Способ изготовления поршневых колец

Авторы патента:


Способ изготовления поршневых колец
Способ изготовления поршневых колец

 


Владельцы патента RU 2577642:

ФЕДЕРАЛ-МОУГАЛ БУРШАЙД ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу изготовления стального поршневого кольца (1′) с износоустойчивым покрытием (8, 9) для двигателя внутреннего сгорания, при котором формируют базовое тело (1), предназначенное для образования камеры (2) в двигателе внутреннего сгорания стороной рабочей поверхности (3). В области перехода боковой поверхности (5) базового тела (1) в рабочую поверхность (3) формируют фаску (7), при этом рабочую поверхность (3) и по меньшей мере части фаски (7) покрывают износоустойчивым покрытием (8, 9). Не покрытые износоустойчивым покрытием (8, 9) окружные области (4) и области боковых поверхностей (5, 6) базового тела (1) нитрируют с обеспечением в расположенной на стороне фаски боковой поверхности (5) участка (а) заданной ширины, не содержащего нитрационного покрытия (10), и затем сошлифовывают износоустойчивое покрытие (8, 9) с образованием в области перехода боковой поверхности (5) в рабочую поверхность (3) острой, не подвергнутой нитрированию, функциональной фаски (11). Компрессионное стальное поршневое кольцо с износоустойчивым покрытием для двигателя внутреннего сгорания изготовлено вышеуказанным способом. Обеспечивается изготовление имеющего износоустойчивое покрытие стального поршневого кольца с острой функциональной кромкой в рабочей поверхности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления камерного стального поршневого кольца, оснащенного износоустойчивым покрытием.

Документ DE 10221800 A1 раскрывает способ нанесения износоустойчивых покрытий на стальное поршневое кольцо за счет того, что рабочая поверхность в течение первого рабочего этапа оснащается по меньшей мере частично покрытием рабочей поверхности, и для достижения твердости HV0,1>1400 в ходе второго рабочего этапа по меньшей мере боковые поверхности посредством плазменного нитрирования оснащаются нитрационным покрытием таким образом, что рабочий этап плазменного нитрирования в зависимости от потребного для использования покрытия выполняется в диапазоне температур ниже 490°C.

Из документа DE 102005023627 A1 известно стальное поршневое кольцо с односторонней камерной рабочей поверхностью, верхними и нижними боковыми поверхностями, а также внутренней окружной поверхностью, причем рабочая поверхность покрыта содержащим микротрещины износоустойчивым покрытием на базе хромовой керамики, и по меньшей мере боковые поверхности оснащены снижающим износ нитрационным покрытием таким образом, что по меньшей мере одна из областей перехода боковых поверхностей в рабочую поверхность выполнена с одной приблизительно острой кромкой.

При выполнении камерного стального поршневого кольца с покрытием напылением конденсацией из паровой фазы (PVD) действует требование к наличию одной острой функциональной кромки. Поскольку существует необходимость в нитрировании поверхности, ранее это было невозможно. Нитрированная кромка предполагает радиус кромки макс. 0,1 мм.

Под серийно изготовленной острой кромкой специалист понимает закругление макс. R<0,05 мм.

Задачей изобретения является создание альтернативного способа для изготовления оснащенного износоустойчивым покрытием стального поршневого кольца, с помощью которого может быть реализована острая функциональная кромка в рабочей поверхности.

Задача решается с помощью способа для изготовления оснащенного износоустойчивым покрытием камерного стального поршневого кольца посредством создания имеющего на стороне рабочей поверхности камерную структуру базового тела, область перехода боковой поверхности базового тела в рабочую поверхность обрабатывается таким образом, что возникает фаска, рабочая поверхность, а так же по меньшей мере части фаски оснащаются износоустойчивым покрытием, не оснащенные износоустойчивым покрытием окружные области и области боковых поверхностей базового тела нитрируются таким образом, что в имеющей форму фаски области остается участок с определенной шириной, который не содержит нитрационного покрытия, и в завершение по меньшей мере износоустойчивое покрытие снимается на такую глубину, что в области перехода боковой поверхности в рабочую поверхность возникает в основном острая, однако, не подвергнутая нитрированию функциональная кромка.

Предпочтительные модификации соответствующего изобретению способа приведены в соответствующих способу зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующий изобретению способ может предпочтительным образом использоваться для изготовления компрессионного поршневого кольца для двигателя внутреннего сгорания.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения фаска вырабатывается механическим путем, в частности, посредством шлифования.

На рабочую поверхность с камерной структурой по мере надобности может быть нанесено хромовое покрытие.

