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              首頁
              1. 企業動態

              發動機缸體缸孔涂層工藝技術講解

              時間:

              近年來,我國陸續頒布了一系列政策法令明確對汽車環保和節能的要求,節能環保已經成為汽車行業發展的必然趨勢。實現汽車的節能減排,是整個汽車行業所面臨的重大挑戰,因而發動機的設計開始朝著輕量化的方向發展,出現了越來越多的鋁合金輕質發動機。另一方面,產品更新周期越來越短,產品品種不斷增加以及極端的成本壓力是當今汽車行業的主要特點。降低單件成本是全球汽車行業生產的關鍵,為了實現這一目標,汽車廠商逐漸與行業內的裝備供應商尋求長期合作以增加核心競爭力。
               
              發動機缸孔噴涂這項新技術,汽車制造行業的同行應該不陌生,目前國內的一些汽車發動機設計和制造單位已經在開始咨詢和探索這項新工藝。鋁合金的發動機缸體取代鑄鐵缸體已成為一種趨勢,然而這也為發動機的制造工藝帶來了新的難題。一方面,鋁合金缸體的耐磨損性能較差,造成發動機在工作過程中,氣缸壁面容易磨損,以致活塞與氣缸壁間密封不良,在排量及輸出功率不變的情況下,必然導致油耗及尾氣排放的增加;另一方面,鑄鐵和鋁的熱容性特征是不同的,這也直接影響了鋁質發動機缸體的耐用性。
               
              對此,一項全新的工藝技術flpACCS.Coated(AdvancedCylinder Coating System)高級缸孔涂層系統應運而生。MAG公司與SULZER Metco及Sturm合作,共同開發了模塊化的缸孔涂層及前后機械加工處理系統,使鋁合金缸孔涂層工藝和機械加工完美結合,組成一套完整的加工系統。噴涂了涂層后的鋁合金缸體依舊是一體式缸體,不再因嵌入一個灰鑄鐵(GCI)缸套而需要忍受缸筒變形問題,也不再具有灰鑄鐵缸套所有的熱力學缺點。用等離子熱噴涂缸孔取代灰鑄鐵缸套,不僅減少了發動機的總體質量,而且增加了其耐久性并降低了能耗。該技術已在德國大眾的EA211發動機、Audi A8油電發動機、Vw Lupo 1.4L TSI、GM Opel及韓國雙龍汽車等項目上得到應用。
               
              發動機缸孔涂層與鑲鑄鐵缸套的優點體現在:顯著減小了發動機的質量,加強缸孔表面的強度,降低缸孔與活塞的摩擦和磨損,提高熱的傳導,最大承載熱和機械的負荷,降低油耗和CO:排放數量,最適應各種新的燃料,防止生銹。
               
              在缸體熱涂層的工藝上,目前有兩大趨勢,一個是稱為Rsw(PTWA)或是叫APS的工藝,即等離子高速熔焊熱噴涂系統(Atmospheric Plasma Spray CoatingProcess);二是熱絲涂層工藝。
               
              等離子高速熔焊熱噴涂的特點和參數
               
              涂料粉末:可根據用戶的要求來選擇(柔性化)。工件的溫度:噴涂前,環境溫度;噴涂后180*F(82℃)。噴頭旋轉速度:可達200轉/分l溫度達16 000"C。缸孔直徑范圍:40~500mm;長度達700mm;厚度300¨m。較薄的涂層將提供高的加工精度和少的珩磨余量。ASP涂層的油槽深度可調整和可固定。噴涂工藝已成功應用在汽車及其他領域,如(大眾汽車、斯堪蒂亞載貨汽車、雅馬哈摩托車、一級式方程賽車等)。
               
              APS的工藝過程
               
              (1)涂層前缸孔表面處理。下涂層前缸孔表面機械處理(燕尾槽結構的加工,見圖1),采用單軸加工中心及采用瑪帕刀,具有效率高、機械成本低和可一次性加工完成的特點。
               
              (2)表面清理。去除涂層表面的塵土、油和切削液。
               
              (3)涂膜。目的是建立一穩定的涂層,在孔的表面30mm的距離噴射燃燒而形成t通過襯套伸入到缸孔內。襯套要控制等離子空氣束使之噴涂均勻和涂層不過量。
               
              (4)噴涂。燃燒頭點燃和進給(旋轉燃燒頭,距離為45mm)。采用雙工作頭的話,涂22 j皇車工藝曩2016年第6期www.aut01 950.com層厚度300I,tm,節拍為90~120S。噴涂裝置包括:控制機構,燃燒技術,粉末材料的供給和管理,氫氣供應和劑量控制,氬氣供應系統,灰塵收集系統,夾具夾緊裝置,機械手上下料,安全及隔噪離聲及防塵防護等。
               
