缸套掉台的原因

气缸套掉台的原因及对策
内燃机在使用过程中,由于合金铸铁气缸套的支承肩退刀槽处断裂而造成重大事故,轻者可使机器停止运转,重新进行维修,重者可使机器的机体、曲轴、连杆、活塞、凸轮轴等报废，造成重大经济损失。

造成这种事故的原因是多方面的，但主要有以下几方面的原因：一是气缸套材质强度方面的原因，二是气缸套机加工和机体加工方面的原因，三是安装配合间隙方面的原因，四是使用方面的原因。

一、气缸套材质强度方面的原因
制造气缸套的材料大多是在一般灰铸铁的基础上加部分合金元素而成，一般可达到HT200或HT25O的要求，但有时由于材料的熔炼温度偏底，合金元素配比不合理，孕育、浇铸速度、冷却速度、时间等严重偏离工艺要求时，可造成基体晶粒粗大，铸铁中的石墨粗大、超长，或产生过冷石墨、硬质相严重偏析聚集，严重枝晶等，均可造成材料的抗拉强度降低，而满足不了内燃机的使用要求，而造成断裂、形成重大事故。

二、气缸套和机体加工误差方面的原因
1、气缸套支承肩下端面退刀槽底处过渡圆弧R加工的过小或没有，可造成应力集中。

由于湿式气缸套在内燃机中是间隙配合，内燃机工作时，活塞作用于气缸套一交变力，交变力可使气缸套下部产生振动，由于气缸套的支承肩已被气缸套压紧在机体中，气缸套的振动在退刀槽处产生交变应力，随着内燃机转速的提高，交变力频率的提高和工作时间的增长，退刀槽处便产生疲劳，当达到材料的疲劳强度极限后，便出现裂纹，并逐渐扩大，直至断裂。

2、气缸套支承肩下端面相对配合处外圆中心线的位置误差及湿式缸套上下腰带外圆中心线的同轴度误差而引起的断裂。

气缸套在机加工成成品后，由于加工工艺，机床精度，工装精度，刀具、工件在前工序加工出下工序的定位尺寸和形状误差的大小等原因，都可出现位置度和形状误差。

有这些较大误差的气缸套装入机体后，在气缸套压紧力作用下，气缸套的支承肩处都存在着压紧力与反作用力，反作用力与压紧力之间有力矩，由于力矩的存在，这就在气缸套的支承肩退刀槽处产生了极大的内应力，（有的缸套在装配后就因此产生了裂纹）在使用后，由于缸套振动产生的疲劳等原因，而逐渐产生裂纹，而断裂。

3、气缸套支承肩下端面外圆倒角过小及退刀槽处圆弧R过大与机体装配造成的干涉。

气缸套支承肩下端面外圆处倒角加工的过小时，与机体相应配合处圆弧R加工的过大时装配，便出现装配干涉。

气缸套支承肩下端面退刀槽处圆弧R过大，有的气缸套（特别是干式薄壁气缸套）设计的退刀槽深度过浅，过渡圆弧R大，而圆弧R的中心超出了配合处外圆的表面，这时如遇倒角过小的机体装配时，便产生干涉。

这两种装配后产生的干涉，安装缸盖后，都可产生压紧力与反作用力，两力之间都有力矩存在，都会使气缸套退刀槽处产生巨大的内应力，而引起气缸套从支承肩退刀槽处断裂。

三、安装配合间隙过小而引起的断裂
当气缸套内孔是最大实体尺寸（孔最小）与外圆是最大实体尺寸的活塞环配对时，该环的开口又是最小时，内燃机工作时，活塞环受热膨胀，而导致活塞环在气缸套内涨死，（维修新装配未磨合好时会出现这种故障），在涨死的这一瞬间由转动的曲轴、飞轮的旋转惯性，通过连杆传来巨大拉力，可将气缸套从退刀槽处拉断。

四、使用方面原因引起的断裂
当用户使用的燃油质量相当差，含杂质较多时，内燃机在工作时产生大量的积碳，积碳填满了活塞环槽和环开口处，在这种情况下，内燃机工作时，突然加大功率，（工程机械这种情况较多），活塞环急剧受热而膨胀，因活塞环开口处被积碳填满，而导致活塞环在气缸套内涨死，这一瞬间，内燃机的旋转惯性通过连杆转变成相当大的拉力，直把气缸套从退刀槽处拉断。

1、气缸套的安装方法不正确。

安装气缸套时，应先把装好密封槽的气缸套放入机体上的气缸套承孔中，然后用专用工具将木板平放在气缸套上面后，用小锤轻敲木板的方法将其装入。

可是，不少维修人员采用不正确的方法安装，致使气缸套支承肩断裂。

常见的错误的安装方法是：先将装好密封圈的气缸套放入机体上的气缸套承孔上，然后在不装气缸垫的情况下，装上气缸盖或将活塞销套在气缸套承孔周围的气缸盖螺栓上并压住气缸套凸台，通过拧紧气缸盖螺母的方法压装气缸套。

