CH474699A - Sliding body - Google Patents

Sliding body

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CH474699A
CH474699A CH1237168A CH1237168A CH474699A CH 474699 A CH474699 A CH 474699A CH 1237168 A CH1237168 A CH 1237168A CH 1237168 A CH1237168 A CH 1237168A CH 474699 A CH474699 A CH 474699A
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CH
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sliding
lead
sliding surface
grooves
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CH1237168A
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Takahashi Kentaro
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Nippon Piston Ring Co Ltd
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    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  

  Organe coulissant    La présente invention a pour objet un organe coulis  sant présentant une     surface    de glissement constituée par  un métal de base.  



  Il arrive parfois que la     lubrification    des segments de  piston de moteurs à combustion interne ou des seg  ments de piston et des bagues d'étanchéité de compres  seurs à gaz soit très déficiente. Dans de tels     cas,    l'emploi  de segments de piston en fonte est     prohibé    en raison des  risques d'usure trop rapide. C'est pourquoi on a parfois  utilisé des éléments     réalisés    en cupro-alliages, tels que le  bronze phosphoreux ou le bronze au plomb, au lieu de  fonte.

   Ces métaux de remplacement présentent des  inconvénients; en effet, dans des compresseurs à gaz à  très haute pression, des ruptures de segments de piston  et de bagues d'étanchéité se produisirent par suite de       conditions    de     lubrification    défectueuses en cours de  fonctionnement. Un nombre     croissant        d'applications     exige donc l'emploi de segments en métaux de haute  résistance susceptibles non seulement de supporter des  conditions de     lubrification    défavorables, mais encore de  résister à toutes contraintes de flexion ou de rupture.  



  Le but de     l'invention    est de     pallier    ces inconvénients.  L'organe coulissant selon l'invention est caractérisé en  ce que la     surface    de     glissement    présente des     saillies    et  des creux, les creux étant remplis d'un métal à pro  priétés autolubrifiantes.  



  Le dessin annexé représente, schématiquement et à  titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet  de l'invention.  



  La     fig.    1 est une micrographie (agrandissement 200)  d'un     cupro-alliage    ;  la     fig.    2 est une vue en plan     partielle    d'une forme  d'exécution ;  la     fig.    3 est une vue en plan partielle d'une autre  forme d'exécution ;    la     fig.    4 est une vue en plan partielle d'une troisième  forme d'exécution<B>,</B>  la     fig.    5 est une coupe axiale partielle d'un segment  de piston.  



  Le métal de base des organes coulissants     décrits    est  un cupro-alliage ne contenant pas de plomb et présen  tant une résistance à la traction très élevée, ainsi qu'un  bon coefficient de frottement tel que du bronze phos  phoreux coulé, du laiton à haute     résistance,    du bronze à  canon ou du     cupro-béryllium,    la surface de glissement de  ce métal de base étant usinée comme indiqué sur les     fig.     2à4.  



  Dans la première     forme    d'exécution, illustrée à la       fig.    2,     la    surface de glissement 1 présente une multitude  de petits trous 2 disposés aussi régulièrement que possi  ble,     ces    trous 2 étant remplis de plomb 4. Dans la  deuxième forme d'exécution. illustrée à la     fig.    3, une  multitude de fines rainures parallèles 3 sont disposées  perpendiculairement au sens de     glissement    de la surface  de glissement 1, les rainures 3     étant    remplies de plomb 4.  



  Dans la troisième forme d'exécution, illustrée à la       fig.    4, de fines rainures 3' sont disposées     obliquement     par rapport au sens de glissement de la     surafce    de glisse  ment 1, les rainures 3' étant remplies de plomb 4.  



  Grâce à une telle structure, chacune des     surfaces    de  glissement présente, en     apparence,    une texture similaire  à celle d'un cupro-alliage contenant du plomb et     possède     d'excellentes propriétés de glissement. En outre, étant  donné que le métal de base ne contient pas de plomb,  il ne peut pas se déformer ni se briser.

   La quantité de  plomb à     incorporer    à la     surface,    peut être dosée à la  valeur     désirée    par     modification    du nombre de petits  trous ou rainures pratiqués dans la     surface.    Dans le     cas     illustré à la     fig.    2, il convient     d'accorder    une attention  particulière à la dimension, à la section et à la répartition  des petits trous. Dans les cas illustrés aux     fig.    3 et 4, une      attention particulière doit être accordée à la largeur de  chacune des petites rainures et à l'intervalle séparant       deux    rainures adjacentes.

   L'intervalle séparant les trous  ou les rainures doit, de préférence, être aussi réduit que  possible. La raison en est qu'en cas de     rupture    du film  d'huile de     lubrification    adhérant aux     surfaces    des orga  nes métalliques, le plomb est extrait par fusion des petits  trous ou rainures et forme une pellicule mince qui recou  vre la     surface    de     glissement    de l'organe de     glissement,     de manière à éviter un grippage.

