摘 要

气缸盖是柴油机的一种紧固件，也是柴油机燃烧室的组成部分，其工作性能的好坏不仅影响燃烧室的密封性，还影响到其他附件工作的准确性和可靠性。船舶柴油机气缸盖的结构型式繁多，结构各异，孔道较多，壁厚不均。它不仅周期性的受到柴油机的爆发压力和高温气体的强烈作用，容易受到腐蚀，而且承受较高的机械负荷与热负荷作用，致使气缸盖远没有达到磨损极限就提前报废。再制造的特点是优质、高效、节能、节材和环保，目前己经引起全国各地的高度重视。因此，将表面技术应用于大型船舶柴油机气缸盖再制造，不仅能使再制造气缸盖的性能和质量达到或超过原型新产品，体现出节能、节材和减排的效果，而且有力的促进了资源节约型，环境友好型社会的建设。

本文在结合关于表面技术在船舶气缸盖再制造应用现状的基础上，分析了船舶柴油机气缸盖的失效机理。由船舶柴油机气缸盖气门座的工况及失效机理可知：气缸盖气门座的失效主要是磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损以及复合磨损导致的。接着制定了气缸盖的再制造工艺流程，最后确定涂层的制备工艺和加工工艺。

由于气门座涂层材料具有优良的耐磨损、耐腐蚀、耐冲击、耐高温能力，热稳定性、抗氧化性、粉末合金材料冷却性好。故对气门座采用等离子堆焊技术制备Ni-01涂层并根据涂层材料、喷涂方法、工件尺寸和磨损极限等确定其涂层厚度。在选用等离子堆焊技术的基础上选择合适的等离子堆焊设备和参数并制定详细的制备工艺流程。最后根据涂层的结构形式、材料、组织特性、加工精度、切削基本定律以及加工特性等因素采用粗镗-半精镗-精镗的加工方法，并选择合适的刀具和切削用量，确定气门座的加工余量，制备出优异性能的再制造气缸盖。

关键词:气缸盖；气门座；磨损；等离子堆焊

Abstract

Cylinder head is a fastener of diesel engine, and also is the diesel engine combustion room part, its working performance influences not only the combustion chamber sealing, but also affects the accuracy and reliability of the other accessories. Marine diesel engine cylinder head has various structure types, different construction, more channels and inhomogeneous wall thickness. It not only in the suffer of explosion pressure and high temperature gas strongly of diesel engine periodically, susceptible to corrosion, but also bear high mechanical load and thermal load, resulting in cylinder head wear far short of the limit on the early retirement .Remanufacturing of high-quality, highly efficiency, energy-saving, environmentally friendly, which currently has been aroused great national attention. Therefore, the application of surface technology in the remanufacturing of large marine diesel engine cylinder head can not only make the performance and quality of the remanufactured cylinder head reached or more than a new manufactured product size, reflect the energy saving, material saving and emission reduction effect, but also promote resource saving, environment friendly society construction effectively.

In this paper, based on the application status of the application of surface technology in cylinder head remanufacturing, the failure mechanism of marine diesel engine cylinder head of is analyzed. As the working condition and failure mechanism of marine diesel engine cylinder head valve seat we known: the failure of the cylinder head valve seat is mainly abrasive wear, fatigue wear, corrosion wear, fretting wear and composite wear. And then establish the process flow of cylinder head, and conform the preparation technology and the processing technology of the coating.

Because the wear resistance, corrosion resistance, impact resistance, high temperature resistance performance of the valve seat coating material is excellent ,and also well in thermal stability, oxidation resistance, powder alloy material cooling. Therefore, the Ni-01 coating was prepared by plasma welding technology for valve seat, and the coating thickness was ensured according to the coating material, coating method, workpiece size and wear limit. On the basis of plasma surfacing technology, sele tion characteristics, machining accuracy, basic law of cutting and processing properties using rough boring-semi fine boring-fine boring processing method, and choose the suitable cutting tools and cutting parameters, determine the valve seat machining allowance, preparation of excellent properties of remanufacturing cylinder head.

