CN103154583B - 用于制造活塞环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造设有接口（5）的活塞环（1）的方法，在该方法中，环形的金属基体至少在它的外周面（2）的区域内设有至少一个硬质层（2’），其中，在与该层的连接位置，至少局部地以减少壁厚的方式通过材料切削来对所述活塞环（1）的内周面（3）进行加工。

Description

用于制造活塞环的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造设有接口的活塞环的方法。
背景技术
由于不论是在快燃发动机还是在柴油发动机中上升的功率密度，活塞环在耐磨性和耐热性方面的负荷同样越来越大。为了与之相抵抗，制造了多次在滑动面侧镀铬或渗氮的活塞环，这些活塞环本身已经具有高的硬度。另外在这期间，在述及的功率密度方面也考虑应用包含很硬的层系统、诸如PVD(物理气相沉积)层或HVOF(高速火焰喷射)层的活塞环。这个硬度自身带有高的固有应力，这种固有应力会影响环形和径向压力分布。
这些高的固有应力既在制造时也在电动使用时产生环形的不期望的变化和径向压力分布的变化。特别是通过与活塞环基材相比小得多的热膨胀产生所谓的双金属效应，该双金属效应导致在现有的运行温度的情况下在接口区域中的升高的压力。这又导致特别是在这个区域中的升高的滑动面磨损。
一种可能的对策是活塞环几何形状的匹配设计(负椭圆度)，该活塞环几何形状能够在极端情况中降低接口区域中的径向压力直至构成光隙。然而特别是与由异形线材制成的压缩活塞环相关联的这种方法，从加工技术的角度看是不可实现的。最重要的是在通过圆形研磨对滑动面进行加工时，接口中足够的径向压力对于加工结果来说是决定性的。
由于变得越来越窄的接口间隙和接口间隙公差，为了抵抗高的固有应力而制造负椭圆度的技术上的效应在经济上是不可实现的，因为研磨套(Laeppbuchse)在很短的时间后就已经是必须更换的。
DE 100631公开了一种方法，在横截面完全相同的密封环中实现在密封面上的全面均匀的压紧，其中，所述环分别根据该环应该向内还是向外弹动而在外侧面上或内侧面上通过锻打或滚轧被压实，而且是在与它的端部对置的位置上最强并从那里开始向端部逐渐减弱。
由DE 36 12 454 A1已知了一种用于气体密封的活塞环，其中，该环从内侧半径到接口端部如下地变细，即，在抬起接口端部时由于惯性力在抬起位置上不会产生或者仅产生减小的扭矩(tordiertesMoment)并且它的接口构造向上如此地扩宽，即在贴靠在上侧面(Oberflanke)上时所述环相对端环槽脊(Feuersteg)严重漏气。
可以从US 2009/0026711获悉一种压缩活塞环。在两个接口端部的区域中借助于工具来进行限定的材料切削。可以为该活塞环设置耐磨的层。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于制造设有被设置在滑动面区域内的硬质层的活塞环的经济的方法，该方法既适宜于快燃发动机的也适宜于柴油发动机的日益增长的功率密度。
所述目的通过一种用于制造设有接口的活塞环的方法得以实现：其中环形的金属基体至少在它的外周面的区域内设有至少一个硬质层，其中，在与该层的连接位置，至少局部地以减少壁厚的方式通过材料切削来对活塞环的内周面进行加工；并且从所述接口出发，分别在10与120°之间的、特别是90°的圆周区域上进行材料切削；并且其中，所述活塞环的至少内周面设有渗氮层，在与所述活塞环的外周面的层的连接位置对该渗氮层进行材料切削。
特别的优点在于：在结束的圆形研磨过程之后实施对内周面的、特别是在接口区域内的加工。在此，可以从接口出发沿两个周向、从接口端部出发完成直到最大120°、特别是90°的所述加工。
本发明仅仅涉及设有极端硬的、引起文首述及的问题的滑动面层(例如PVD、HVOF)的活塞环、特别是压缩活塞环。
通过特别是在接近接口的周边区域中的材料削减来降低径向的平面惯性矩。特别是在接近接口的区域中的平面惯性矩的减小导致有针对性的径向压力减小。