   Si l'intervalle séparant  chaque paire de trous ou de rainures adjacents est trop  grand, la pellicule de plomb ainsi     formée    ne pourra  recouvrir la totalité de la surface de glissement, permet  tant alors un contact direct entre les organes     métalliques.          Dans    ce cas, il se produira d'abord un grippage initial  local, lequel s'étendra ensuite à toute la     surface    de con  tact.     L'intervalle    séparant les trous ou rainures contenant  du plomb varie selon le type de machines, les conditions  d'utilisation. etc., la distance optimale étant fonction de  l'application particulière envisagée. En tout cas, cet inter  valle doit être aussi court que possible.

   De même, la  gamme optimale de la teneur en plomb varie     avec    le type  de machines et les conditions d'utilisation.  



  Les cupro-alliages ordinaires contenant du plomb,       qui    ont été     utilisés    jusqu'à     présent,    avaient une teneur en  plomb comprise entre 3 et 30 0/0. Par modification de la  disposition des trous et des rainures, il est naturellement  possible d'assurer des teneurs en plomb comprises dans  la gamme citée, mais le processus de fabrication décrit       p rmet    également de faire varier     la    masse de plomb par  rapport à celle du reste de l'alliage à l'intérieur d'une  plage encore plus étendue. L'élaboration de     cupro-allia-          ges    contenant du plomb se heurte à des difficultés d'ordre  technique.

   Les     procédés    classiques ne     permettent    guère  d'obtenir un alliage à teneur en plomb supérieure à  20  lo, à moins de consentir à un     sacrifice    considérable  quant à la résistance mécanique.  



  L'une des caractéristiques les plus remarquables du  processus décrit est que la quantité de plomb incorporée  à la surface de glissement peut être modifiée selon les  besoins, indépendamment de la résistance mécanique du  métal de base.  



  Les trous ou les rainures dans la surface de glisse  nient sont réalisés par usinage de l'organe coulissant. Les  rainures peuvent être disposées en grand nombre à inter  valles réguliers, perpendiculairement au sens de glisse  ment ou peuvent être de forme     hélico'idale.    Elles peuvent,  en outre, être     agencées    sous forme d'une     multitude    d'en  tailles transversales obliques. La profondeur des rainures  peut être librement choisie, en vue de l'utilisation     parti-          caslière,    à l'intérieur d'une plage n'affectant pas la résis  tance     mécanique    de l'organe de glissement.

   Les procédés  de remplissage de ces petits trous ou rainures compren  nent la projection de plomb fondu, le revêtement par  déplacement et     l'immersion    dans un bain de plomb  fondu. En tous cas, après remplissage ou déposition du  plomb, la     surface    de glissement subit un usinage de       finissage.     



       Exemple          Du        bronze        phosphoreux        cômprenant.        f,25        '%        de        Sn,          0,18        %        de        P,        le        reste        étant        constitué:        par-dù        cuivre;

          fut     usiné de manière à obtenir une. éprouvette . mesurant  18,0 mm de largeur, 12,0 mm de longueur et 5,0 mm de  hauteur. La surface de     glissement    de l'éprouvette fut    dotée de cinq rainures ayant chacune 0,5 mm de largeur et  0,5 mm de profondeur<B>;</B> ces rainures furent disposées pa  rallèlement l'une par rapport à l'autre, à intervalles prédé  terminés. Du plomb fondu     fut    projeté sur la surface et,  après polissage, la     surface    de     glissement        fut    soumise à un  essai d'abrasion.

   L'essai fut     effectué    à l'aide d'un appa  reil du type à friction par glissement plan, la vitesse de  friction étant de 5 mètres/seconde. La lubrification fut  assurée à l'aide d'un mélange lubrifiant constitué par       50        %        d'huile        de        lubrification        paraffinique        et        50%     d'huile lampante purifiée. L'éprouvette fut soumise au       glissement    jusqu'à apparition d'un grippage, après quoi  on examina le rapport entre la charge de frottement et  l'usure et on procéda à un essai de grippage.

