Способ изготовлелия поршневого кольца

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2549379:

ФЕДЕРАЛ-МОУГАЛ БУРШАЙД ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу изготовления снабженного стыком поршневого кольца. При изготовлении кольцеобразное металлическое тело, по меньшей мере, в зоне его внешней периферийной поверхности покрывается, по меньшей мере, одним твердым слоем, причем вслед за этим покрытием внутренняя периферийная поверхность поршневого кольца, по меньшей мере, частично обрабатывается путем съема материала с уменьшением толщины стенки. Съем материала, начиная от стыка, осуществляют соответственно на участке периферии 10-120°, в частности 90°. По меньшей мере, внутреннюю периферийную поверхность поршневого кольца покрывают нитрированным слоем, который вслед за покрытием внешней периферийной поверхности поршневого кольца подвергают съему материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления снабженного стыком поршневого кольца.

За счет возрастающей удельной мощности как двигателей внутреннего сгорания, так и дизельных двигателей в равной степени возрастает нагрузка на поршневые кольца в отношении износо- и температурной стойкости. Чтобы воспрепятствовать этому, изготавливаются хромированные или нитрированные со стороны рабочей поверхности поршневые кольца, которые уже обеспечивают высокую степень твердости. Кроме того, используются, также в отношении рассматриваемой удельной мощности, поршневые кольца, имеющие очень твердые системы слоев, полученные, например, способом PVD (физическое осаждение из газовой фазы) или HVOF (высокоскоростное газопламенное напыление). Эта степень твердости создает внутренние напряжения, которые могут влиять на кольцевую форму и распределение радиального давления.

Как при изготовлении, так и при использовании в двигателе поршневых колец эти высокие внутренние напряжения приводят к нежелательному изменению кольцевой формы и распределения радиального давления. Особенно вследствие существенно меньшего по сравнению с основным материалом поршневого кольца теплового расширения возникает так называемый биметаллический эффект, за счет которого при имеющихся рабочих температурах в стыковой зоне возникает повышенное давление. В свою очередь, это приводит к повышенному износу рабочей поверхности, в частности в этой зоне.

Возможной ответной мерой мог бы служить соответствующий расчет геометрии поршневого кольца (отрицательная овальность), которая в экстремальном случае могла бы снизить радиальное давление в стыковой зоне до образования световой щели. Однако по технологическим причинам этот способ, в частности в сочетании с изготовленными из профильной проволоки компрессионными поршневыми кольцами, нельзя реализовать. Прежде всего, при обработке рабочей поверхности путем круглой притирки решающим для результата обработки является достаточное радиальное давление в стыке.

Из-за становящихся все более узкими стыковых зазоров и допусков на них техническую эффективность по созданию отрицательной овальности, чтобы противодействовать высоким внутренним напряжениям, рентабельно реализовать нельзя, поскольку притирочную втулку уже через очень короткое время приходится заменять.

В документе DE 100631 раскрыт способ достижения у уплотнительных колец одинакового сечения равномерного со всех сторон прижима к уплотняющей поверхности, причем кольцо на внешней или внутренней поверхности в зависимости от того, должно ли оно пружинить внутрь или наружу, уплотняется путем ковки на молоте или прокатки, а именно в противоположном его концам месте сильнее всего, а оттуда к концам - с постепенным уменьшением.

Из документа DE 3612454 A1 известно поршневое кольцо для герметизации газов, причем оно к концам стыка сужается от внутреннего радиуса так, что при приподнятых концах стыка вследствие силы инерции в месте приподнятия не возникает или возникает лишь уменьшенный момент, а стык расширяется вверх так, что при прилегании к верхней стороне кольцо является очень газонеплотным в направлении жарового пояса поршня.

В документе US 2009/0026711 описано компрессионное поршневое кольцо. В зоне обоих концов стыка посредством инструмента осуществляется определенный съем материала. Поршневое кольцо может быть снабжено износостойким слоем.

В основе изобретения лежит задача создания рентабельного способа изготовления снабженного в зоне рабочей поверхности твердым покрытием поршневого кольца, которое отвечало бы постоянно возрастающей удельной мощности как бензиновых двигателей, так и дизельных двигателей.

Эта задача решена посредством способа изготовления снабженного стыком поршневого кольца за счет того, что кольцеобразное металлическое тело, по меньшей мере, в зоне его внешней периферийной поверхности покрывается, по меньшей мере, одним твердым слоем, причем вслед за этим покрытием внутренняя периферийная поверхность поршневого кольца, по меньшей мере, частично обрабатывается путем съема материала с уменьшением толщины стенки, начиная от стыка, соответственно на участке периферии 10-120°, в частности 90°, причем, по меньшей мере, внутренняя периферийная поверхность поршневого кольца покрывается нитрированным слоем, который вслед за покрытием внешней периферийной поверхности поршневого кольца подвергается съему материала.

