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如今的汽車制造商面臨的眾多挑戰(zhàn)之一就是在動(dòng)力總成中降低車體重量和摩擦損耗以改善整車效率。這成為采用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體替代傳統(tǒng)的鑄鐵缸體的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。鋁合金的一大優(yōu)點(diǎn)就是能降低整體重量。但鑄鐵缸套仍在使用，因?yàn)殍T鐵擁有普通鋁合金所不具備的重要的摩擦學(xué)特征。因此，眾多的汽車制造商花費(fèi)了大量的時(shí)間研究如何用鋁合金汽缸體解決摩擦學(xué)不足的工程解決方案。
其中一個(gè)較早的方案是在鋁合金缸體的缸筒上加鑄鐵缸套。總的來(lái)說(shuō)，這一方案比較容易使生產(chǎn)概念化，而且相比Nikasil®, Lokasil®等缸筒解決方案它比較經(jīng)濟(jì)，在當(dāng)時(shí)這一方案比較可行。灰鑄鐵缸套（GCI）的其中一大缺點(diǎn)在于缸套與缸體之間的封裝與其重量。灰鑄鐵缸套（GCI）相比鋁合金還有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)在于其熱力學(xué)特征。這不僅體現(xiàn)在其熱傳導(dǎo)性上還有熱容；這些物理特征妨礙了其維持最佳燃燒所需要的活塞效率和內(nèi)徑溫度。根據(jù)嵌入類型，還可能進(jìn)一步造成缸套與缸體材料之間的接合不理想，并在缸套與缸體之間形成絕緣點(diǎn)；根據(jù)這些不理想接合點(diǎn)的位置分布，可能使發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的擊倒抗性產(chǎn)生重大改變。如今，熱噴涂缸筒應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)使汽車制造商能夠在缸筒內(nèi)涂上一層耐磨涂層，替代傳統(tǒng)的鑄鐵缸套。柯馬可為客戶提供一套融合創(chuàng)新的等離子高速熔焊(PTWA)熱噴涂系統(tǒng)。PTWA工藝采用高速離子化熔焊技術(shù)，使鋼粒子在鋁合金缸筒上形成一層涂層。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(gè)灰鑄鐵（GCI）缸套而需要忍受缸筒變形問(wèn)題，也不再具有灰鑄鐵缸套所有的熱力學(xué)缺點(diǎn)。用等離子熱噴涂缸筒取代灰鑄鐵缸套，不僅減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體重量，而且增加了其耐久性并降低了能耗。
熱能改進(jìn)：缸孔溫度降低
目前已有不少報(bào)道說(shuō)明熱噴涂涂層缸套比鑄鐵缸套具有更多的優(yōu)勢(shì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)重量上，根據(jù)缸體的幾何構(gòu)造并綜合改善后的耐久性，熱噴涂涂層缸套可以為每個(gè)缸筒降低約一磅的重量。熱噴涂技術(shù)還可以增強(qiáng)制造的靈活性，因?yàn)橐慌_(tái)設(shè)備可以為不同長(zhǎng)度和直徑的缸筒實(shí)施噴涂。更重要的是，熱噴涂涂層改善了熱力學(xué)特性、散熱性、機(jī)械效率，并可以提高整體的燃油效率。
成功運(yùn)用熱噴涂涂層方案的一個(gè)關(guān)鍵是工藝配置。就靈活性和優(yōu)化整合方面，Greenfield現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)顯著；而根據(jù)噴涂工序所處的位置，也存在生產(chǎn)制造出現(xiàn)受限的情況（Brownfiled現(xiàn)場(chǎng)）。如果
Brownfiled現(xiàn)場(chǎng)的一家制造商企圖盡量減少新設(shè)備的投入，例如只想增加一臺(tái)熱噴涂設(shè)備，則典型的應(yīng)用應(yīng)該是將該設(shè)備盡量置于工藝上游，但這一做法對(duì)成本投資和發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響顯著。因此，汽車制造商需要仔細(xì)權(quán)衡其生產(chǎn)目標(biāo)，將簡(jiǎn)化處理、發(fā)動(dòng)機(jī)性能和整體投資按照相對(duì)重要性排列出優(yōu)先次序；然后選出最佳的解決方案。很明顯，這里的“最佳”解決方案是優(yōu)化生產(chǎn)次序并將新增工序完美融入當(dāng)前工藝的設(shè)計(jì)。雖然存在多個(gè)選擇項(xiàng)，但柯馬建議的目前方案是精密鏜孔結(jié)合表面處理、噴涂，然后粗糙打磨缸筒加工。
處理基材表面，使缸筒內(nèi)壁無(wú)任何涂層，是成功進(jìn)行熱噴涂處理的第一個(gè)關(guān)鍵工序。目前普遍使用的表面處理技術(shù)有很多，在粘結(jié)強(qiáng)度、噴涂難易以及成本方面區(qū)別也很明顯；使用最普遍的有噴砂、水刀和機(jī)械粗加工。
早期的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用的是噴砂處理，柯馬認(rèn)為這種處理方法有太多的內(nèi)在問(wèn)題需要考慮。最顯著的問(wèn)題是噴砂需要不斷地清洗與烘干。而更多的汽車制造商避免使用噴砂是由于這種處理方法會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生污染，而在熱噴涂加工看來(lái)，即使工藝過(guò)程中產(chǎn)生極細(xì)的粉末也會(huì)影響噴涂涂層的粘結(jié)度。
