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汽车发动机气缸垫密封技术与失效分析

一金属气缸垫材料选择与总体要求二气缸垫结构与功能三四五气缸垫试验与分析缸盖螺栓设计要求案例分析

金属气缸垫材料选择与总体要求1、气缸垫应用趋势石墨金属复合板垫片多层金属垫片单层铜板垫片金属被覆式垫片复合型垫片非石棉复合板垫片单层金属垫片夹钢丝网复合垫片气缸垫应用趋势：适应发动机低排放、高爆压、高热负荷、紧凑型的金属缸垫。1、发动机的低排放，缸垫压缩厚度必须小，因此非金属垫片不适合；2、发动机爆发压力大，发动机热负荷高，单层金属垫片也不适合；3、发动机结构紧凑，密封面减小，缸体和缸盖变形小，需要弥补的高度小；

2、气缸垫的功能■金属设计■弹性密封—高回弹性能的压筋■补偿剧烈的动态间隙运动■优越的热抵抗力■垫片厚度可调整■压缩间隙空间■缓解螺栓载荷，减少缸口变形

3、多层金属缸垫的结构与材料材料的选择：功能层—301(1Cr17Ni7)限位层—304(0Cr18Ni9)距离层—304(0Cr18Ni9)1）301硬度大,Mn含量较高,回弹性较好,具有弹簧钢的特性,适合做功能层；2）304延展性能优良,硬度较小,适合做翻边而不会被折断的限位层/距离层；3）SPC机械性能介于301与304之间，适合做限位层/距离层。气缸垫的主要机械性能：材料硬度标准115-150HV≤200HV硬度实测125抗拉强度标准≥270Mpa≥520Mpa≥450Mpa≥1030Mpa抗拉强度实测304备注SPCC1/4SUS304SUS430SUS301限位层距离层限位层功能层178715≤200HV153504≥430HV4461379

4、材料的温度特性1、功能层材料一般选用奥氏体不锈钢，其常温性能，不仅仅与钢板的冷滚压过程有关，还与滚压参数如：滚压速度、温度梯度、滚压进给量等参数有关；所有不锈钢板在300°C以上进行工作时，抗拉性能呈锐减趋势，容易产生弯曲和蠕变，很多缸垫就是因功能层的高温蠕变导致密封性能差而泄漏，因此在进行冷却水通道大小和分布计算时，除掉确保冷却液的压力和流量外，应确保缸垫的工作温度不超过300°C。2、铝缸体/缸盖材料特性：机械性能如硬度@230℃开始变化

5、缸体和缸盖结合面要求■每100x100mm平面度，考虑涂层微密封和汽油机缸孔直径的大小，对缸体/缸盖结合面平面度规定范围。■缸盖纵向平面度，汽油机铝缸盖，刚性差，翘曲变形大，为了确必威体育官网网址封，对缸盖的整个平面度提出要求；■Pt值；微密封补偿有一定的范围，若Pt值过大，会导致密封失效；■缸体/缸盖表面粗糙度大小；■缸盖硬度，缸盖受燃烧温度的影响，试验过程中缸盖硬度比初始硬度降低20%左右，在缸盖密封面留下较深的压痕，对缸垫的密封产生较大影响；■缸盖最高工作温度，缸盖工作温度高，热变形大，不利于密封。试验后缸盖硬度低

气缸垫结构与功能1、功能层应用-全筋、半筋和凸筋应用与密封评价标准-缸孔变筋技术2、Stopper限位层应用-提高筋的疲劳强度-防止缸垫受到极限过压3、中间距离层应用-调整气缸垫压缩厚度4、气缸垫涂层5、其他特殊结构与功能

1、功能层应用密封评价标准：■全筋、半筋及压力线■密封评价标准：

2、Stopper限位层限位层有四种结构：拉延翻边成型、焊接、多层压筋错位成型、类似弹簧结构（波浪形限制层高度可以按照单个发动机的刚性需求来最优化）

Stopper限位层功能1、对压筋变形限制，防止极限过压2、减少动态间隙运动，提高筋的疲劳强度3、Stopper高度/宽度可调，减小缸孔变形—变筋技术限位层Stopper

Stopper高度可调，减小缸孔变形—变筋技术普通筋变筋变筋技术优势：■均匀的压力分布■更有效利用螺栓力■降低密封面的塑性变形■降低了缸口变形

3、中间距离层：-调整气缸垫压缩厚度-材料硬度和延展性好在燃烧室结构、缸体高度、曲柄连杆机构确定，功能层不锈钢板厚度选定后距离层的厚度主要是为了调整缸垫的厚度来调整压缩比，减小缸盖的变形，不同的距离层，对缸盖的变形影响不一样经拉延的距离层厚度在0.1~0.15mm，距离层的材料机械性能比功能层低，但延展性要好。距离层与缸盖变形的关系

4、气缸垫涂层：-FKM氟橡胶涂层-AF减摩涂层-Primer附着层-微密封与减摩损应用淋涂（全涂）绢印

涂层对加工质量要求：

5、其他特殊结构与功能A）局部支撑单元-降低气缸垫局部的高压力-降低缸盖变形-降低缸口变形-保护筋不被磨损变形

B）双Stopper层：-降低缸口变形-降低缸套下沉

C）局部区域分开设计：-提高压筋追随性-减少气缸垫与机体的相对运动，降低开式水套的磨损

气缸垫试验与分析1）面压试验与残余凸筋分析2）压缩厚度试验3）涂层检测与分析4）分离间隙gaplifter测