Альтернативно также существует возможность нанесения на рабочую поверхность тонкого покрытия напылением конденсацией из паровой фазы (PVD) (physical vapor deposition) или алмазоподобного углеродного покрытия (PLC) (diamond like carbon).

В зависимости от случая использования также существует возможность нанесения на покрытие PVD или DLC хромового покрытия в качестве следующего износоустойчивого покрытия.

В зависимости от того или иного случая использования специалистом может выбираться пригодное (пригодные) износоустойчивое покрытие (покрытия).

В соответствии со следующим аспектом изобретения для оптимизации процесса изготовления перед нанесением износоустойчивого покрытия по меньшей мере два базовых тела объединяются в один пакет. В этом состоянии затем с помощью известного способа может наноситься одно или другое износоустойчивое покрытие.

В данном случае существует возможность объединения двух базовых тел с направленными друг к другу фасками, а также нескольких (более двух) тел с расположенными одна за другой фасками в один пакет.

В данном случае существует возможность объединения двух базовых тел с обращенными друг к другу кромками, а также большего количества (более двух) базовых тел в единый пакет.

За счет исполнения кромок в том или ином базовом теле при расположенных друг против друга кромках образуется приблизительно клиновидная выемка, которая при нанесении износоустойчивого покрытия обеспечивает возможность его по меньшей мере частичного осаждения также в той или иной области кромки.

При базовых телах, аксиально расположенных одно за другим, возможно объединение более чем двух тел в один пакет, за счет чего может дополнительно повышаться рентабельность.

Для обеспечения возможности выработки острой функциональной кромки, образованной из материала базового тела, в соответствии со следующей мыслью изобретения предлагается, что ширина свободного от нитрирования участка на соответствующей боковой поверхности составляет от 0,1 до 1,5 мм.

Заключительный рабочий этап предусматривает удаление по меньшей мере износоустойчивого покрытия с рабочей поверхности вне камерной структуры механическим путем, в частности, посредством шлифования. По мере надобности материал базового корпуса сошлифовывается вплоть до начала фаски на боковой поверхности, так что в готовом состоянии стального поршневого кольца нитрационное покрытие все еще остается удаленным с рабочей поверхности на величину приблизительно 0,05-0,7 мм.

За счет этого с помощью соответствующего изобретению способа на камерном стальном поршневом кольце в области перехода между той или иной боковой стороной и рабочей поверхностью может вырабатываться острая, однако, не подвергнутая нитрированию функциональная кромка.

Та или иная функциональная кромка формируется предпочтительным образом в области перехода нижней, то есть обращенной к корпусу блока цилиндров боковой поверхности и рабочей поверхности, и тем самым способствует тому, что съем остатков масла обеспечивается также вне по меньшей мере одного маслосъемного кольца.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - камерное стальное поршневое кольцо перед нанесением покрытия;

фиг.2 - камерное поршневое кольцо в соответствии с фиг.1 с нанесенной фаской;

фиг.3 и 4 - альтернативный способ пакетирования базовых тел в соответствии с фиг.2;

фиг.5 и 6 - альтернативный способ нанесения покрытия на изображенные на фиг.3 и 4 пакетированные базовые тела;

фиг.7 - блок-схема базового тела, оснащенного покрытием PVD;

фиг.8 - блок-схема оснащенного покрытием PVD и нитрированного базового тела;

фиг.9 - базовое тело по фиг.8 с нанесенным на покрытие PVD хромовым покрытием;

фиг.10 - готовое поршневое кольцо с острой, свободной от нитрирования функциональной кромкой.

Фиг.1 иллюстрирует выполненное из стали базовое тело 1 поршневого кольца, содержащее оснащенную камерой 2 рабочую поверхность 3, внутреннюю окружную поверхность 4, нижнюю, то есть обращенную во встроенном состоянии к не изображенному корпусу блока цилиндров боковую сторону 5, а также верхнюю, то есть обращенную во встроенном состоянии к не изображенной камере сгорания боковую сторону 6. Это базовое тело 1 образует исходную форму для последующего поршневого кольца, которое может использоваться в качестве компрессионного поршневого кольца.

На фиг.2 показано, что область перехода от боковой поверхности 5 в рабочую поверхность 3 была обработана таким образом, что, например, посредством шлифования образуется фаска 7.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют различные способы пакетирования базового тела 1 в соответствии с фиг.2.

На фиг.3 несколько базовых тел 1 расположены аксиально одно за другим, причем фаски 7 также расположены аксиально одна за другой. За счет образования исходящей в направлении той или иной фаски 7 камеры 2 при нанесении покрытия на рабочую поверхность 3 не возникает проблем в отношении оснащения также и фаски 7, по меньшей мере частично, материалом покрытия.

Фиг.4 иллюстрирует, что два базовых тела 1 с обращенными друг к другу фасками 7 расположены попарно, в результате чего образуется своего рода клин. Также и здесь при нанесении покрытия на рабочую поверхность 3 материал покрытия может вводиться в область фаски 7.

Фиг.5 и 6 иллюстрируют покрытия рабочей поверхности 3, а именно применительно к фиг.3 и 4.

В этом примере в области той или иной рабочей поверхности 3 наносится износоустойчивое хромовое покрытие 8, которое наносится на камерный участок 2 и остальные участки рабочей поверхности 3. То или иное покрытие 8 наносится также по меньшей мере на большей части фаски 7.

Фиг.7 показывает отдельное базовое тело 1, которое было оснащено PVD-покрытием 9 с толщиной покрытия от 1 до 5 мкм. В аналогии с фиг.5 и 6 оснащенные фасками 7 участки 5 боковых поверхностей также по меньшей мере частично покрываются PVD-покрытием.

На фиг.8 показано, что оснащенное покрытием в соответствии с фиг.7 базовое тело было нитрировано вне PVD-покрытия 9. Нитрационное покрытие предусмотрено на всех следующих показанных на фиг.1 окружных областях 4 и в областях 5, 6 боковых поверхностей. В области боковой поверхности 5 нитрационное покрытие 10 простирается, однако, не полностью вплоть до фаски 7, так что существует свободный от нитрационного слоя отрезок а определенной ширины, например 1,5 мм.

На фиг.9 показано, что на PVD-покрытие 9 было нанесено уже описанное на фиг.5 и 6 хромовое покрытие 8. Действуют те же технологические процессы, что и уже поясненные для фиг.8.

Фиг.10 показывает готовое стальное поршневое кольцо 1′. Показанные на фиг.8 и 9 покрытия 8, 9 были сошлифованы настолько, что была образована острая функциональная кромка 11 в области перехода от боковой поверхности 5 к рабочей поверхности 3, причем нитрационное покрытие заканчивается на определенном расстоянии a′, например 0,5 мм, от функциональной кромки 11.

1. Способ изготовления стального поршневого кольца (1′) с износоустойчивым покрытием (8, 9) для двигателя внутреннего сгорания, при котором формируют базовое тело (1), предназначенное для образования камеры (2) в двигателе внутреннего сгорания стороной рабочей поверхности (3), при этом в области перехода боковой поверхности (5) базового тела (1) в рабочую поверхность (3) формируют фаску (7), при этом рабочую поверхность (3) и по меньшей мере части фаски (7) покрывают износоустойчивым покрытием (8, 9), причем не покрытые износоустойчивым покрытием (8, 9) окружные области (4) и области боковых поверхностей (5, 6) базового тела (1) нитрируют с обеспечением в расположенной на стороне фаски боковой поверхности (5) участка (а) заданной ширины, не содержащего нитрационного покрытия (10), и затем сошлифовывают износоустойчивое покрытие (8, 9) с образованием в области перехода боковой поверхности (5) в рабочую поверхность (3) острой, не подвергнутой нитрированию, функциональной фаски (11).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фаску (7) формируют посредством шлифования.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на рабочую поверхность (3), образующую камеру (2), наносят хромовое покрытие (8).

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на рабочую поверхность (3) наносят PVD- или DLC-покрытие (9).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на PVD- или DLC-покрытие наносят хромовое покрытие (8).

6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перед нанесением износоустойчивого покрытия (8, 9) по меньшей мере два базовых тела (1) объединяют в один пакет.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что два базовых тела (1) с направленными друг к другу фасками (7) объединяют в один пакет.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что несколько базовых тел (1) с расположенными одна за другой фасками (7) объединяют в один пакет.

9. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ширина не оснащенного нитрационным покрытием отрезка (а′) на боковой поверхности составляет от 0,1 до 1,5 мм.

10. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере износоустойчивое покрытие (8, 9) удаляют с образующей камеру рабочей поверхности (3) посредством шлифования.

11. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что материал базового корпуса (1) сошлифовывают в основном до области начала фаски (7) на боковой поверхности (5).

12. Компрессионное стальное поршневое кольцо с износоустойчивым покрытием для двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что оно изготовлено способом по любому из пп. 1-11.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления поршневого кольца, при котором в металлическом теле, имеющем радиально внешнюю рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность и проходящие между ними боковые поверхности, со стороны рабочей поверхности выполняется выемка.