高壓水刀打磨，相比之下，不使用粗砂或打磨材料而采用液體射流沖刷基材表面。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是打磨表面只需烘干，無(wú)需清洗。如果選擇液體打磨的方案，則評(píng)估基材質(zhì)量和孔隙率非常關(guān)鍵，特別是基材是否屬于高壓鑄造（HPDC）。這一工藝會(huì)，明顯改變缸筒內(nèi)徑，因?yàn)楣に囘^(guò)程中需要安裝監(jiān)控并引入機(jī)械臂控制以確保涂層粘結(jié)度，然而統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)中難以測(cè)量基材表面各種系數(shù)又使其難于很好地監(jiān)控工件… 一旦得知并計(jì)算出這些系數(shù)，整個(gè)工藝往往能變得穩(wěn)定而具有很好的可重復(fù)性。另外，加工后的表面巨粗糙度程度相對(duì)較低，大約十幾微米，這意味著基材表面已經(jīng)相當(dāng)平滑，因此也可以通過(guò)降低噴涂涂層的粗糙度改善涂層工藝。這一工藝可能產(chǎn)生的問(wèn)題是，一旦結(jié)合高壓鑄鐵就會(huì)產(chǎn)生本質(zhì)上的收縮；因而這種工藝實(shí)際上使各種缺陷更顯著化，包括加深已有孔隙或加劇收縮。加之與鑄造缺陷相互作用，可能使缺陷擴(kuò)大，導(dǎo)致無(wú)法清理干凈的局面或需要橋接的情況。
噴砂處理和水刀打磨的一個(gè)替代方法是機(jī)械表面精鏜加工處理（機(jī)械粗加工）。根據(jù)所使用的工具工藝，打磨可以通過(guò)切割打碎基材原有表面、切割鍛造螺紋牙形使之形成方槽、或通過(guò)不規(guī)則鍛造產(chǎn)生同心凹槽來(lái)完成。另一個(gè)選擇是只采用簡(jiǎn)單螺紋牙形，用燕尾切割直接切削基材表面，如果使用設(shè)備適當(dāng)，這一過(guò)程可以輕易監(jiān)控。這一理論的首次引入早在1943年，相比噴砂處理，機(jī)械粗加工的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染物并且可重現(xiàn)。而相比水刀打磨，它的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于可以輕易處理孔隙和鑄件完整性上的變化；根據(jù)所用的類型，孔隙可以處理到1.25mm。機(jī)械粗加工更穩(wěn)定且易于實(shí)施，因?yàn)橹饕菣C(jī)械切割，質(zhì)量控制和測(cè)量變得直截了當(dāng)。
柯馬認(rèn)為，機(jī)械粗加工最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠執(zhí)行干燥或微量潤(rùn)滑（MQL）加工處理；這樣，制造商能夠從精鏜加工直接過(guò)渡到涂層工藝。這樣就減去了生產(chǎn)線上一個(gè)工序，節(jié)約了時(shí)間并精簡(jiǎn)了整個(gè)系統(tǒng)。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠保持高粘結(jié)強(qiáng)度。要知道，所有的發(fā)動(dòng)機(jī)鏜孔應(yīng)用都要求持久的粘結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)這方面的制造參數(shù)，粘結(jié)強(qiáng)度往往一般是35 – 50 MPa，雖然只要高于20MPa就足夠。通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)鏜車或加工中心中采用機(jī)械粗加工，制造商可以用最低程度的加工和投資成本達(dá)到最強(qiáng)的表面處理
目前流行的機(jī)械粗加工標(biāo)準(zhǔn)要求槽深最低在0.125mm左右，以達(dá)到粘結(jié)強(qiáng)度的最低接受標(biāo)準(zhǔn)。柯馬公司經(jīng)親自測(cè)試發(fā)現(xiàn)，槽深大于槽寬（深度/寬度>1）的機(jī)械切割可以產(chǎn)生足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，多個(gè)槽口經(jīng)過(guò)塑性變形可以形成一個(gè)切口，附著力顯著增強(qiáng)。因此，公司將其Urane25高速水平加工中心改裝成為雙通道MQL混合單元，并帶有溫度控制功能和節(jié)能特征，可以幫助頂級(jí)汽車制造商更方便地展開高性能低成本的熱噴涂加工，優(yōu)化粘結(jié)強(qiáng)度同時(shí)減少整體能耗和乳化劑消耗。幾大制造商和加工企業(yè)都已開發(fā)出各自的機(jī)械粗加工技術(shù)，試圖將缸筒涂裝工藝引入當(dāng)前生產(chǎn)線時(shí)盡量做到最小化。
最新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)典范是熱噴涂涂層缸筒，不論是設(shè)計(jì)新生產(chǎn)線還是改裝現(xiàn)有生產(chǎn)線，本質(zhì)方案都是為了高級(jí)輕型鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)。在柯馬，我們綜合了自動(dòng)化、機(jī)械加工、涂裝及測(cè)試系統(tǒng)等方面的全球領(lǐng)先設(shè)計(jì)和專業(yè)集成技術(shù)，幫助客戶找到適用于其設(shè)備和生產(chǎn)戰(zhàn)略的最佳解決方案。不論什么樣的操作環(huán)境，柯馬都致力于幫助您提高生產(chǎn)力并確保產(chǎn)量最大化；如今競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的國(guó)際化市場(chǎng)環(huán)境中的關(guān)鍵成功因素。
熱處理展-工業(yè)爐展-2015第十六屆廣州國(guó)際熱處理、工業(yè)爐展覽會(huì)-中國(guó)效果最好的熱處理工業(yè)爐展--巨浪展覽—The 16th
China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
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