一种螺旋槽体结构的铝缸套及其制备方法与流程

本发明涉及机件内配技术领域，尤其涉及一种螺旋槽体结构的铝缸套及其制备方法。

背景技术：

汽车发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和环保性。缸套作为发动机主要配附件之一，是发动机a级关键零部件，其性能直接影响着发动机的动力性、可靠性、经济性、排放、噪音等技术要求。

为了降低汽车油耗和减少尾气排放，全铝发动机应运而生，是欧美发动机制造企业近几年来开发的新产品，国内刚刚起步，是轻型轿车发动机的发展方向。

由于铝和铝之间的摩擦系数比铝和铸铁之间的摩擦系数要高得多，目前最主流解决办法是在铝缸体内镶铸铁气缸套，铸铁缸套是铝发动机实现低排放、低油耗核心。目前，缸套和铝缸体之间的结合通过浇铸铝水来实现结合，但是由于铝金属与铸铁之间的结晶不同，因此通常采用在铸铁缸套的表面先喷涂一层喷铝层再浇铸铝水的方式来提高铸铁缸套与铝缸体之间的结合力。但是，目前喷铝层在常压下进行喷涂，虽然操作简单方便，但是铸铁缸套与铝缸体之间的结合力有限，铸铁缸套与铝缸体之间的抗拉强度不超过30mpa。另外，传统的气缸套生产成本较高，磨合时间长，咬合力差，使用寿命短，并难以满足高性能节能环保发动机对于气缸套强度和耐磨性及成本的要求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供磨合和咬合力好、使用寿命长的螺旋槽体结构的铝缸套及其制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种螺旋槽体结构的铝缸套，包括缸套本体，所述缸套本体的外表面开设有从所述缸套本体的一端延伸至所述缸套本体另一端的螺旋槽；在所述缸套本体的外表面还设置有过渡铝膜，所述过渡铝膜的外表面喷涂有喷铝层。

优选地，所述螺旋槽的深度为0.1~0.4mm。

一种制备上述的螺旋槽体结构的铝缸套的方法，包括如下步骤：

步骤一、熔料

将铸铁原料放置到中频感应炉熔炼，将熔融状态原料出炉；

步骤二、孕育

熔融状态原料在出炉前加入孕育剂进行处理；

步骤三、铸造

将熔融状态原料注入离心铸造设备中生产缸套铸件；

步骤四、强制降温

经铸造成型的缸套铸件出模后，强制降温至300~350℃；

步骤五、保温出炉

将强制降温后的缸套铸件置入保温炉内进行保温，保温时间为60~100分钟且缸套铸件保温温度为200~230℃；

步骤六、螺纹加工

按照设计尺寸在缸套铸件的外壁进行粗车、精车制成缸套粗坯，缸套粗坯外壁设置有螺旋槽；

步骤七、制作模具

模具的主体为铸铁套，铸铁套和缸套本体是由同种材料制成，铸铁套的内壁喷涂有内铝层，铸铁套的外壁设置有电热套；将缸套本体插入所述模具的内部，此时缸套本体与内铝层之间为间隙配合；

步骤八、过渡铝膜的制作

将模具固定，旋转缸套本体，使得缸套本体的转速为120~160r/min；电热套通电给缸套本体加热，当缸套本体被加热到170~180℃时，立即将缸套本体的转速提高至960r/min并保持960r/min转速的状态2~3s，然后将缸套本体的转速降至60~70r/min并在该转速下将缸套本体从模具中抽出，缸套本体在60~70r/min的转速下冷却至室温，缸套本体停止转动，缸套本体的外圆形成厚度小于0.05mm的过渡铝膜。

优选地，所述的孕育剂为硅钡钙孕育剂。

优选地，所述喷铝层的制作方法为，在过渡铝膜的外表面以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min。

优选地，所述内铝层的制作方法为，在铸铁套的内壁以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min。

优选地，所述内铝层的厚度大于或等于1.5mm。

优选地，所述内铝层的表面粗糙度为100~200μm。

本发明的优点在于：

（1）本发明缸套与铝缸体之间再通过浇铸铝水结合后，缸套与铝缸体之间的抗拉强度能达到50mpa，相对于只喷涂有喷铝层的传统缸套来说，本发明缸套与铝缸体之间的结合强度显著提高。

（2）螺旋状槽体的设置，提高缸套与缸体之间的接触面积、接触复杂度，能地提升径向承受能力，防止工作时脱离缸体。

附图说明

图1为本发明的结构立体图。

图2为本发明在俯视状态下的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本实施例公开一种螺旋槽体结构的铝缸套，包括缸套本体1，所述缸套本体1的外表面开设有从所述缸套本体的一端延伸至所述缸套本体另一端的螺旋槽2；在所述缸套本体1的外表面还设置有过渡铝膜3，所述过渡铝膜3的外表面喷涂有喷铝层4。

