[发明专利]复合预应力增强陶瓷缸套的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机缸套，尤其涉及一种复合预应力增强陶瓷内衬缸套的制造方法。

背景技术

目前内燃机缸套都是用金属材料制作，为了防止内燃机工作时缸套温度过高而影响缸套的使用强度，在缸套体外部都设有水冷却系统，以保证内燃机在不太高的温度下正常工作。由于水冷却系统吸热散热作用会消耗掉部分热能，使得气缸内燃烧室的温度降低，在某些情况下使燃烧室内的燃料燃烧得不迅速、不完全，降低了内燃机的热机效率，有时甚至还会产生燃烧不完全的有害气体，污染环境。

针对上述情况，有资料提出利用陶瓷材料的耐高温特性制造免水冷却的陶瓷内燃机，但由于陶瓷材料的脆性易碎，使其不具备基本的装配功能和使用強度，因而在陶瓷缸套的制作和使用上都存在困难，也有人设计用精密加工、加热装配冷却后产生预应力的方法增强，但加工精度要求太高，很难保证预应力的大小是否合适，增强性能的稳定性难以保证。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种制造简单、预应力大小稳定，能够实现的浇铸复合预应力增强陶瓷内衬缸套的制造方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：所述的复合预应力增强陶瓷内衬缸套的制造方法，具体包括如下步骤：

1）首先制造圆筒形陶瓷内衬并对其进行加工，使陶瓷内衬的内径和内表面质量符合缸套的要求；

2）将加工好的陶瓷内衬安放入浇铸模内且使陶瓷内衬的中心线和浇铸模的中心线重合；

3）在陶瓷内衬内放入电加热装置，将陶瓷内衬加热后，等待浇铸；

4）将金属液从浇铸口倒入以陶瓷内衬为内模的浇铸模中，金属液在陶瓷内衬周围冷却凝固形成金属外套，得到复合缸套；金属外套和陶瓷内衬在冷却过程中由于金属的收缩大于陶瓷，金属外套将对陶瓷逐渐施加均匀的压应力；

5）将浇铸好的复合缸套再以陶瓷内衬为基准对金属外套的外形根据内燃机的设计要求进行加工，即得到所述复合预应力增强陶瓷内衬缸套。

所述陶瓷内衬的壁厚为5～10mm且厚度均匀。而金属外套的壁厚通常应该大于常规的金属缸套的厚度，这是由于预应力的存在，对金属外套的强度要求增加。

在步骤3）中，将陶瓷内衬加热至700℃～900℃，这样就使陶瓷内衬能够承受浇铸金属液的热冲击而不炸裂。

在步骤4）中，优选通过自然冷却方法来形成金属外套，缓慢冷却逐渐产生压应力。

由于金属外套的热膨胀系数与陶瓷内衬的热膨胀系数大，冷却收缩时金属外套的收缩比陶瓷内衬的收缩大，金属外套对陶瓷内衬施加压应力。这种预加压应力能有效地提高陶瓷内衬的抗张强度，可以使陶瓷内衬适应气缸内燃料迅速燃烧时所产生的巨大压力而不破碎。所述陶瓷内衬比金属缸套能够承受更高的燃烧温度，其向外层传递的热量也更少，使得整个缸套可以不采用水冷却系统进行冷却，能够减少气缸燃烧室的温度的降低，使燃料燃烧得更迅速、更完全，有效提高内燃机的热机效率。

硬度大耐高温的陶瓷材料不能用于制造内燃机的高温部件，很重要的原因就是陶瓷材料性脆易碎強度小，不能承受燃料迅速燃烧所产生的強大冲击力。陶瓷材料的抗张强度和抗压强度极不平衡，一般抗张强度只有抗压强度几分之一到十几分之一，而陶瓷材料的抗张强度过小直接导至了陶瓷材料的易碎性，因而通过提高陶瓷材料的抗张强度就能提高陶瓷的机械強度。本发明利用预应力的方法，将陶瓷内衬的抗张强度提高200％～300％，使其能够满足缸套内的強度要求；另外，由于缸套的结构完整，气缸内燃料燃烧所产生的膨胀压力是均匀分布的，不会在局部产生过大的应力集中而导至陶瓷内衬破碎。

从热传递的角度看，陶瓷材料是热的不良导体，其导热系数远小于金属，气缸内通过陶瓷内衬向外传递的热量相对于金属就较少；而金属是热的优良导体，陶瓷内衬传递给金属外套的热量能迅速由内向外传递并迅速传向各金属部件而自然冷却，因而缸套外部无须再用冷却液冷却，机器整体不会因此而升温过高。

气缸内燃料燃烧的热量通过缸套向外散热的减少，使得燃烧室内的温度相应提高；同时，由于缸套向外散热的减少在气缸中只是局部，因而只能使燃烧室内的温度提高100℃～300℃，不会对机器的其它部件产生大的影响。