壓力＞1.2mpa，清洗溫度40-50℃，通過清洗以去除油汙、碎屑，保證缸孔2的清潔度，防止雜質進入後續工序的電解液中。

(3)缸孔2內壁砂眼、裂紋缺陷檢測，檢測採用光學測量系統100％檢測缸孔2內壁缺陷，缸孔2內壁質量要求為，最大孔隙直徑≤0.2mm，最小孔隙間距≥1mm，孔隙分布比例≤0.5％/cm2。

(4)缸孔2內表面陶瓷化處理，通過機械手將多缸發動機缸體1放至多缸發動機缸孔陶瓷化夾具上，多缸發動機缸體1接電源15正極，陰極電解部6接電源15負極，電解液槽16中的電解液通過進液口14導入進液腔12，從出出液口13導出，在缸孔2內循環流通。電解液溫度≤45°，電源15對多缸發動機缸體1施加450-550v的電壓，使缸孔2內壁與電解液接觸表面產生電化學反應，原位形成al2o3陶瓷層。電化學反應時間45min，陶瓷層單邊厚度50-60μm，陶瓷化後缸孔2尺寸精度為0.01mm，圓度為0.015mm，圓柱度為0.02mm,粗糙度為ra：1.6-2.5。

(5)吹乾，採用通過式吹乾系統，配備接汙板和防風罩，去除缸孔2上殘留電解液，保證後序珩磨液不被汙染。

(6)缸孔陶瓷層厚度及缺陷檢測，採用渦流測厚儀100％檢測缸孔內壁厚度，採用光學測量系統100％檢測缸孔內壁表面質量、網紋及缺陷。

珩磨工序具體步驟為，

(1)採用珩磨機對陶瓷缸孔進行珩磨處理，以去除疏鬆層餘量。先進行一次粗珩在直徑方向去除15-20μm餘量，再進行一次精珩在徑方向去除5-10μm餘量。珩磨油石材質為金剛石(粗珩400目、精珩2000目)，珩磨時間15s/孔。珩磨後，剩餘陶瓷層單邊厚度為25-35μm，缸孔2寸精度為0.01mm，圓度為0.005mm，圓柱度為0.006mm，粗糙度：ra0.4以下(rzdin：2.0～5.0；rpk：≤0.3μm；rk：0.3～1.0μm；rvk：0.8～1.6μm；mr1：4％—10％；mr2：70％—85％)。

(2)缸孔網紋質量檢測，採用光學測量系統100％檢測缸孔2內壁表面質量及網紋。

(3)陶瓷層物理性能檢測，定期剖切抽檢陶瓷層硬度、孔隙率及厚度。

本缸發動機缸孔陶瓷化方法，通過利用如上所述多缸發動機缸孔陶瓷化裝置在缸孔表面生成陶瓷層，可利用陶瓷層所具有的優點，而提高發動機缸體的品質。而通過對生成的陶瓷層進行珩磨，可去除陶瓷層表面的疏鬆層，以保證缸孔的粗糙度、圓度及圓柱度滿足要求，且珩磨工藝也具有效率高，工藝簡單的優點，而具有很好的實用性。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。