   Le métal  contre lequel s'opérait le glissement était de la fonte de       composition    :     2,9-0'%        de        C,        2,08'%        de        Si,        0,55        %        de        Mn,          0,22        %        de        P        et        0,

  032        %        de        S.        Les        résultats        des        essais     révélèrent que la perte de matière d'une éprouvette  n'ayant pas été     garnie    de plomb était de 950 mg sous  une charge de     frottement    de 50     kg/cm2    et de 1250 mg  sous une charge de frottement de 75     1,-g/cm2,    alors que la       surface    de glissement traitée par projection de plomb  présentait une perte de matière par abrasion de seule  ment 45 mg sous une charge de 50     kg/cm2,

      120 mg sous  75     kg/cm7-    et 330 mg sous<B>100</B>     kg/cm2.    Lorsque la     surface     de glissement fut dotée de dix rainures au lieu de cinq,  la perte de matière par abrasion de     l'éprouvette    soumise  à l'essai sous les mêmes conditions fut de 14 mg sous  une charge de 50     kg/cm2,    18 mg sous 75     1,-g/cm2,    30 mg  sous 100     kg/cm-    et 100 mg sous 125     kg/cm@.    Ces résul  tats indiquent qu'une surface de glissement ayant été  traitée par projection de plomb présente d'excellentes  propriétés de glissement.

   Les essais révélèrent également  qu'une     augmentation    du rapport des surfaces entre  plomb et     surface    traitée     réduisait    la     perte    par abrasion.



  Sliding member The present invention relates to a sliding member having a sliding surface formed by a base metal.



  Occasionally, the lubrication of internal combustion engine piston rings or of gas compressor piston rings and sealing rings is very poor. In such cases, the use of cast iron piston rings is prohibited because of the risk of too rapid wear. This is why we have sometimes used elements made of cupro-alloys, such as phosphor bronze or lead bronze, instead of cast iron.

   These replacement metals have drawbacks; in fact, in very high pressure gas compressors, ruptures of piston rings and sealing rings have occurred as a result of faulty lubrication conditions during operation. An increasing number of applications therefore requires the use of segments made of high strength metals capable not only of withstanding unfavorable lubrication conditions, but also of withstanding any bending or breaking stresses.



  The aim of the invention is to overcome these drawbacks. The sliding member according to the invention is characterized in that the sliding surface has protrusions and hollows, the hollows being filled with a metal with self-lubricating properties.



  The appended drawing represents, schematically and by way of example, some embodiments of the object of the invention.



  Fig. 1 is a micrograph (magnification 200) of a cupro-alloy; fig. 2 is a partial plan view of one embodiment; fig. 3 is a partial plan view of another embodiment; fig. 4 is a partial plan view of a third embodiment <B>, </B> FIG. 5 is a partial axial section of a piston ring.



  The base metal of the sliding members described is a cupro-alloy which does not contain lead and has a very high tensile strength, as well as a good coefficient of friction such as cast phos phorous bronze, high strength brass , gunmetal or cupro-beryllium, the sliding surface of this base metal being machined as shown in fig. 2 to 4.



  In the first embodiment, illustrated in FIG. 2, the sliding surface 1 has a multitude of small holes 2 arranged as regularly as possible, these holes 2 being filled with lead 4. In the second embodiment. illustrated in fig. 3, a multitude of fine parallel grooves 3 are arranged perpendicular to the sliding direction of the sliding surface 1, the grooves 3 being filled with lead 4.



  In the third embodiment, illustrated in FIG. 4, fine grooves 3 'are arranged obliquely with respect to the sliding direction of the sliding surface 1, the grooves 3' being filled with lead 4.



  Due to such a structure, each of the sliding surfaces has, in appearance, a texture similar to that of a lead-containing cupro-alloy and has excellent sliding properties. Also, since the base metal does not contain lead, it cannot deform or break.

   The quantity of lead to be incorporated into the surface can be dosed to the desired value by modifying the number of small holes or grooves made in the surface. In the case illustrated in fig. 2, special attention should be paid to the size, section and distribution of small holes. In the cases illustrated in fig. 3 and 4, special attention should be paid to the width of each of the small grooves and the gap between two adjacent grooves.

   The gap between the holes or grooves should preferably be as small as possible. The reason for this is that if the lubricating oil film adhering to the surfaces of metal bodies breaks, the lead is melted out of the small holes or grooves and forms a thin film which covers the sliding surface of the metal. 'sliding member, so as to avoid seizing.

   If the gap separating each pair of adjacent holes or grooves is too large, the lead film thus formed will not be able to cover the whole of the sliding surface, thus allowing direct contact between the metal members. In this case, there will first occur an initial local seizure, which will then extend to the entire contact surface. The interval between holes or grooves containing lead varies according to the type of machine, the conditions of use. etc., the optimum distance being a function of the particular application envisaged. In any case, this interval should be as short as possible.

   Likewise, the optimum range of lead content varies with the type of machinery and the conditions of use.



  Ordinary lead-containing cupro-alloys which have been used heretofore had a lead content of between 3 and 30%. By modifying the arrangement of the holes and grooves, it is of course possible to ensure lead contents included in the cited range, but the manufacturing process described also allows the mass of lead to be varied with respect to that of the rest. of the alloy within an even wider range. The development of cupro-alloys containing lead comes up against technical difficulties.

