摩擦搅拌加工技术在高硅铝合金缸套的应用方法技术

本发明专利技术涉及一种摩擦搅拌加工技术在高硅铝合金缸套的应用方法，它适用于提高发动机耐磨性、减少废气排放量和延长使用寿命的需求。其加工方法是：首先将缸套毛坯表面去氧化皮并清洗干净；再将清洗干净的缸套毛坯固定在可以旋转的夹具上，并将夹具整体固定在搅拌加工设备的水平移动平台上；然后运用摩擦加工设备对缸套毛坯外表面到距其内表面０．３ｍｍ深处的材料进行加工，搅拌头旋转速度为８００－１５００ｒｐｍ，搅拌头加工线速度为１５－４０ｍｍ／ｍｉｎ，对整个缸套毛坯材料进行摩擦搅拌加工；最后机械切屑、绗磨获得缸套零件。应用本发明专利技术可将分布在缸套中增强颗粒尺寸从３０－５０μｍ降低到１０μｍ以下，并改善颗粒分布的均匀性，显著提高缸套内表面的耐磨性、降低磨损系数，延长使用寿命，且制备工艺简单。

Application of friction stir processing technology in high silicon aluminum alloy cylinder

The invention relates to an application method of friction stir processing technology in high silicon aluminum alloy cylinder liners, which is suitable for improving the abrasion resistance of the engine, reducing the exhaust emission and prolonging the service life. The processing method is: firstly the cylinder blank surface to the oxide and clean; then cleaning clean cylinder blank is fixed on the rotating fixture, the fixture will be fixed on the overall level of mobile platform mixing processing equipment; and then use the friction processing equipment from the inner surface of the 0.3mm deep processing of materials on the surface the cylinder sleeve blank outside, rotating speed is 800 1500rpm, stirring head processing line speed of 15 40mm / min, the cylinder blank material by friction stir processing; mechanical cutting, grinding and finally obtain the cylinder parts. The application of the invention can be distributed in the cylinder particle size from 30 to 50 mu m decreased to below 10 m, and improve the uniformity of particle size distribution, significantly improve the cylinder surface wear resistance, lower wear coefficient, prolong the service life, and simple preparation process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，它适用于发动机耐磨性提高、废气排放量减少和是使用寿命延长的的需求。
技术介绍
铸造成型的高硅铝合金缸套，在使用一段时间之后，内孔磨损加剧，缸壁和活塞环 之间产生较大的间隙，致使发动机跑气，有效功率降低，机油耗量大幅度上升，发动机使用 寿命降低。因此，研发改善缸套内组织结构，细化增强颗粒粒径，可获得具有更高耐磨性能、 更低磨损系数的铝合金缸套显得尤为重要。 摩擦搅拌加工技术(Friction stir processing)是在由英国焊接研究所(The Welding Institute,TWI)公司专利技术的搅拌摩擦焊接技术(专利号US5460317,1991. 12)演 变而来，在制备细晶组织方面具有独特的优势。该技术的基本原理是利用高速旋转的搅拌 头(搅拌针)插入材料中，利用搅拌头的强烈摩擦和搅拌作用，使搅拌区材料处于热塑性状 态并被破碎、混合。 中国专利技术专利200810070197. 0公开了一种运用离心铸造法制备内层颗粒增强缸 套及其制造方法。该缸套包括内层的增强层和外层的非增强层，增强层分布有大量初生硅 和Mg2Si颗粒，非增强层中不包括初生硅和Mg2Si颗粒，增强层与非增强层通过冶金结合的 过渡层进行结合，该缸套采用离心铸造方法制备而成，初生硅和Mg^i颗粒粒径较大。英国 专利GB972095公布了一种采用压铸成型技术制备高硅铝合金缸套的方法，也难以获得细 小均匀的高硬度化合物质点相以及高硅质点。 中国专利200810163877. 7公开了一种运用高硅铝合金缸套的制备方法。该方法 需要先运用喷射沉积法获得挤压毛坯，然后挤压获得筒状挤压坯，最后热处理、机械加工获 得缸套毛坯。