由于在压装时很难掌握气缸套压到位的时刻，所以往往在气缸套已被压到位后，继续拧气缸盖螺母。

这时，气缸套支承肩端面的边缘压在机体上，而压力则全部作用在气缸套凸台上，致使气缸套支承肩因受到过大的弯曲力矩而产生裂纹，甚至断裂。

2、在安装前未将气缸套及其承孔清洗干净或在安装时将气缸套支承肩下端面与机体的接触面涂了漆或胶。

这两种情况都会使气缸套凸台上平面的位置过高，使气缸套压在凸台上，造成支承肩断裂。

3、错装了其它型号柴油机的气缸套或气缸垫。

有些维修人员在安装气缸套和气缸垫时往往不注意检查它们的主要尺寸和适用的机型，以致错装了其他型号柴油机的气缸套或气缸垫，使气缸盖或气缸盖经气缸垫缸口压在气缸套凸台上，同样造成气缸套支承肩裂纹，甚至断裂。

例如：在扬柴YZ4102QA型柴油机上错装了牟平6102QA型柴油机的气缸套后，由于牟平6102QA 型柴油机气缸套凸台的高度（1.0mm）比扬柴YZ4102QA型柴油机气缸套凸台的高度（0.8mm）大，气缸套压到了气缸套凸台，造成气缸套支承肩断裂；在S195型柴油机上错装了重庆CC195型柴油机的气缸套以后，由于所装CC195型柴油机气缸套凸台的外径（d99mm）比S195型柴油机气缸套的缸口直径（d96mm）大，所以气缸垫压在气缸套凸台上，同样造成气缸套支承肩断裂；在改进了气缸套的玉柴YC6105QC型柴油机上错装了旧型号柴油机的气缸垫后，由于所用气缸垫的缸口直径(113mm)小于气缸套的凸台外径(115mm)，所以气缸垫压在气缸套凸台上，也致使气缸套断裂。

五、解决以上问题的对策
要彻底消除引起气缸套断裂的诸多原因，需要我们缸套生产厂和内燃机生产厂以及用户都要引起高度重视，共同努力，从多个方面加以改进。

1、在气缸套的材质方面，我厂应严格把住原材料进厂检验关，不合格的原材料绝不使用。

严格配料，严格执行铁水熔化、浇铸、冷却工艺，保证得到合格的金相组织，提高气缸套材质的抗拉强度，满足内燃机的使用要求。

2、提高加工精度，气缸套的位置误差只能由工艺和装备的精度来保证。

目前我厂的机加工工艺是气缸套的支承肩上、下端面、退刀槽一次装夹车成；上、下腰带外圆采用两次装夹，用外圆磨床（干式的用无心磨床）分二至三次装夹加工出来的气缸套极易造成气缸套的上、下腰带外圆同轴度和支承肩下端面对外圆中心线的垂直度（或跳动）误差超差。

（虽然都是以内孔为基准加工时，但是采用多次装夹后，由于工艺装备、机床、加工工艺、操作者等诸多因素很难保证基准的统一）。

针对我厂实际，提出下列改进建议：
A、对目前的外圆磨加工工艺进行改进，要求各生产车间外圆磨工序必须实行一次装夹，加工上下腰带，不得掉头，以尽量避免由此带来的误差超差。

B、购置高精度数控车床，实行以车代磨，改进工装，进一步提高加工精度。

C、对原有的加工工艺重新编排，采用数控机床一次装夹来完成气缸套支承肩上、下端面，上、下腰带外圆尺寸的最终加工。

通过以上几项措施，解决和保证气缸套支承肩下端面对配合外圆中心线的垂直度（或跳动）及上、下腰带的同轴度误差。

3、加工气缸套支承肩处退刀槽所用刀具刃磨后的圆弧R，要加强检验，在使用中要强制换刀，严格按工艺操作，保证退刀槽底圆弧R和支承肩下端面外圆处倒角的尺寸。

目前我厂对此类问题已有专项要求，尤其是汽配缸套，要求退刀槽刀具必须采用线切割机进行加工，严格按照图纸要求加工。

4、建议主机厂在气缸套形状、尺寸的设计上应该慎重、合理，保证退刀槽底部圆弧R和支承肩下端面外圆处倒角（机体对应部位的设计和加工）在气缸套与机体装配后不引起干涉。

同时建议主机厂适当降低上下腰带外圆表面的表面粗糙度，以利于我厂实施一次装夹车成支承肩上下端面和上下腰带外圆表面（干式缸套无心磨前的外圆），购置数控机床，推广以车代磨，以提高缸套的加工精度。

5、对于维修市场，应该加强对维修人员相关理论的培训，维修装配时，在活塞环装入活塞前应抽检活塞环的开口间隙，看是否合格，按照正确的方法安装，保持零件的清洁，不能涂漆或涂胶，还要注意相关件的型号和尺寸。

6、加强对用户的宣传工作，教育其在使用中不要只图便宜，使用劣质燃油，以免积碳过多，造成活塞环在气缸套中涨死。