              (5)消膜和強力清理。將缸孔表面溫度降至80℃,通過高壓水、刷子和CO:進行清理。
               
              (6)缸孔上下面倒角。
               
              (7)精鏜缸孔。
               
              (8)缸孔珩磨??稍诩庸ぶ行纳线M行。
               
              采用該工藝的優點
               
              (1)不會給工件帶來熱量的積累,如采用隨行托盤工藝的話,工件不需要將托盤脫離。
               
              (2)設備占地面積較少,不需要大面積占地的工件散熱(冷卻)滾道。
               
              (3)涂層的表面孔間隙小,減少表面的摩擦。
               
              (4)通過精鏜,減少了缸孔珩磨的余量。
               
              (5)可在加工中心上實現工件一次裝夾進行缸孔精鏜和珩磨(不需重新定位和更換夾具),可獲得更好的加工質量。
               
              最早的生產線建成于2001—2003年,每天可加工4 000個孔。
               
              熱絲涂層工藝
               
              另一種工藝稱為ACCS.TWS(Thermal Wire Sprayer),即熱絲涂層工藝。它是通過一旋轉噴頭通過導向進入缸孔內,將加熱融化的焊絲經過多次的往復移動涂在缸孔內。該工藝由MAG和Strum公司共同開發。
               
              熱絲涂層工藝的涂料是由成卷的焊絲供料,焊絲直徑1.6mm。幾乎所有的導體都可以作為涂層的原料,這使得涂層的特性有很大的選擇余地。通過陰極和陽極在尖部不斷產生電弧融化并霧化焊絲,再通過超聲等離子噴射頭將霧化的涂料分子噴涂在缸孔壁上。在等離子霧化的初始,通過在噴頭周圍集中噴入一束強大的壓縮空氣或氮氣,將這股霧狀的涂料分子束噴射到缸孔壁上,而高動能使涂料分子顆粒深深地附著在經過粗加工的缸孔表面上。涂料粒子與發動機缸體間的熱傳導使得涂層迅速凝固。顆粒彼此堆積,形成一個極度耐磨的表面。工藝流程如圖2所示。
               
              涂層工藝
               
              (1)工件上料。通過機器人將工件放入托盤隨行夾具。
               
              (2)工件輸送。桁架機械手抓取托盤夾具,放入加工中心單元。桁架機械手帶有溫度測量裝置。
               
              (3)缸孔表面預加工。SPECHT3/I]工中心,帶有刀刃檢驗功能。
               
              (4)清理。一個吹空氣和真空裝置。
               
              (5)在線檢測。通過帶三個傳感器的光學檢測儀檢查表面粗糙度和溝槽的深度和寬度。
               
              (6)SPC檢測。檢驗孔的直徑和截面。
               
              (7)噴涂。三軸,帶交換托盤;西門子840D控制系統;缸孔直徑72~90mm,單極燃燒器(150A);對于4缸發動機直徑為80mm的缸孔,高度為130mm,參考節拍為158s(見圖3)。
               
              (8)工件冷卻。將工件放在滾道上,溫度降至室溫。
               
              (9)檢驗。用光學檢驗儀檢驗涂層面的密度和氧化物。該檢驗儀采用非接觸式檢測,可集成到生產線中,也可單獨作為檢驗設備??赏ㄟ^涂層前和涂層后檢驗直徑差來計算涂層的厚度。
               
              (10)缸孔精加工。通過加工中心鏜孔,預留珩磨余量,珩磨缸孔。
               
              (11)清洗。機器人上下料,在水中旋轉,真空干燥。
               
              (12)最終檢驗。通過線外檢具、三坐標等檢驗幾何尺寸(直徑,位置等)。MAG用于大批量生產的生產線2014年建成,節拍54s(見圖4)。
               
              結語
               
              上面介紹的兩種缸孔涂層工藝,各有優缺點。用戶可根據具體情況如產量、投資、生產線的柔性、材料消耗成本、設備占地面積等綜合情況來選擇。
               
              同時,還需要指出的是,由于涂層工藝對涂層前和涂層后的加工條件要求較為特殊,所采用的加工設備要具有很好的剛性。目前,對生產測試中所使用的刀具還處于消耗成本高的狀態,還需要在測試中對刀具進行不斷的改進。

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