所制备的材料具有较为细小的组织结构和较好的性能，但是所需的工序较长， 加工成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，运用摩擦搅拌加工技术细化铸造 成型的高硅铝合金缸套内部组织结构，提供一种摩擦搅拌加工技术在高硅铝合金缸套的应 用方法。实现本专利技术步骤为 ①将缸套毛坯外表面去氧化皮后再清洗干净；②将清洗干净的缸套毛坯固定在 可以旋转的夹具上，并将夹具整体固定在搅拌加工设备的水平移动平台上；③运用摩擦加 工设备对缸套毛坯外表面到距其内表面0. 3mm深处的材料进行加工，搅拌头旋转速度为 800-1500rpm，搅拌头加工线速度为15-40mm/min，实现对整个缸套毛坯的加工，同时在此过 程中可对工件进行水冷；④机械切屑、绗磨获得缸套零件。 本专利技术的有益效果在于 1.通过摩擦搅拌法可以获得细小的Si、Mg^i颗粒以及细小的共晶组织，该种组织 结构可以极大提高材料的耐磨损性能，降低材料的摩擦系数和降低发动机油耗，最终在高 性能发动机上得到应用。 2.本专利技术的工艺是运用摩擦搅拌技术在缸套材料改性方面的应用，生产的可控性 强。附图说明 图1是摩擦搅拌加工缸套的示意图。 图2为图1中A-A剖面的剖面图。 图中，1为旋转电机，2为固定定位块，3为缸套毛坯，4为摩擦搅拌头，5为活动定位 块，6为悬臂支撑装置，7为机架。具体实施例方式参见图l。本专利技术所述的步骤如 下 ①将铸造法制备的高硅铝合金缸套毛坯件表面清理干净；②将清洗干净的缸套毛 坯3固定在具有旋转装置的工装夹具上(包括旋转电机1，固定定位块2，活动定位块5，悬 臂支撑装置6和机架7)。缸套的旋转可以通过旋转电机1的转动实现，半圆柱形悬臂装置6 与缸套内壁形状一致，起到支撑缸套内壁的作用，旋转电机安装在机架7的导轨上，整个工 装夹具固定在摩擦搅拌设备的水平移动工作平台上；③运用摩擦搅拌加工设备对缸套毛坯 外表面到距其内表面0. 3mm深处的材料进行加工，摩擦搅拌头4旋转速度为800-1500rpm， 摩擦搅拌头4加工线速度为15-40mm/min，通过安装夹具的转动和径向移动运动方式实现 对整个缸套毛坯的加工，同时在此过程中可对搅拌头附近工件进行喷水冷却；④对摩擦搅 拌加工后的缸套进行热处理和机械加工获得缸套成品。 具体实施例如下 实施例1 待加工缸套Al-21Si-5Mg合金，离心铸造而成的内表面由初生硅、Mg^i共生增 强，增强颗粒粒径为30-50 ym。 粗加工离心铸造成型的Al-21Si-5Mg合金缸套，去除缸套表面氧化皮并用酒精清 洗干净；将清洗干净的缸套固定在安装夹具上；运用摩擦搅拌加工设备对缸套毛坯外表面 到距其内表面0. 3mm深处的材料进行加工，搅拌头旋转速度为1200-1500rpm，由夹具装配 的缸套以35-40mm/min的线速度旋转，旋转一周之后搅拌头以35mm/min的速度前行半个肩 宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完毕；对摩擦搅拌加工缸套进行机械切屑、绗磨获 得缸套零件。加工后的缸套增强颗粒仍然分布在缸套内表面，初生硅颗粒和Mg^i颗粒粒 径降低到7ym，颗粒分布更均匀，干摩擦实验表明经过摩擦搅拌加工后材料耐磨性能提高 80%，摩擦磨损系数降低12%。 实施例2 待加工缸套Al-21Si-5Mg合金，离心铸造而成的内表面由初生硅、Mg2Si共生增 强，增强颗粒粒径为30-50 ym，增强颗粒的体积分数为25%。 粗加工离心铸造成型的Al-21Si-5Mg合金缸套，去除缸套表面氧化皮并用酒精清洗干净；将清洗干净的缸套固定在安装夹具上；运用摩擦搅拌加工设备对缸套毛坯外表面到距其内表面0. 3mm深处的材料进行加工，搅拌头旋转速度为1200-1500rpm，由夹具装配的缸套以35-40mm/min的线速度旋转，旋转一周之后搅拌头以35mm/min的速度前行半个肩宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完毕，同时对摩擦搅拌头附近材料进行喷水冷却；对摩擦搅拌加工缸套进行机械切屑、绗磨获得缸套零件。 加工后的缸套增强颗粒仍然分布在缸套内表面，初生硅颗粒和Mg^i颗粒粒径降低到5 ii m，颗粒分布更均匀，干摩擦实验表明经过摩擦搅拌加工后材料耐磨性能提高90%，摩擦磨损系数降低10%。 实施例3 待加工缸套Al-21Si-5Mg合金，离心铸造而成的内表面由初生硅、Mg2Si共生增强，增强颗粒粒径为30-50 ym。 粗加工离心铸造成型的Al-21Si-5Mg合金缸套内外表面，去除缸套表面氧化皮并用酒精清洗干净；将清洗干净的缸套固定在安装夹具上；运用摩擦搅拌加工设备对缸套毛坯外表面到距其内表面0. 3mm深处的材料进行加工，搅拌头旋转速度为800-1000rpm，由夹具装配的缸套以15-25mm/min的线速度旋转，旋转一周之后搅拌头以15mm/min的速度前行半个肩宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完毕；对摩擦搅拌加工缸套进行机械切屑、绗磨获得缸套零件。 加工后的缸套增强颗粒仍然分布在缸套内表面，初生硅颗粒粒径降低为8ym，颗粒分布均匀，干摩擦实验表明经过摩擦搅拌加工后材料耐磨性能提高86%，摩擦磨损系数降低13%。 实施例4 待加工缸套Al-21Si-5Mg合金，离心铸造而成的内表面由初生硅、Mg2Si共生增强，增强颗粒粒径为30-50 ym。 粗加工离心铸造成型的Al-21Si-5Mg合金缸套内外表面，去除缸套表面氧化皮并用酒精清洗干净；将清洗干净的缸套固定在安装夹具上；运用摩擦搅拌加工设备对缸本文档来自技高网...