Key words：cylinder head; valve seat; wear; plasma surfacing

目录

第1章 绪言 1

1.1课题提出的背景、目的和意义 1

1.2再制造技术 1

1.2.1国外再制造技术的发展状况 2

1.2.2国内再制造技术的发展状况 2

1.3表面技术 3

1.3.1 表面技术的分类 3

1.3.2表面技术在气缸盖底面的应用现状 3

1.3.3表面技术在气门座上的应用现状 4

1.4本论文的主要工作及研究内容 5

1.5本章小结 5

第2章 船舶柴油机气缸盖失效机理分析 6

2.1船舶柴油机气缸盖的结构 6

2.2船舶柴油机气缸盖材料 6

2.2.1对气门座材料的要求 6

2.2.2气门座材料 7

2.3船舶柴油机的失效机理 7

2.3.1气缸盖底面裂纹 7

2.3.2气缸盖气门座的磨损 8

2.3.3气门座的烧伤和裂纹 8

2.4本章小结 9

第3章 船舶柴油机气缸盖再制造工艺 10

3.1船舶柴油机气缸盖的再制造工艺流程 10

3.2拆解 10

3.3清洗 11

3.4检测 11

3.5再制造修复 12

3.6再制造气缸盖气门座的性能检测 12

3.7组装 13

3.8本章小结 14

第4章 船舶柴油机气缸盖气门座涂层设计 15

4.1气缸盖气门座涂层材料必须满足的性能及条件 15

4.2气缸盖气门座防腐耐磨涂层材料的选择 15

4.3喷涂工艺确定 16

4.4喷涂厚度确定 16

4.5本章小结 17

第5章 气缸盖涂层制备工艺的制定 18

5.1堆焊前的准备 18

5.2选择等离子堆焊设备及参数 18

5.3等离子堆焊形成过程和焊后处理 19

5.4本章小结 20

第6章 气缸盖涂层加工工艺的制定 21

6.1工艺过程确定 21

6.1.1定位基准的选择 21

6.1.2零件表面加工方法的选择 21

6.2确定涂层切削刀具和切削用量 21

6.2.1对刀具材料的选择 21

6.2.2切削用量的选择 22

6.3确定加工余量和加工精度以满足图纸要求。 22

6.4本章小结 23

第7章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪言

1.1课题提出的背景、目的和意义

气缸盖是柴油机的一种紧固件，也是柴油机燃烧室的组成部分，其工作性能的好坏不仅影响燃烧室的密封性，还影响到其他附件工作的准确性和可靠性。船舶柴油机气缸盖的结构型式和孔道繁多，结构各异，壁厚不均。它不仅受到柴油机的爆发压力和高温气体的周期性作用，而且要承受较高的机械负荷与热负荷，再加上冷却水造成腐蚀和缸头螺栓的机械应力作用等 ^[1]。正是由于气缸盖在如此恶劣的条件下工作，导致气缸盖变成一个冷热不均，受力复杂的易损部件，这使气缸盖的使用寿命下降并影响了柴油机的工作可靠性。因此，如何对气缸盖进行修复已经成为一个亟待解决的问题。

表面技术是一种新兴维修技术。它在不改变材料的前提下，投入较少的费用，制备出优于本体材料性能的产品，经济效益显著。因此广泛应用于零件的表面修复、表面强化和表面改性上^[2]。再制造的特点是优质、高效、节能、节材和环保，它使用专门的工艺和技术，在原有制造的基础上对废旧产品进行再制造，使其得到修复及改造^[3]。因此，将表面技术应用于大型船舶柴油机气缸盖再制造，不仅能制备出优于原型新产品性能和质量的气缸盖涂层，达到节约能源和材料的效果，有力的促进了资源节约型，环境友好型社会的建设。目前在设备的再制造中，为了提高零件的表面性能，各种表面技术得到了普遍应用，而对船用柴油机气缸盖进行再制造后，其寿命显著提高。

1.2再制造技术

再制造是制造产业中节约能源和资源循环利用材料的关键因素之一。再制造是一个将废旧产品转化为具有相同质量、功能和保障的新产品的工业过程。再制造工艺包括拆卸、清洗、检查、修理、检测和重新组装产品使其成分恢复到“新”的状态。再制造意味着对已使用过的产品添加新的和更好的功能，比如提高材料的表面耐磨性等。^[4]