同时，在活塞环的运行温度中，由于比较剧烈膨胀的材料的份额变少，由双金属效应引起的形状改变附加地得到降低。
特别的优点是：由于渗氮层具有固有压应力(Druckeigenspannung)，所以在内周面上经过渗氮处理的活塞环中这个效果被附加地放大。如果这种应力通过渗氮层的局部切除而被除掉，则滑动面上的径向压力同样下降。
由于能够在加工工序结束时实现降低径向接口压力的可能性，活塞环可以设计为用于具有较高的接口压力的加工工序(例如圆形的或正椭圆形的)。由此特别使对于滑动面的摩擦特性起决定性作用的研磨工序受到正面影响。
除了已经述及的接口处的滑动面磨损降低之外，另外由于活塞环的滑动面层的改善的摩擦特性还减少了摩擦配合件的、例如缸套的磨损。
另外，可以以微小的切向力在活塞环中产生改善的研磨结果。
附图说明
借助一个实施例在附图中示出本发明的内容并在下文中加以阐述。
具体实施方式
在唯一的附图中按原则示出活塞环1、特别是压缩活塞环，该活塞环在这个示图中具有滑动面2、内周面3以及上部的环侧面4。另外，活塞环1还具有接口5。在这个示例性示图中，活塞环1应该设有涂覆在滑动面2的区域中的PVD层2’。如已经提到的那样，这种硬的滑动面层对活塞环1的固有应力产生影响。这特别在如下的角度：在活塞环1的(较软的)基材与(较硬的)PVD层之间具有不同的热膨胀，这些热膨胀特别是对接口区域5产生负面影响。这意味着：接口区域5径向向外发生弹性变形并且因此在这个区域内对摩擦配合件、例如缸套产生升高的压紧力。为了克服这个负面效应，根据本发明提出：在与活塞环的表面层的连接位置、特别是在与具有PVD层2’和经过研磨工序的滑动面2层的连接位置，对活塞环1的问题区域、即活塞环1的接近接口的区域5’、5”进行如下地加工处理，即从接口5的接口棱边6、7出发在例如为20°的圆周角α上实施材料切削。这个材料切削在此在相应的接口棱边6、7的区域内最大而向出口(Auslauf)6’、7’的方向为最小。根据环的构造和使用情况，夹角α最大可以是90°。
通过这个措施由于不同的材料配对、通过较软的基体用较硬的材料来设置层所产生的所谓的双金属效应得到抵制。
在有些情况中有必要对活塞环进行渗氮处理，其中，通过渗氮过程已经产生硬的表面层。只要还要在这个渗氮层上沉积PVD层或HVOF层，则为了降低所出现的高的固有应力具有如下必要性：至少局部地通过材料切削减少或至少局部完全清除活塞环的内周上的渗氮层。

Claims (5)

1.用于制造设有接口(5)的活塞环(1)的方法，在该方法中，环形的金属基体至少在它的外周面(2)的区域内设有至少一个硬质层(2’)，其中，在与该层的连接位置，至少在局部以减少壁厚的方式通过材料切削来对所述活塞环(1)的内周面(3)进行加工；并且从所述接口(5)出发，分别在10与120°之间的圆周区域(α)上进行材料切削；并且其中，所述活塞环(1)至少在内周面(3)设有渗氮层(2”)，在该渗氮层与所述活塞环(1)外周面(2)的层(2’)的连接位置对该渗氮层进行材料切削。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述接口(5)出发，分别在90°的圆周区域(α)上进行材料切削。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在对内侧滑动面进行材料切削之前对设有层的滑动面进行研磨过程。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：对所述活塞环(1)的相应朝向所述接口(5)的区域(5’，5”)的内周面(3)进行材料切削。
5.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：沿所述活塞环(1)的周向观察，材料切削从所述接口(5)出发减少。
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