【技术保护点】
摩擦搅拌加工技术在高硅铝合金缸套的应用方法，其特征在于有以下步骤：　　①将缸套毛坯外表面去氧化皮后再用酒精清洗干净；　　②将干净的缸套毛坯固定可以旋转的加工夹具上，并将夹具整体固定在搅拌加工设备的水平移动平台上；　　③运用摩擦搅拌加工设备对缸套外表面到距内表面０．３ｍｍ深处的材料进行加工；搅拌头旋转速度为８００－１５００ｒｐｍ，搅拌头加工的线速度为１５－４０ｍｍ／ｍｉｎ，对整个缸套进行加工；　　④机械切屑、绗磨获得缸套零件。

【技术特征摘要】
摩擦搅拌加工技术在高硅铝合金缸套的应用方法，其特征在于有以下步骤①将缸套毛坯外表面去氧化皮后再用酒精清洗干净；②将干净的缸套毛坯固定可以旋转的加工夹具上，并将夹具整体固定在搅拌加工设备的水平移动平台上；③运用摩擦搅拌加工设备对缸套外表面到距内表面0.3mm深处的材料进行加工；搅拌头旋转速度为800-1500rpm，搅拌头加工的线速度为15-40mm/min，对整个缸套进行加工；④机械切屑、绗磨获得缸套零件。2. 根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于所述步骤③中搅拌头旋转速度为1200-1500rpm，由夹具装配的缸套以35-40mm/min的线速度旋转，旋转一周之后搅拌头以35mm/min的速度前行半个肩宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完毕。3. 根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于所述步骤③中搅拌头旋转速度为1200-1500rpm，由夹具装配的缸套以35-40mm/min的线速度旋转，旋转一周之后搅拌头以35mm/min的速度前行半个肩宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完毕，同时对摩擦搅拌头附近材料喷水冷却。4. 根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于所述步骤③中搅拌头旋转速度为800-1000rpm，由夹具装配的缸套以15-20mm/min的线速度旋转，缸套旋转一周之后搅拌头以15mm/min的速度前行半个肩宽距离，如此反复，直到对整个缸套加工完...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开，薛寒松，肖海波，何乃军，轩伟，刘昌明，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]