BRPI0511974B1

BRPI0511974B1 - processo para fabricação de flancos resistentes ao desgaste para um anel trapezoidal para motores de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0511974B1
Application number: BRPI0511974-0A
Authority: BR
Inventors: Manoel Martins Leites Jose; Maier Kurt; Machado Nuno
Original assignee: Mahle Gmbh
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2019-11-12
Also published as: CN100470039C; US7572344B2; DE102004028487A1; JP2008501911A; BRPI0511974A; HK1091532A1; EP1771674A1; CN1842670A; WO2005121609A1; DE102004028487B4; US20070252338A1

Abstract

processo para fabricação de flancos resistentes ao desgaste para um anel trapezoidal para motores de combustão interna. a presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de flancos resistentes ao desgaste para um anel trapezoidal para motores de combustão interna, no qual as formações de danos nos flancos do anel no funcionamento do motor devem ser amplamente impedidos pelo fato de que uma fita de aço com seção transversal retangular, como material base, é configurado, primeiramente, um anel retangular, que consiste em uma superfície periférica interna e uma superfície periférica externa assim como em um flanco superior e um inferior, o qual é caracterizado pelos seguintes passos de fabricação: retificação paralela dos flancos do anel e retificação da superfície periférica externa ao seu perfil previsto e escovar da superfície periférica interna; retificação dos flancos superior e inferior do anel (3a, 4a) para a formação do anel trapezoidal de tal maneira que o anel de segmento na região da sua superfície periférica externa ainda apresenta flancos paralelos (3b, 4b) como superfície de empilhamento; nitruração completa da superfície do anel de segmento mediante processo de nitruração a gás (gns) para a formação de uma camada de nitreto; formação do perfil do anel de segmento por retificação e polimento sem usinagem dos flancos nitrurados do anel de segmento; empilhamento dos anéis de segmento por sobre seus flancos paralelos sob tensão prévia axial a um pacote e revestimento da superfície periférica externa dos anéis de segmento com uma camada de desgaste mediante o processo pvd; retificação da camada de nitreto dos flancos em estado não empilhado de tal maneira que é removido, no máximo, um quarto de toda a espessura total da camada de nitreto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE FLANCOS RESISTENTES AO DÈSGASTE PARA UM ANEL TRAPEZOIDAL PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA.

A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de flancos resistentes ao desgasto para um anel trapezoidal para motores de combustão interna, no qual de uma fita de aço com seção transversal retangular, como material base, é configurado, primeiramente, um anel retangular, que consiste em uma superfície periférica interna e uma superfície periférica externa assim como em um flanco superior e um inferior, o qual, em seguida, é nitrurado em todos os lados mediante um processo por nitruração e, a seguir, por usinagem das superfícies é levado à sua forma e geometria definitivas, sendo que pela usinagem é exposto o material base nos flancos.

Anéis de segmento com seção transversal trapezoidal - altura na superfície periférica externa do anel mais alta do que na superfície periférica interna - são utilizados, de preferência, em motores Diesel como anel topo, sendo que a ranhura anular de êmbolo também é configurado em forma de trapézio. Motores Diesel tendem ao depósito de resíduos duros com teor de carbono na primeira - a mais alta - ranhura anular do êmbolo os quais podem levar a uma gripagem dos anéis de segmento e, com isso, a falhas de funcionamento. Pela configuração em forma de trapézio dos anéis de segmento e da ranhura anular do êmbolo, a gripagem, por regra, é impedida, assegurando assim a função de vedação. Quando da fabricação de anéis retangulares para êmbolos e motores de combustão interna é sabido aplicar sobre toda a superfície dos anéis, mediante um processo de nitruração a gás, uma camada de nitreto para temperar a superfície e para obter, assim, uma melhor resistência ao desgaste. Tais anéis de segmento são descritos na DE 35 06 746 C2, na EP 0 605 223 A1 e na JP 05050241 A, sendo que especialmente a resistência ao desgaste da superfície de trabalho dos anéis de segmento é ainda mais aumentada pela aplicação de camadas adicionais, como é conhecido dos documentos acima descritos e da DE 102 0 148 A1.