Предпочтительные варианты выполнения способа раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы.

Особое преимущество в том, что обработка внутренней периферийной поверхности, в частности в стыковой зоне, осуществляется после завершения процесса круглой доводки. При этом обработка может осуществляться, начиная от концов стыка, в обоих периферийных направлениях максимум до 120°, в частности 90°.

Изобретение относится исключительно к поршневым кольцам, в частности компрессионным поршневым кольцам, которые снабжены предельно твердыми покрытиями рабочей поверхности (например, способами PVD, HVOF), создающими описанные выше проблемы.

За счет съема материала, в частности в близкой к стыку периферийной зоне, уменьшается радиальный инерционный момент. Его уменьшение, в частности в близких к стыку зонах, приводит к целенаправленному уменьшению радиального давления.

В то же время при рабочей температуре поршневого кольца дополнительно уменьшается возникающее за счет биметаллического эффекта изменение формы, поскольку доля сильнее растущего материала становится меньше.

Особое преимущество в том, что у нитрированных на внутренней периферийной поверхности поршневых колец этот эффект дополнительно усиливается, поскольку нитрированный слой имеет сжимающие внутренние напряжения. При устранении таких напряжений путем частичного съема нитрированного слоя также уменьшается радиально давление на рабочей поверхности.

За счет возможности уменьшения радиального давления на стык по окончании процесса обработки поршневое кольцо может быть рассчитано на процесс изготовления с более высоким давлением на стык (например, кругообразное или положительно-овальное). Это оказывает положительное влияние, в частности, на процесс притирки, решающий для трибологических свойств рабочей поверхности.

Кроме того, помимо уже упомянутого уменьшения износа рабочей поверхности на стыке достигается также уменьшение износа партнера трения, например гильзы цилиндра, за счет лучших трибологических свойств покрытия рабочей поверхности поршневого кольца.

Также лучший результат притирки поршневых колец может достигаться с небольшим касательным усилием.

Изобретение поясняется с помощью чертежа, на котором изображено поршневое кольцо 1, в частности компрессионное поршневое кольцо, которое имеет рабочую 2 и внутреннюю периферийную 3 поверхности, а также верхнюю сторону 4. Кроме того, поршневое кольцо 1 имеет стык 5. В этом примере поршневое кольцо 1 должно быть снабжено нанесенным в зоне рабочей поверхности 2 PVD-слоем 2'. Как уже сказано, такие твердые слои рабочей поверхности влияют на внутреннее напряжение поршневого кольца 1. Это происходит, в частности, потому, что между его (более мягким) основным материалом и (более твердым) PVD-слоем происходят тепловые расширения иного рода, которые, в частности негативно, сказываются на стыковой зоне 5. Это значит, что стыковая зона 5 пружинит радиально наружу и потому в ней возникает повышенное усилие прижима к партнеру трения, например гильзе цилиндра. Чтобы воспрепятствовать этому отрицательному эффекту, согласно изобретению, предложено вслед за покрытием поверхности поршневого кольца 1, в частности покрытием рабочей поверхности 2 PVD-слоем 2' и вслед за процессом доводки, подвергнуть проблематичные участки поршневого кольца 1, а именно близкие к стыку участки 5', 5”, обработке таким образом, что, начиная от кромок 6, 7 стыка 5, по периферийному углу α примерно 20° осуществляется съем материала. При этом в зоне соответствующих кромок 6, 7 съем материала максимальный, а в направлении схода 6', 7' - минимальный. В зависимости от выполнения и назначения кольца угол α может составлять до 90°.

Эта мера позволяет предотвратить так называемый биметаллический эффект из-за разных пар материалов, вызванный покрытием более мягкого тела кольца более твердым материалом.

В некоторых случаях необходимо нитрировать поршневые кольца, причем за счет процесса нитрирования уже создается твердый поверхностный слой. Если на этот нитрированный слой затем осаждается еще PVD- или HVOF-слой, то для уменьшения возникающего тогда высокого собственного напряжения необходимо, по меньшей мере, частично уменьшить также нитрированный слой на внутренней периферии поршневого кольца путем съема материала или, по меньшей мере, частично полностью удалить.

1. Способ изготовления снабженного стыком (5) поршневого кольца (1), при котором кольцеобразное металлическое тело, по меньшей мере, в зоне его внешней периферийной поверхности (2) покрывают, по меньшей мере, одним твердым слоем (2'), затем внутреннюю периферийную поверхность (3) поршневого кольца (1), по меньшей мере, частично обрабатывают посредством съема материала, уменьшая толщину стенки, причем съем материала, начиная от стыка (5), осуществляют соответственно на участке (α) периферии 10-120°, в частности 90°, причем, по меньшей мере, внутреннюю периферийную поверхность (3) поршневого кольца (1) покрывают нитрированным слоем (2"), который вслед за покрытием (2') внешней периферийной поверхности (2) поршневого кольца (1) подвергают съему материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед съемом материала внутренней рабочей поверхности покрытую рабочую поверхность подвергают процессу доводки.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выполняют съем материала с внутренней периферийной поверхности (3) соответственно обращенных к стыку (5) участков (5', 5”) поршневого кольца (1).

