Technologiczne kształtowanie cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej tulei cylindrowych

W pracy przedstawiono syntezę problemów dotyczących cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej gładzi tulei cylindrowych (materiał, struktura geometryczna powierzchni otworu), które mają wpływ na zmniejszenie zużycia oleju, emisję cząstek stałych oraz na zużycie tribologiczne elementów układu tłokowo-cylindrowego (tłok, pierścienie tłokowe–cylinder/tuleja cylindrowa) na przykładzie silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym.
Na podstawie analizy aktualnego stanu wiedzy oraz badań własnych w zakresie cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej gładzi tulei cylindrowych stwierdzono, że nowe wymagania środowiskowe w zakresie emisji cząstek stałych i zużycia oleju wyznaczają nie tylko dla silników spalinowych, ale i dla tulei cylindrowych nowe kierunki ich rozwoju. W związku z tym przyjęto, że w tulei cylindrowej występuje zespół cech funkcjonalnych, który można opisać ściśle określonymi parametrami, a które następnie stanowią podstawę wyboru określonej technologii ich wytwarzania i jednocześnie mają znaczący wpływ na pracę silnika spalinowego oraz na zużycie oleju.
W celu rozwiązania tego zagadnienia opracowano model technologiczny tulei cylindrowej oraz metodykę badań i opierając się na nich przeprowadzono badania cech funkcjonalnych w procesie odlewania i następnie w procesie obróbki mechanicznej.
Opierając się na wielkościach i parametrach opisujących cechy funkcjonalne, przeprowadzono badania kierunków rozwoju technologicznego nowych materiałów stosowanych w konstrukcji tulei cylindrowych oraz rozwoju technologii kształtujących strukturę geometryczną powierzchni gładzi tulei cylindrowych. Wyniki badań pozwoliły na przeanalizowanie zdolności technologicznych w warunkach przemysłowych nowych gatunków żeliw w procesie ich odlewania i następnie obróbki mechanicznej. Uzyskane wyniki stanowiły podstawę weryfikacji założeń do przyjętego modelu technologicznego oraz kwalifikacji tulei do montażu silników nowej platformy HDEP VOLVO.
Wyniki przeprowadzonych badań własnych wskazują kierunki rozwoju technologicznego nowych materiałów stosowanych w konstrukcji tulei cylindrowych oraz możliwości technologicznego kształtowania struktury geometrycznej warstwy wierzchniej w związku z rozwojem wymagań środowiskowych i z tym związanych nowych konstrukcji silników spalinowych typu HDD.

Streszczenie 5 Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów 6 1. Wprowadzenie 9 2. Cechy funkcjonalne tulei cylindrowych w nowych konstrukcjach silników spalinowych 11 2.1. Kierunki rozwoju silników spalinowych o zapłonie samoczynnym 11 2.2. Charakterystyka cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej 15 2.3. Analiza zmian w kształtowaniu cech funkcjonalnych 18 2.3.1. Właściwości materiałów konstrukcyjnych 18 2.3.2. Właściwości struktury geometrycznej warstwy powierzchniowej 24 2.4. Podsumowanie 34 3. Problem badawczy 36 3.1. Zdefiniowanie problemu 36 3.2. Cele rozprawy 38 3.3. Zakres pracy 39 4. Charakterystyka modelu technologicznego oraz metodyka badań 41 4.1. Model technologiczny warstwy powierzchniowej 41 4.2. Charakterystyka modelu technologicznego procesu kształtowania odlewu oraz metodyka badań 41 4.3. Charakterystyka modelu technologicznego procesu gładzenia oraz metodyka badań 45 5. Badania wstępne cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej tulei cylindrowych 52 5.1. Badania właściwości nowych materiałów konstrukcyjnych 52 5.2. Badania nowych rozwiązań struktury geometrycznej 60 6. Badania technologiczne cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej tulei cylindrowych 73 6.1. Analiza cech funkcjonalnych 73 6.2. Badania technologiczne cech funkcjonalnych 76 6.2.1. Charakterystyka procesu odlewania 76 6.2.2. Badania zdolności technologicznej procesu odlewania 78 6.2.3. Charakterystyka procesu obróbki mechanicznej 80 6.2.4. Badania zdolności technologicznej procesu gładzenia 83 7. Analiza wyników badań oraz określenie kierunków rozwoju technologicznego tulei cylindrowych 91 7.1. Właściwości żeliw 91 7.2. Właściwości stali 95 7.3. Właściwości struktury geometrycznej warstwy powierzchniowej 96 7.4. Zestawienie wyników badań w doniesieniu do silników HDEP VOLVO 100 7.5. Kierunki rozwoju technologicznego tulei cylindrowych 102 8. Posumowanie i wnioski 104 8.1. Wprowadzenie 104 8.2. Wnioski poznawcze 104 8.3. Wnioski utylitarne 106 8.4. Kierunki dalszych prac 108 8.5. Wnioski końcowe 109 8.5.1. Stan dotychczasowy 109 8.5.2. Wkład do stanu wiedzy o technologicznym kształtowaniu cech funkcjonalnych warstwy powierzchniowej tulei 109 8.5.3. Stan aktualny 109 Literatura 110 Abstract 123