Quando da fabricação de anéis trapezoidais ou trapezoidais duplos, configurados de anéis retangulares, também é conhecido submeter toda a superfície dos anéis a um processo de nitruração. Para a moldagem e a formação do perfil de tal anel de segmento em um anel trapezoidal é necessário retificar os lados devidamente, ocasião na qual a camada de nitreto dos flancos está sendo de novo eliminada, total ou parcialmente, segundo as necessidades geométricas. Mediante outros passos de usinagem das superfícies dos anéis é efetuada a formação final do perfil com subseqüente revestimento de proteção ao desgaste da superfície de trabalho assim como a usinagem final. Este decurso de fabricação é otimizado correspondentemente quanto à possibilidade de empilhamento dos anéis, por conseguinte, da usinagem múltipla simultânea em pacotes.

Em regime de funcionamento do motor, entretanto, anéis de segmento assim fabricados e colocados em êmbolos de aço mostram, especialmente pelas elevadas pressões de ignição de 200 a 220 bar, que os flancos dos anéis apresentam, em escala aumentada, danos de desgaste por fricção, sendo que, adicionalmente, se verifica uma coqueificação. Estes danos aumentam à medida que os anéis de segmento funcionam e levam, por fim, à falhas. Além disso, mostrou-se que estes danos ocorrem em função do local, quer dizer ao longo da circunferência com intensidades distintas.

É tarefa da invenção, impedir amplamente a formação de danos nos flancos em anéis trapezoidais ou trapezoidais duplos durante o funcionamento do motor.

De acordo com a invenção, esta tarefa é solucionada pelas características da reivindicação 1.

Pelo processo de fabricação de acordo com a invenção são criados flancos de anéis resistentes ao desgaste que apresentam no regime de trabalho do motor um desgaste de fricção substancialmente reduzido em comparação com o estado da técnica. O processo assegura pela produção de uma camada de nitrato sobre os flancos de anéis com profundidade uni forme de nitruração também a produção de valores de dureza uniformemente elevados, de maneira que ao longo da circunferência dos flancos de anéis não ocorre mais nenhum dano que afeta a função anular nos seus flancos. Do mesmo modo, micro-soldagens entre o anel de segmento e o êmbolo são impedidas eficazmente.

Configurações convenientes da invenção são objeto das reivindicações dependentes. Um exemplo de execução da invenção é descrito, a seguir, com base nos desenhos. Os desenhos mostram:

Figura 1 um processo para a fabricação de anéis trapezoidais segundo o estado da técnica;

Figura 2 um processo de fabricação de acordo com a invenção para anéis trapezoidais;

Figura 3 uma representação do desgaste dos flancos de anéis em função do local segundo o estado da técnica e do processo de acordo com a invenção.

De uma fita de aço martensítica não nitrurada 1 com seção transversal retangular é formado com dispositivos conhecidos, primeiramente, um anel de segmento com uma superfície periférica interna 5a e uma superfície periférica externa 5b assim como um flanco do anel superior 3a/b e um flanco do anel inferior 4a/b, como representado na Figura 1. O anel de segmento, em seguida, é relaxado termicamente. Depois de uma usinagem retificadora dos lados de topo do anel e da superfície periférica externa 5b assim como de uma escova da superfície periférica interna 5a, se efetua, em seguida, uma retificação paralela dos flancos do anel superiores 3a e inferiores 4a, de maneira que comparecem flancos do anel superiores e inferiores paralelos uns em relação aos outros. Segundo a Figura 2, pela retificação dos flancos do anel superiores e inferiores comparece a forma geométrica predeterminada de um anel trapezoidal 10 com flancos oblíquos 3b, 4b ou anel trapezoidal duplo (não representado). Na região de sua superfície periférica externa, permanecem os flancos paralelos, por sobre os quais os anéis de segmento podem ser empilhados, em uma largura que importa em menos do que quarto da largura do anel de segmento. Após uma limpe za, as superfícies dos anéis de segmento são em seguida nitrurados mediante um processo de nitruração (GNS) conhecido. A camada de nitruração consiste em uma camada de difusão e uma camada de ligação, sendo que a profundidade da têmpera da nitruração na camada de difusão pode importar em até 200 pm. A camada de ligação possui, de acordo com a invenção, uma dureza HV0.05 de 700 com uma espessura da camada de cerca de 20 pm. A fita de aço, para a formação de nitretos duros de cromo, apresenta um teor de cromo entre 12% a 17%. Depois de uma conformação final, na qual o anel de segmento nitrurado é submetido a um novo processo diminuto de retificação e polimento sem usinagem dos flancos, para mais um aperfeiçoamento da qualidade de desgaste, podem ser aplicadas, mediante um processo PVD em si conhecido (separação de vapor física), camadas de cromo ou de nitreto de cromo sobre, preferencialmente, o flanco inferior, já que, especialmente nos anéis trapezoidais fabricados segundo o estado da técnica segundo a Figura 1, se mostrou o maior desgaste de fricção.

