專利名稱：一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及內(nèi)燃機缸套，尤其涉及一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前內(nèi)燃機缸套都是用金屬材料制作，為了防止內(nèi)燃機工作時缸套溫度過高而影響缸套的使用強度，在缸套體外部都設(shè)有水冷卻系統(tǒng)，以保證內(nèi)燃機在不太高的溫度下正常工作。由于水冷卻系統(tǒng)吸熱散熱作用會消耗掉部分熱能，使得氣缸內(nèi)燃燒室的溫度降低， 在某些情況下使燃燒室內(nèi)的燃料燃燒得不迅速、不完全，降低了內(nèi)燃機的熱機效率，有時甚至還會產(chǎn)生燃燒不完全的有害氣體，污染環(huán)境。針對上述情況，有資料提出利用陶瓷材料的耐高溫特性制造免水冷卻的陶瓷內(nèi)燃機缸套，但由于陶瓷材料的脆性易碎，使其不具備基本的裝配、使用強度，因而在缸套的制作和使用上都存在困難。

實用新型內(nèi)容發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，能夠減少內(nèi)燃機水冷卻的范圍，提高氣缸內(nèi)燃燒室的溫度，使燃料燃燒迅速、 完全，以提高內(nèi)燃機的熱機效率。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，包括金屬外套和陶瓷內(nèi)襯，陶瓷內(nèi)襯套裝在金屬外套內(nèi)；其中，金屬外套的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯的外徑相等，且金屬外套的內(nèi)徑加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯的外徑加工誤差為正誤差。由于金屬外套與陶瓷內(nèi)襯在裝配方法上的設(shè)計，使得裝配完成后，金屬外套對陶瓷內(nèi)襯產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，提高了陶瓷內(nèi)襯的抗張強度，可以適應(yīng)氣缸內(nèi)燃料迅速燃燒時所產(chǎn)生的巨大壓力而不破碎。所述陶瓷內(nèi)襯能夠承受更高的燃燒溫度，其向外層傳遞的熱量也更少，使得整個缸套可以不采用水冷卻系統(tǒng)進行冷卻，能夠避免氣缸燃燒室的溫度的降低，使燃料燃燒得更迅速、更完全，有效提高內(nèi)燃機的熱機效率。所述金屬外套的內(nèi)徑加工誤差與陶瓷內(nèi)襯的外徑加工誤差的絕對值之和，優(yōu)選在金屬外套300°C 500°C時的膨脹量范圍內(nèi)或相當如若絕對值之和過大，會使得復(fù)合裝配的難度增大，或產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力過大導致陶瓷內(nèi)襯破碎；如若絕對值之和過小，會使得復(fù)合后的預(yù)應(yīng)力不足夠大，影響整個缸套的使用強度。所述陶瓷內(nèi)襯的壁厚優(yōu)選在0.5cm 1.0cm范圍內(nèi)，而金屬外套的壁厚通常應(yīng)該大于常規(guī)的金屬缸套的厚度，這是由于預(yù)應(yīng)力的存在，對金屬外套的強度要求增加。所述陶瓷內(nèi)襯的材料為氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷或氧化硅陶瓷等陶瓷中的一種。所述的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套的制造方法，具體包括如下步驟1)分別制造金屬外套和陶瓷內(nèi)襯，金屬外套的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯的外徑相等，且金屬外套的內(nèi)徑加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯的外徑加工誤差為正誤差；2)加熱金屬外套，使其產(chǎn)生熱膨脹；3)將陶瓷內(nèi)襯套裝在熱膨脹后的金屬外套內(nèi)；4)將套裝了陶瓷內(nèi)襯的金屬外套冷卻至室溫，由于金屬外套冷卻收縮對陶瓷內(nèi)襯施加了一定的壓應(yīng)力，形成復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套。在步驟2)中，一般將金屬外套加熱至300°C 500°C，使其產(chǎn)生熱膨脹。在步驟4)為，優(yōu)選通過自然冷卻方法，緩慢冷卻金屬外套。硬度大耐高溫的陶瓷材料不能用于制造內(nèi)燃機的高溫部件，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燒所產(chǎn)生的強大沖擊力。陶瓷材料的抗張強度和抗壓強度極不平衡，一般抗張強度只有抗壓強度十分之一到幾十分之一，而陶瓷材料的抗張強度過小直接導至了陶瓷材料的易碎性，因而通過提高陶瓷材料的抗張強度就能提高陶瓷的機械強度。本實用新型利用預(yù)應(yīng)力的方法，將陶瓷內(nèi)襯的抗張強度提高300% 500%，使其能夠滿足缸套內(nèi)的強度要求；另外，由于缸套的結(jié)構(gòu)完整，氣缸內(nèi)燃料燃燒所產(chǎn)生的膨脹壓力是均勻分布的，不會在局部產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中而導至陶瓷內(nèi)襯破碎。從熱傳遞的角度看，陶瓷材料是熱的不良導體，其導熱系數(shù)遠小于金屬，氣缸內(nèi)通過陶瓷內(nèi)襯向外傳遞的熱量相對于金屬就較少；而金屬是熱的優(yōu)良導體，陶瓷內(nèi)襯傳遞給金屬外套的熱量能迅速由內(nèi)向外傳遞并迅速傳向各金屬部件而自然冷卻，因而缸套外部無須再用冷卻水冷卻，機器整體不會因此而升溫過高。