Группа изобретений относится к способу изготовления поршневого кольца, при котором в металлическом теле, по меньшей мере имеющем радиально внешнюю рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность и проходящие между ними верхнюю и нижнюю боковые поверхности, в зоне выполненной приблизительно цилиндрической рабочей поверхности выполняется определенная конусность, по меньшей мере рабочая поверхность покрывается по меньшей мере одним износостойким слоем, а образующий соскребающую кромку участок по меньшей мере одного износостойкого слоя, по меньшей мере, частично удаляется, в основном цилиндрически с образованием перемычки задаваемой ширины.

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу, с износостойким покрытием, а также к цилиндропоршневой группе. Скользящий элемент имеет износостойкое покрытие, содержащее в направлении изнутри наружу слой CrN, слой Me(CхNу), где Ме представляет собой вольфрам, хром, титан или кремний, при этом х и у находятся в диапазоне 0-99 атомных процентов, за исключением слоя чистого хрома, и слой алмазоподобного углерода (DLC-слой), который состоит из нижнего металлосодержащего DLC-слоя и не содержащего металл верхнего DLC-слоя, при этом твердость CrN-слоя составляет 1100-1900 НV.

Группа изобретений относится к деталям скольжения двигателя внутреннего сгорания. Деталь содержит основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия.

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу с покрытием по меньшей мере на одной поверхности скольжения, которое в направлении изнутри наружу содержит адгезионный слой (10), металлосодержащий, предпочтительно содержащий вольфрам, DLC-слой (12) и не содержащий металла DLC-слой (14).
Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу, имеющему покрытие по меньшей мере на одной поверхности скольжения, и к способу получения скользящего элемента.

Изобретение относится к скользящему элементу двигателя внутреннего сгорания, в частности поршневому кольцу. Указанный скользящий элемент выполнен с покрытием, которое представляет собой алмазоподобное покрытие типа ta-C с изменяющимися по его толщине внутренними напряжениями и тем самым с, по меньшей мере, одним градиентом внутреннего напряжения.

Изобретение относится к элементу скольжения двигателя внутреннего сгорания, в частности поршневому кольцу. Элемент скольжения содержит DLC-покрытие типа ta-C, имеющее, по меньшей мере, один градиент внутреннего напряжения, причем в средней области (II) покрытие в направлении снаружи вовнутрь имеет отрицательный градиент внутреннего напряжения, который, предпочтительно, меньше, чем в области (III), расположенной внутри.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ДВС для уплотнения зазора в цилиндропоршневой группе. .

Изобретение относится к износостойким элементам скольжения и может найти применение при изготовлении поршневых колец и гильз цилиндров для двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области технологии химико-термической обработки металлических материалов и предназначено для термической обработки деталей пар трения. Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса включает объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов.

Изобретение относится к способу обработки деталей из черных сплавов, содержащих по меньшей мере 80% железа по массе, или из нелегированной стали для кухонной утвари для защиты указанных деталей от царапин.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к азотированию сталей в газовой среде, и может быть использовано для упрочнения стальных деталей, работающих при относительно высоких температурах 500-7000С, в том числе в коррозионной среде.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении штампов из сталей для горячего деформирования, работающих при высоких температурах в условиях горячего деформирования, прессования и ударных нагрузок.

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано для легирования азотом поверхностей деталей сложной формы, в том числе имеющих закрытые полости.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения плотности магнитного потока осуществляют нагрев сляба из стали, содержащей, мас.%: Si от 0,8 до 7, кислоторастворимый Al от 0,01 до 0,065, C 0,085 или менее, N 0,012 или менее, Mn 1,0 или менее, S эквивалентно Seq., определяемым уравнением «Seq.=[S]+0,406·[Se]», где [S] представляет содержание S, [Se] представляет содержание Se, 0,015 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку сляба, отжиг, холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг для первичной рекристаллизации, нанесение покрытия и заключительный отжиг для вторичной рекристаллизации.
Изобретение относится к обработке поверхности металлического материала и может быть использовано при упрочнении внутренней поверхности длинномерных прецизионных цилиндров скважинных насосов, работающих в условиях абразивного износа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листа из электротехнической стали. .

Изобретение относится к столовым приборам и/или сервировочным приборам. .

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.

Изобретение относится к вакуумной обработке поверхностей заготовок. Способ нанесения покрытия на металлические заготовки осуществляют в установке вакуумирования, содержащей выполненный в виде мишени первый электрод, который является частью источника испарения электрической дугой и через который подают дуговой разряд с током дугового разряда, посредством которого испаряют материал мишени, и второй электрод, который выполнен в виде держателя заготовок и вместе с заготовками образует электрод смещения, на который подают напряжение смещения.
Наверх