   Conventional processes hardly allow an alloy with a lead content of more than 20% to be obtained, unless a considerable sacrifice is made in terms of mechanical strength.



  One of the most remarkable features of the described process is that the amount of lead incorporated into the sliding surface can be changed as needed, regardless of the strength of the base metal.



  Holes or grooves in the sliding surface are made by machining the sliding member. The grooves can be arranged in large number at regular intervals, perpendicular to the direction of sliding or can be of helical shape. They can, moreover, be arranged in the form of a multitude of oblique transverse sizes. The depth of the grooves can be freely chosen, with a view to the particular use, within a range which does not affect the mechanical strength of the sliding member.

   The methods of filling these small holes or grooves include spraying molten lead, displacement coating and immersion in a bath of molten lead. In any case, after filling or deposition of lead, the sliding surface undergoes finishing machining.



       Example Of phosphorous bronze including. f, 25% Sn, 0.18% P, the remainder being: par-copper;

          was machined so as to obtain a. test tube. measuring 18.0mm in width, 12.0mm in length and 5.0mm in height. The sliding surface of the specimen was provided with five grooves each 0.5 mm wide and 0.5 mm deep <B>; </B> these grooves were arranged parallel to each other with respect to the other, at predefined intervals. Molten lead was sprayed onto the surface and, after polishing, the sliding surface was subjected to an abrasion test.

   The test was carried out using an apparatus of the plane sliding friction type, the friction speed being 5 meters / second. Lubrication was provided with a lubricant mixture consisting of 50% paraffinic lubricating oil and 50% purified lampante oil. The specimen was slid until a seizure appeared, after which the relationship between frictional load and wear was examined and a seizure test was performed.

   The metal against which the sliding was operated was cast iron with the composition: 2.9-0 '% C, 2.08'% Si, 0.55% Mn, 0.22% P and 0,

  032% of S. The results of the tests revealed that the loss of material of a test piece which had not been packed with lead was 950 mg under a frictional load of 50 kg / cm2 and 1250 mg under a frictional load. of 75 1, -g / cm2, while the sliding surface treated by spraying lead showed an abrasion loss of only 45 mg under a load of 50 kg / cm2,

      120 mg under 75 kg / cm7- and 330 mg under <B> 100 </B> kg / cm2. When the sliding surface was provided with ten grooves instead of five, the loss of material by abrasion of the test piece under the same conditions was 14 mg under a load of 50 kg / cm2, 18 mg under 75 1, -g / cm2, 30 mg under 100 kg / cm- and 100 mg under 125 kg / cm @. These results indicate that a sliding surface which has been sprayed with lead exhibits excellent sliding properties.

   Tests also showed that increasing the ratio of areas between lead and treated area reduced abrasion loss.

 

Claims (1)

REVENDICATION Organe coulissant présentant une surface de glisse ment constituée par un métal de base, caractérisé en ce que la surface de glissement présente des saillies et des creux, les creux étant remplis d'un métal à propriétés autolubrifiantes. SOUS-REVENDICATIONS 1. Organe coulissant selon la revendication, carac térisé en ce que le métal de base est un alliage à base de cuivre. 2. CLAIM Sliding member having a sliding surface formed by a base metal, characterized in that the sliding surface has projections and hollows, the hollows being filled with a metal with self-lubricating properties. SUB-CLAIMS 1. Sliding member according to claim, charac terized in that the base metal is a copper-based alloy. 2. Organe coulissant selon la revendication, carac térisé en ce que la surface de glissement comprend des trous régulièrement disposés. . 3. Organe coulissant selon la revendication, carac térisé en ce que la surface de glissement comprend des rainures parallèles disposées perpendiculairement au sens de glissement. 4. Organe coulissant selon la revendication, carac térisé en ce que la surface de glissement comprend des rainures disposées obliquement par rapport au sens de glissement. 5. Sliding member according to claim, charac terized in that the sliding surface comprises regularly arranged holes. . 3. Sliding member according to claim, charac terized in that the sliding surface comprises parallel grooves arranged perpendicular to the direction of sliding. 4. Sliding member according to claim, charac terized in that the sliding surface comprises grooves arranged obliquely with respect to the direction of sliding. 5. Organe. coulissant selon la revendication, carac- térisé. en ce .que le métal de remplissage est un alliage à base de plomb, d'étain ou de cadmium. Organ. sliding door according to claim, characterized. in that the filler metal is an alloy based on lead, tin or cadmium.
CH1237168A 1967-08-18 1968-08-15 Sliding body CH474699A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2322269A1 (en) * 1975-08-26 1977-03-25 Sulzer Ag INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON RING

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FR2322269A1 (en) * 1975-08-26 1977-03-25 Sulzer Ag INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON RING

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NL6811699A (en) 1968-10-25

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