氣缸內(nèi)燃料燃燒的熱量通過缸套向外散熱的減少，使得燃燒室內(nèi)的溫度相應(yīng)提高；同時，由于缸套向外散熱的減少在氣缸中只是局部，因而只能使燃燒室內(nèi)的溫度提高 100°C 300°C，不會對機器的其它部件產(chǎn)生大的影響。有益效果本實用新型提供的一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，使用時在缸套外部無需使用冷卻水系統(tǒng)進行冷卻，降低了缸套的散熱損失、提高了氣缸燃燒室的溫度，使得燃料的燃燒更迅速、更完全，增加了內(nèi)燃機的熱機效率；與同類機型相比，缸套的散熱損失能減少10% 20%，氣缸燃燒室溫度能提高100°C 300°C，熱機效率能提高5% 8%，尤其對短程間歇式使用的內(nèi)燃機，其節(jié)能效果更加明顯。本實用新型提供的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套的制造方法簡單、對加工精度要求較高，通過現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1所示為一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，包括金屬外套1和陶瓷內(nèi)襯2，陶瓷內(nèi)襯2套裝在金屬外套1內(nèi)；其中，金屬外套1的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯2的外徑相等，且金屬外套1的內(nèi)徑加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯2的外徑加工誤差為正誤差；所述金屬外套1的壁厚大于常規(guī)的金屬缸套的厚度；所述陶瓷內(nèi)襯2的壁厚為0. 5cm 1. 0cm，材料為氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷或氧化硅陶瓷等陶瓷中的一種。制造上述復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套具體包括如下步驟[0026]1)精密加工金屬外套1和陶瓷內(nèi)襯2，其中，金屬外套1的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯2的外徑相等，金屬外套1的內(nèi)徑加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯2的外徑加工誤差為正誤差，且金屬外套1的內(nèi)徑加工誤差與陶瓷內(nèi)襯2的外徑加工誤差的絕對值之和，與金屬外套1在 300°C 500°C時的膨脹量相當；2)加熱金屬外套1至300°C 500°C，使其產(chǎn)生熱膨脹；3)將陶瓷內(nèi)襯2套裝在熱膨脹后的金屬外套1內(nèi)；4)通過自然冷卻方法，將套裝了陶瓷內(nèi)襯2的金屬外套1緩慢冷卻至室溫，金屬外套1在冷卻過程中，由于體積收縮而對陶瓷內(nèi)襯2施加了一個均勻的壓應(yīng)力，形成復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，其特征在于該缸套包括金屬外套(1)和陶瓷內(nèi)襯 (2)，陶瓷內(nèi)襯⑵套裝在金屬外套⑴內(nèi)；其中，金屬外套⑴的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯(2)的外徑相等，且金屬外套(1)的內(nèi)徑加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯(2)的外徑加工誤差為正誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，其特征在于所述金屬外套(1) 的內(nèi)徑加工誤差與陶瓷內(nèi)襯(2)的外徑加工誤差的絕對值之和在金屬外套(1)300°C 500°C時的膨脹量范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，其特征在于所述陶瓷內(nèi)襯(2) 的壁厚為0. 5cm 1. 0cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，其特征在于所述陶瓷內(nèi)襯(2) 的材料為氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷或氧化硅陶瓷中的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套，該缸套包括金屬外套和陶瓷內(nèi)襯，及其通過加熱裝配方法將陶瓷內(nèi)襯套裝于金屬外套內(nèi)，冷卻后金屬外套對陶瓷內(nèi)襯產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高了陶瓷的機械強度使之能夠用于制作缸套；其中，金屬外套的內(nèi)徑和陶瓷內(nèi)襯的外徑相等，且金屬外套內(nèi)徑的加工誤差為負誤差，陶瓷內(nèi)襯外徑的加工誤差為正誤差。本實用新型提供的缸套，使用時在缸套外部無需使用冷卻水系統(tǒng)進行冷卻，降低了缸套的散熱損失、提高了氣缸燃燒室的溫度，使得燃料的燃燒更迅速、更完全，增加了內(nèi)燃機的熱機效率；本實用新型提供的復(fù)合預(yù)應(yīng)力陶瓷內(nèi)襯缸套的制造方法簡單、對加工精度要求較高，通過現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。
文檔編號F02F1/00GK202001124SQ20112007068
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者張萍輝, 顧永成 申請人:無錫工藝職業(yè)技術(shù)學院, 顧永成