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что съем материала, начиная от стыка (5), уменьшают в направлении периферии поршневого кольца (1).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к поршневому кольцу и способу его изготовления. Поршневое кольцо, в частности компрессионное поршневое кольцо, содержит беговую поверхность, верхнюю и нижнюю боковые области, внутреннюю окружную область и замок.

Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в поршневых насосах и компрессорах. .

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации поршней и штоков гидроцилиндров. .

Изобретение относится к двигателестроению в области конструкций маслосъемных поршневых колец (ПК) и позволяет создать хорошую приспособляемость и оптимизирует мэслосброс.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения соединений в двигателях. .

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям узлов тракторных гидрофицированных трансмиссий. .

Изобретение относится к уплотнительной.технике и может быть использовано для герметизации поршней и валов машин и механизмов. .

Группа изобретений имеет отношение к износостойким деталям, используемым в двигателях внутреннего сгорания. Деталь имеет, по меньшей мере, одну износостойкую поверхность, являющуюся рабочей поверхностью контакта, по меньшей мере, одну поверхность, которая примыкает к вышеуказанной износостойкой поверхности, и, по меньшей мере, один износостойкий слой.

Изобретение касается ремонта или тюнинга двигателей внутреннего сгорания. Цилиндропоршневая группа содержит цилиндр 1, поршень 3 с поршневыми канавками 4 и 5, размещенные в поршневых канавках компрессионные кольца 6 и 7 с выборками 8 и 9, стопорные элементы 10 и 11, которые фиксируют компрессионные кольца 6 и 7 соответственно на поршне 3, вкладыше 13 и 14, которые размещены в выемках 15 и 16 на боковой поверхности поршня 3 между поршневыми канавками 4 и 5, при этом выемки 15 и 16 размещенные таким образом, который тепловой зазор 21 компрессионного кольца 6 находится между ними, причем оппозитно последнему размещенный тепловой зазор 22 компрессионного кольца 7.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее маслосъемное кольцо, среднее маслосъемное кольцо и нижнее маслосъемное кольцо, а между ними расположены расширительные кольца.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее и нижнее трапециевидные кольца и между ними расположено среднее уплотнительное кольцо прямоугольного профиля.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее трапециевидное маслосъемное кольцо трапециевидный расширитель и нижнее трапециевидное маслосъемное кольцо, на верхнем торце которого выполнены радиальные пазы для отвода масла, снятого со стенки цилиндра верхним кольцом, в придонную полость поршневой канавки и далее через конические отверстия во внутреннюю полость поршня.

Изобретение относится к машиностроению. В поршневой канавке (7) установлены верхнее скребковое кольцо (3) и нижнее скребковое кольцо (6), между которыми расположено расширительное кольцо (4) с радиальными пазами (5), сообщающими полость, расположенную между стенкой цилиндра (1) и поверхностью внешнего диаметра кольца (4) с придонной полостью поршневой канавки (7), причем общий угол наклона торцов скребковых колец (3) и (б) и расширительного кольца (4) не менее 10°.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, авторемонту и к компрессорному оборудованию, поршневой машине, содержащей цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами, и имеющей два вкладыша, установленные в выемках на боковой поверхности поршня, а также конструктивные узлы, предназначенные для взаимно смещенной ориентации положения замков колец, вкладыши размещены над вторым компрессионным кольцом, симметрично положению центра его замка, с расстоянием между краями выемок, не превышающим минимально заданный запас.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов. Устройство включает два концентрично расположенных в канавке 2 поршня 1, кольца 3 и 6 и расширитель в виде набора спиральных пружин 17.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и касается конструкции составных компрессионных поршневых колец двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам, устанавливаемым на поршнях двигателей или компрессоров в качестве маслосъемных колец. .

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в одной поршневой канавке пакет маслосъемных колец и расширительное кольцо, на рабочих поверхностях маслосъемных колец, кроме верхнего, выполнены осевые пазы. Расширительное кольцо расположено над верхним маслосъемным кольцом, при этом количество пазов и их размеры увеличиваются в каждом ниже установленном маслосъемном кольце. Рабочие поверхности всех маслосъемных колец выполнены со скосом в сторону их верхнего торца. Изобретение повышает надежность работы двигателя за счет качественной очистки стенок цилиндра от излишков масла. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх