METHOD OF PRODUCING THE RACEWAYS OF CAST IRON CYLINDERS OF A RECIPROCATING ENGINE

Abstract: 1. Method of producing the running surfaces of cylinders, consisting of grey cast iron, of a reciprocating engine, in particular of an internal-combustion engine, in which method the surface material is electrochemically deposited, after which it is subjected to a treatment with a liquid and subsequently the running surfaces undergo a mechanical friction plating or smoothing without closing of the graphite clusters close to the surface, characterized in that, after the electrochemical working, the running surfaces (6) are impinged by a liquid jet at a pressure of > 400 bar, preferably of 600 to 800 bar.

Description: Verfahren zum Herstellen der Laufflächen von aus Grauguss bestehenden Zylindern einer Hubkolbennaschjne sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Laufflächen von aus Grauguss bestehenden Zylindern einer Hubkolbenmaschi- ne, insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 3 sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens. Die Laufflächen von Zylindern insbesondere von Hubkolben-Brenn kraftmasehinen werden im Endstadium der Bearbeitung in der Regel elektrochemisch oder mechanisch gehont, wobei das zuletzt genannte Honen überwiegend angewendet wird. Nicht voll befriedigend beim mechanischen Honen ist die mehr oder minder auftretende Blechmantelbildung, bei der Oberflächenmaterial über die an der Oberfläche befindlichen Graphitnester des Werkstoffes gequetscht bzw. geschmiert wird. Die tribologischen Eigenschaften der Laufflächen sind dadurch beeinträchtigt. Es ist zwar z.B. durch die DE-OS 25 31 033 bekannt, diese Ober flächenverquetschungen durch elektrochemisches Anätzen der Lauf flächen zu beseitigen, Jedoch ergibt sich dadurch eine relativ undefinierte Lauffläche, die wegen der Ätzrückstände und der Mlkrorauhigkeit, insbesondere hinsichtlich ihres Eigenverhal tens nicht voll zufriedenstellen konnten. Dies trifft im wesentichen auch für elektrochemisch gehonte Laufflächen zu, bei denen insbesondere eine aufgelockerte Oberflächenstruktur vorhanden ist, welche hinsichtilch der Verschleissbeständigkeit (insbeosndere Korrosionsverschleiss) nicht voll befriedlgt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemä.sses Verfahrens, anzugeben, mit welchem Laufflächen mit besonders günstige tribologischen Eigen- schaften und einer hohen Verschleissfestigkeit herstellbar sind; ferner soll eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung geschaffen werden. Die verfahrensgemässe Ausgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 3 gelöst. Mit dem Beaufschlagen der mechanisch und/oder elektrochemisch bearbeiteten Laufflächen mit einem Flüssigkeitsstrahl unter hohem Druck (im weiteren als Hockdruckstrahlen bezeichnet) werden ohne nachteilige Auflockerung der Ober- flächenstruktur Mikrograte beseitigt und zugeschmierte Graphitnester zumindest teilweise geöffnet und somit Laufflächen mit einem hohen metallischen Traganteil, mit schmiermittelspeichernden Grübchen und mit offenen Graphinestern bei einer insgesamt stabilen Ubertlächen struktur geschaffen. Da die auf die Lauffläche mit hoher kinetischer Energie auftreffenden Flüssigkeitspartikel eine gewisse Rauhigkeit der Lauffläche hervorrufen, kann in besonders vorteilhafter Weiterblldung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 2 ein Reibplattieren oder eine Glättung der Lauffläche erfolgen. Das Reibplattieren kann beispielsweise wie in der DE-PS 31 19 847 beschieben und beispielsweise mit einem Reibplattier werkzeug gemäss der deutschen Patentanmeldung P 31 49 120.0-14 durchgeführt werden. Weitere zweckmässige und vorteilhafte Verfahrensparameter sind in den Merkmalen der Patentansprüche 3 bis 5 angegeben, mit denen in Versuchen gute Ergebnisse erzielt wurden. Beispielsweise konnten bei einem dem mechanischen Honen nachgeschalteten Hochdruckstrahlen der Blechmantelanteil auf etwa 75 % bis 65% verringert werden. Bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 6 mit kombinierter elektrochemischer und mechanischer Bearbeitung der Laufflächen von Zylindern, kann vorteilhaft nach jedem elektrochemischen Bearbeiten oder zumindest bei der letzten elektrochemischen Bearbeitungsstufe ein Hochdruckstrahlen nachgeschaltet werden. Wie sich gezeigt hat, kann damit die ansonsten auftretende, gegebenerfalls störeride Auflockerung der Oberflächenstruktur wesentlich verringert werden. Mit dem zuletzt erfolgenden Verfahrensschritt des Glattens oder Reib- plattieren der Lauffläche wird wiederum die angestIebte, tribologlsch günstige Lauffläche mit extrem geringer Mikrorauhigkeit und einer hohen geometrischen Genauigkeit geschaffen. Eine vortelihafte Vorrichtung zur Durchführunq des Verfahrens ist im Patentanspruch 7 angeführt. Sie kann an einer herkommlichen Werk- zeugmaschine mit einer rotatorisch und transiatorisch bewegbaren Antriebsspindel als Antriebsvorrichtunq ausgebildet sein. Die tcr- richtung kann mit relativ geringem Aufwand einer herkömmlichen Hon maschine im Fertigungsablauf nachgeordnet oder gegebenenfalls sogar in dieser integriert sein. Zweckmässige Merkmale der Vorrichtung bzw. insbesondere des Düsenkopfes sind den Patentansprüchen 8 und 9 entnehmbar. Durchdie Verwendung mehrerer Strahldüsen kann die Bearbeitungszeit bei intensiver Beaufschlagung der Laufflächen verkürzt werden. Als besonders geeignet haben sich Rundstrahldüsen innerhalt der anqegebenen Dlmenslon erwiesen. Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten naher beschrieben. Die anliegende Zeichnung zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführuno des Verfahrens in schematischer Darstellung. In einem Zylinderblock 2 einer nicht näher dargestellten Hubkolben Brennkraftmaschine sind mehrere Zylinder 4 mit einer Lauffläche 6 eingebracht. Die Zylinder 4 wurden wie bekannt gebohrt und anschliessend in einer Honmaschine mechanisch gehont. Anschliessend wird der Zylinderblock 2 einer Vorrichtung 8 zugeführt, in welcher die Laufflächen 6 hochdruckgestrahlt werden. Die Vorrichtung 8 weist einen Vorratsbehälter 10 auf, in der eine Wasser- Öl-Emulsion enthalten ist. Die angeführte Emulsion uird uber eine Filtervorrichtung 12 aus dem Vorratsbehälter 10 angesaugt und mittels einem Hochdruckpumpensystem 14 als Druckquelje einer Antriebs- vorrichtung 16 zugeführt. Die Antriebsvorrichtung 16 ist mit einer Antriebsspindel 18 versehen, in welcher der Schaftteil 2G einet Ab- strahlvorrichtung 22 aufgenommen ist Die Abstrahlvorrichtung 22 trägt einen Düsenkopf 24, ar der drei und strahldüsen 26 umfangsmässig verteilt angeordnet sind. Die durch das Hockdruckpumpensystem 14 auf einen Druck von ca. 700 bar gebrachte Emulsior vird durch die hohle Antriebsspindel 18, den hohlen Schaftteil 20 und über entsprechende Kanäle 28 im Düsenkopf 24 den Pfund strahl düsen 26 zugeführt. Mit Beginn des Hochdruckstrahlens wird die Abtrahlvorrichtung 22 mittels oer Antriebsvorrichtung 16 in eine translatorische und rotatorische Bewegung derart versetzt, dass die Rundstrahldusen 26 die Lauffläche 6 schraubenförmig über deren gesamten Bereich mehrfach beaufschlagen. Die abgestrahlte Emulsion kann durch die Zylinder 4 hindurch wieder in der, Vorratsbehälter 10 zurücklaufen. Nach dem Hochdruckstrahlen der Zylinder 4 wird der Zylinderblock 2 einer Bearbeitungsstation 30 mit einer Antriebsvorrichtung 32 zugeführt. Dort erfolgt durch translatorische und rotatorische Bewegung eines Reibplattierwerkzeuges 34 bei geringem Anpressdruck ein Reib- plattieren der Laufflächen 6, ohne das die an der oberfläche der Laufflächen 6 liegenden Graphitnester verschlossen werden. Das beschriebene Hochdruckstrahlen mit anschiessendem Reibplattieren oder Glätten der Laufflächen 6 kann in gleicher Weise dann ausgeführt werden, wenn anstelle des vorangegangenen mechanischen Honens ein elektrochemisches Honen erfolgte. Bei mehreren abwechselnden elektrochemischen und mechanischen Bearbeitungszyklen kann nach einem Jeden elektrochemischen Honen oder zumindest bei den zu- letzt erfolgenden elektrochemischen Bearbeitungsschritt ein Hochdruckstrahlen und als absolut letzter Bearbeitungsschritt ein Reibplattieren der Laufflächen 6 durchgeführt werden. Die in dem Düsenkopf 2. eingesetzten Rundstrahldüsen 26 sind derart ausgebildet, dass der Flüssigketistrahl radial in einem Winkel von 600 bis 1200 auf der zu bearbeitenden Lauffläche auftrifft. Damit konnten sowohl günstige Ergebnisse hinsicht- lich der Oberflachenstruktur der Lauf flächen 6 als auch ein günstiger Abfluss der abgestrahlten Emulsion erzielt werden. Der Austrittsdurchmesser der Rundstrahldüsen beträgt 1 mm.

Claims: P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen der Laufflächen von aus Grauguss bestehenden Zylindern einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei welchem Verfahren das Oberflä chenmaterial elektrochemisch und/oder mechanisch abgetragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Laufflächen (6' mit einem Flüssigkeitsstrahl eines Druckes von > 400 bar, vorzugsweise von 600 bis 800 bar, beaufschlagt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h ne t , dass die Laufflächen (6) nach deren Be aufschlagung mit dem Flüssigkeitsstrahl einem mechanischen Reibplattieren oder Glätten ohne Verschliessen der oberflä chennahen Graphitnester unterzogen werden. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e l c h n e t , dass als Flüssigkeit Wasser, eine Wasser-Ölemulsion oder Öl verwendet wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen l bis 3 d a d u r c h gek e n n 2 e i c h ne t . dass der Flüssigkeitsstrahl in einem Winkel von 600 bis 3200 zu den Laufflächen (6 ein gestellt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t , dass der Flüssigkeitsstrahl schraubenformlg ein oder mehrmals über die Laufflächen (6) geführt wird. 6. Verfahren nach der Ansprüchen 1 und 2, bei dem sowohl ein elektro chemisches als auch ein mechanisches Bearbeiten der Laufflächen /6 in einem einzigen oder in mehreren Arbeitszyklet durchgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach dem jeveiligen elektrochemischen Bearbeiten eine Bearbeitung mit dem Flüssigkeitsstrahl nachgeschaltet wird. 7. Vorricntung zur Durchführung des Verfahrens nach deri vorhergehenden Ansprüchen, mit einer Druckquelle (14), einer Zuführeinrichtung und einer Abstrahlvorrichtung, d a d 0 r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass die Abstrahivorrichtung (22) mit einem Düsenkopf (24) gebildet ist, der zumindest eine Strahldüse (Rundstrahldüsen 26) trägt, und der über einen Schaftteil (20,' in einer eine rotatorische und eine translatorische Bewegung erzeugenden Antriebsvorrichtung (16) aufgenommen ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Düsenkopf (24) ) mehrere umfangsmäss 9 verteilte Düsen trägt. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, d a d u r c h 9 e k e n n z e l c h n e t , dass als Strahldüsen Rundstrahldusen mit einem Austrittsdurchmesser von 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise O,d mm bis 1,1, mm verwendet sind.

Inventors: HECK, KLAUS, DR., LINDNER, HORST, MUNNIGHOFF, HANS, Münnighoff, Hans
Applicants: AUDI AG
Application year: 1985
Main classification: F16J10
IPC codes: B23P17, B24C1, F16J10