[01330665]高性能发动机紧固件表面处理技术研究与应用

随着我国高速公路网络建设的迅猛发展以及道路条件的改善,使公路货运呈现高速化的特征。把高速大吨位货车的发展也推向一个高潮,做为汽车心脏的发动机首当其冲,于是国内各大汽车品牌都相继引进和开发适合高速货车搭载的大马力、高性能发动机。发动机的排量、排放标准、油耗水平等指标不断被刷新。像锡柴CA6DM 2、重汽MC11、联合动力K12、东风dCi11等,排量达到12升以上,功率覆盖范围也达到420马力,其中以东风dCi11最先开发并量产,且代表了当今国际大马力发动机先进水平。 发动机性能的不断提高,对零部件的要求也越来越高,并不断提出新的要求,其中对起连接紧固作用的高强度紧固件就在装配功能性方面提出了很高的要求,特别是重要部位的紧固件,如气缸盖螺栓、瓦盖螺栓、主轴承盖螺栓、连杆螺栓、飞轮螺栓等更是提出全新的,且非常严格的要求。为保证发动机各部件连接的可靠性和各腔室的密闭性,重要部位全部采用自动拧紧机装配工艺。这种装配方式要求紧固件表面摩擦系数保持在一个相当低的水平,而且要求范围窄,散差小。这些功能性要求都需要通过表面处理来达到,对表面技术及工艺提出了很高的要求。 由于涉及发动机装配技术的核心,国外对高强度紧固件表面处理技术,尤其是摩擦系数稳定的技术保密很严,关于的这一技术的相关报道很少。通过对进口件进行分析以及与国内技术比较,得出以下数据： 表1 国内外紧固件装配性能对比 序号 零件号 零件名称 性能对比 D5010550553 发动机缸盖螺栓 进口件 国产件 1 外观 表面湿润但无油 表面有油 2 摩擦系数值 0.064～0.076 0.064～0.076 3 摩擦系数散差（sig%） 18.32 36.33 4 中性雾试验（h） ≥48 ≤24 5 耐烘烤性（℃） ≤120 ≤90 6 环保性 含重金属镍 含重金属镍 数据表明国内紧固件表面处理技术达不到高端发动机的要求,而且无法通过引进的方式获取到所要技术,需要进行自主研发。在此背景下,东风汽车紧固件有限公司、湖北汽车工业学院和东风商用车工艺研究所以产学研联合开发的模式对该技术进行了研究。 通过对高强度紧固件表面处理技术的研究,创新磷化工艺、磷化后处理工艺,提升表面处理过程控制方法,达到以下几个指标： 1、紧固件表面摩擦系数达到0.06～0.09,散差（sig%）小于18.3; 2、磷化膜耐蚀性能提高至中性盐雾试验大于72小时; 3、磷化膜耐温可达到130℃; 4、实现高性能、大马力发动机高强度紧固件国产化; 5、提高发动机紧固件表面处理生产效率,降低成本; 6、开发环保配方,降低对环境的污染; （1）开发了一种无镍,无需表调的锌钙锰三元合金单组份磷化技术和工艺; （2）开发了一种超低摩擦系数（0.06～0.09）稳定剂; （3）制备的磷化膜耐中性盐雾试验能力达到120小时以上,可经受驱氢烘烤150℃/ 2小时; （4）提出了一种全新的磷化液在线检测方法,设计了一套由在线检测系统,人机交互系统和自动添加系统等组成的多系统组合装置。 项目对高性能发动机紧固件表面处理技术包括磷化、磷化后处理、磷化过程控制方法进行了全面研究,取得以下个研究成果： ⑴ 开发了高强度紧固件水性超低摩擦系数稳定剂配方及工艺,达到了0.06～0.09,打破了国外对该技术的垄断。 ⑵ 开发了高耐蚀、单组份、无表调、无重金属镍环保型三元合金磷化的配方及工艺,使得磷化件耐蚀性能达到中性盐试验144小时,耐温达到150℃。达到并超过了国外相关技术。 ⑶ 提出了用PH值检测代替化学分析的磷化液检测方法,以及玻璃冷却器加反冲洗的防结圬技术,开发出磷化液在线检测及自动补加系统,实现了磷化液过程控制自动化。 ⑷ 本项目的成功开发与应用,使国内发动机紧固件在装配功能性方面的达到并超过了进口件水平： 安全价值 本项目实现了磷化液在线自动检测及自动补加,避免了人工操作,有利于操作人员的安全,降低了人员的劳动强度; 经济效益 1.本技术的成功研发与应用提高了产品质量和质量稳定性,降低了废品率和返修率。实现了磷化参数的自动控制,减少了溶液浪费,提高了生产效率。在主要应用企业东风汽车紧固件有限公司创造效益303万. 2. 本技术的应用使得有摩擦系数要求的高端紧固件国产化成为可能,大大降低了零件的采购费用,东风商用车DCI11发动机紧固件国产化创效达到6544万元 目前该技术主要应用于东风DCI11、4H发动机高强度螺栓（其中以缸盖螺栓、主轴承盖螺栓、瓦盖螺栓、飞轮螺栓等重要部位紧固件为主）,以及部分东风重型商用车车轿紧固件,在DCI11发动机国产化进程中做出了较大的贡献,也为东风重型商用车车轮螺栓由镀锌切换为高耐蚀磷化,降低断裂风险做出了贡献。申请发明专利两项,实用新型专利一项。获得了东风公司专有技术一项