其中，所述螺旋槽2的深度优选为0.1~0.4mm。

实施例2

本实施例公开一种制备上述实施例的螺旋槽体结构的铝缸套的方法，包括如下步骤：

步骤一、熔料

将铸铁原料放置到中频感应炉熔炼，将熔融状态原料出炉；

步骤二、孕育

熔融状态原料在出炉前加入孕育剂进行处理；

步骤三、铸造

将熔融状态原料注入离心铸造设备中生产缸套铸件；

步骤四、强制降温

经铸造成型的缸套铸件出模后，强制降温至300~350℃；

步骤五、保温出炉

将强制降温后的缸套铸件置入保温炉内进行保温，保温时间为60~100分钟且缸套铸件保温温度为200~230℃；

步骤六、螺纹加工

按照设计尺寸在缸套铸件的外壁进行粗车、精车制成缸套粗坯，缸套粗坯外壁设置有螺旋槽；

步骤七、制作模具

模具的主体为铸铁套，铸铁套和缸套本体是由同种材料制成，铸铁套的内壁喷涂有内铝层，铸铁套的外壁设置有电热套；将缸套本体插入所述模具的内部，此时缸套本体与内铝层之间为间隙配合；

所述内铝层的制作方法为：在铸铁套的内壁以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min；喷涂制成的内铝层的厚度大于或等于1.5mm，内铝层的表面粗糙度为100~200μm。

步骤八、过渡铝膜的制作

将模具固定，由于缸套本体与内铝层之间为间隙配合，因此缸套本体与内铝层之间存在间隙使得缸套本体即使旋转也不影响模具；旋转缸套本体，使得缸套本体的转速为120~160r/min；电热套通电给缸套本体加热，当缸套本体被加热到170~180℃时。

此时由于缸套本体受热膨胀，由于铝的热膨胀系数远大于铸铁的热膨胀系数，因此受热膨胀的内铝层与缸套本体之间接触并产生摩擦，严格控制内铝层的表面粗糙度，内铝层的表面粗糙度过小，内铝层与缸套本体之间没有足够的初始摩擦力，内铝层的表面粗糙度过大，不利于后续过渡铝膜的成型；当缸套本体的转速提高至960r/min并保持960r/min转速的状态2~3s时，缸套本体高速旋转并与内铝层剧烈摩擦，摩擦产生的高温使得内铝层开始融化并附着在缸套本体的外圆，内铝层融化过程中会进一步膨胀使得金属铝与缸套本体的外壁之间紧密结合；在离心力的作用下，大部分的铝水被甩出，只残留薄薄的一层覆盖在缸套本体的外壁，而60~70r/min的转速下产生的离心力不足以将残留的铝水再甩出；当缸套本体的转速降至60~70r/min并在该转速下将缸套本体从模具中抽出，缸套本体在60~70r/min的转速下冷却至室温，缸套本体停止转动，缸套本体的外圆形成厚度小于0.05mm的过渡铝膜。在该过程中，由于高温膨胀的作用，使得过渡铝膜与缸套本体之间结合紧密；再加上，在高温下，铸铁套上的一些金属粒子随着内铝层形成的铝水混合，铸铁套上的微量金属粒子掺杂在铝原子中结晶形成过渡铝膜，而铸铁套和缸套本体是由同种材料制成，因此，过渡铝膜更易与缸套本体结合。

在过渡铝膜的外表面以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min。

本发明螺旋槽的存在不但使得本发明所述螺纹加工型缸套与铝缸体之间的结合存在机械结合，而且在后续使用处理剂时，螺旋槽使得缸套粗坯的表面积显著增大，有助于提高反应效率。

在上述实施例中，内铝层与缸套本体之间最初界面接触点上产生犁削-粘合现象。由于单位摩擦力很大，粘合区增多。继续摩擦使这些粘合点产生剪切撕裂，内铝层上的金属粒子易表面迁移到缸套本体的外壁。界面上的犁削-粘合-撕裂过程进行时，摩擦力矩增加时界面温度增高。当整个界面上形成一个连续塑性状态薄层后，摩擦力矩降低到最小值。界面金属成为塑性状态并在压力作用下不断被挤出。由于机械混合和扩散作用，在结合面附近区域内发生一定程度的合金化，这有助于提高过渡铝膜与缸套本体之间的结合力。

缸套本体在960r/min的转速下保持2~3s，在该转速下，内铝层已经被熔化成铝水了；此时，转速再提高，温度易提升，不但不利于后续金属粒子结晶，而且还加速界面金属被挤出，不利于后续形成过渡铝膜；而转速低于960r/min，则需要更长的时间才能使得内铝层熔化成铝水，这也不利于后续形成过渡铝膜。

本发明缸套与铝缸体之间再通过浇铸铝水结合后，本发明缸套与铝缸体之间的抗拉强度为45~50mpa，本发明缸套与铝缸体之间的结合强度显著提高。

优选地，所述的孕育剂为硅钡钙孕育剂。

优选地，所述喷铝层的制作方法为，在过渡铝膜的外表面以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min。

优选地，所述内铝层的制作方法为，在铸铁套的内壁以氧-乙炔焰作为热源、铝丝为喷涂材料进行喷涂作业，喷枪移动速度为350~360mm/s，铝丝的送丝速度为2.1～2.13m/min。

优选地，所述内铝层的厚度大于或等于1.5mm。

优选地，所述内铝层的表面粗糙度为100~200μm。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。