Sobre a superfície periférica externa, que corresponde à superfície de trabalho do anel de segmento, evitando uma precipitação, é aplicada, em seguida, sobre os flancos do anel, mediante o processo PVD, uma camada de nitreto de cromo ou de fosfato de manganês entre 1-3 pm com uma dureza entre 1200-1400 HV0,05 para maior diminuição do desgaste de fricção, sendo que a precipitação da camada de cromo pode ser efetuada também por galvanização.

A nitruração dos anéis de segmento se realiza, em estado empilhado horizontalmente, porém axialmente não tencionado, o revestimento PVD, pelo contrário, em estado empilhado e axialmente tencionado. Com isso é assegurado que, por um lado, seja obtida uma nitruração boa dos flancos e, por outro, que durante o revestimento das superfícies de trabalho, os flancos não sejam revestidas com a camada protetora ao desgaste a ser aplicada.

Depois do revestimento, os anéis de segmento são acabados, especialmente os flancos dos anéis nitrurados, por esmerilhação de no má ximo de um quarto de toda a camada de nitreto, em conseqüência do que é removida a camada de ligação que comparece quando da nitruração.

Como se verifica na representação do desgaste de fricção periférica local, segundo a Figura 3, para um motor Diesel de 6 cilindros com um 5 tempo de funcionamento de 100 h com plena carga, o processo de acordo com a invenção provoca uma redução clara do desgaste de fricção nos flancos dos anéis em comparação ao estado da técnica.

Listagem de referência

10	anel trapezoidal
10 1	fita de aço, material base
2	camada de nitreto
3a	flanco superior do anel
3b	flanco superior paralelo do anel
4a	flanco inferior do anel
15 4b	flanco inferior paralelo do anel
5a	superfície periférica interna
5b	superfície periférica externa, superfície de trabalho

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Processo para a fabricação de flancos resistentes ao desgasto para um anel trapezoidal para motores de combustão interna, no qual de uma fita de aço com seção transversal retangular, como material base, é configurado, primeiramente, um anel retangular, que consiste em uma superfície periférica interna (5a) e uma superfície periférica externa (5b) assim como em um flanco superior e um inferior, o qual, em seguida, é nitrurado em todos os lados mediante um processo por nitruração e, a seguir, por usinagem das superfícies é levado à sua forma e geometria definitivas, sendo que pela usinagem é exposto o material base nos flancos do anel (3a, 3b), caracterizado pelo fato de que à formação de um anel de segmento com seção transversal retangular seguem os seguintes passos de processo:

- retificação paralela dos flancos do anel e retificação da superfície periférica externa ao seu perfil previsto e escovar da superfície periférica interna;

- retificação dos flancos superior e inferior do anel (3a, 4a) para a formação do anel trapezoidal de tal maneira que o anel de segmento na região da sua superfície periférica externa ainda apresenta flancos paralelos (3b, 4b) como superfície de empilhamento;

- nitruração completa da superfície do anel de segmento mediante processo de nitruração a gás (GNS) para a formação de uma camada de nitreto;

- formação do perfil do anel de segmento por retificação e polimento sem usinagem dos flancos nitrurados do anel de segmento;

- empilhamento dos anéis de segmento por sobre seus flancos paralelos sob tensão prévia axial a um pacote e revestimento da superfície periférica externa dos anéis de segmento com uma camada de desgaste mediante o processo PVD;

- retificação da camada de nitreto dos flancos em estado não empilhado de tal maneira que é removido, no máximo, um quarto de toda a espessura total da camada da camada de nitreto.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material base consiste em aço que contém 12 a 17% de cromo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

5 pelo fato de que sobre a camada de nitreto do flanco inferior do anel trapezoidal é aplicada uma camada de cromo mediante o processo PVD ou um processo galvânico.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que sobre a superfície de trabalho é aplicada uma camada de

10 nitreto de cromo ou de fosfato de manganês como camada de desgaste.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície de empilhamento ocupa menos do que um quarto da largura do anel trapezoidal.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

15 pelo fato de que o material base consiste em uma fita de aço martensítico não nitrurado.