CN107164789A - 一种局部氮化油环衬环及其制备方法 - Google Patents

一种局部氮化油环衬环及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种局部氮化油环衬环及其制备方法，涉及发动机用活塞衬环技术领域，所述制备方法包括如下步骤：(1)在制成衬环的线材表面制备镀镍层；(2)制成衬环耳部和凸起平台，使衬环耳部的镀镍层破裂；(3)将线材绕制成环；(4)将衬环进行盐浴氮化；(5)切断氮化后的衬环，制成最终的局部氮化油环衬环。局部氮化油环衬环包括波形衬环基体，衬环基体波峰处设有两侧不等高的凹槽，凹槽两侧分别为衬环耳部和凸起平台，衬环耳部表面为氮化层，其他表面为镀镍层。本发明所述的衬环解决了普通热处理衬环耐磨性不好的问题，又解决了普通盐浴氮化衬环脆性大，易断裂的问题，提高了油环的控油效果，降低了发动机的机油耗。

Description

一种局部氮化油环衬环及其制备方法
技术领域
本发明涉及发动机用活塞衬环技术领域，尤其涉及一种局部氮化油环衬环及其制备方法。
背景技术
现有发动机用活塞油环由上、下一对刮片环以及中间衬环组成，利用衬环的支撑臂与衬环耳部对刮片环进行支撑工作，刮片环与衬环支撑臂的接触是面对面的接触，而且接触面压非常小，所以在整个工作过程中衬环的支撑臂处磨损非常小，整个油环的弹力都是通过衬环耳部传递给刮片环，所以衬环耳部与刮片环的接触力非常大，衬环耳部非常容易被磨损。为了避免工作过程中衬环耳部被磨损，现有技术中，衬环有两种类型，一种的普通热处理衬环，另外一种是表面采用盐浴氮化衬环，这两种衬环都有自己的优点和局限性。普通热处理衬环塑性好，不容易断裂，但表面硬度低，耐磨性差；盐浴氮化衬环硬度高，耐磨性好，但氮化后脆性大，易断裂，而且由于整个表面氮化后，氮化后环应力变大造成弹性稳定性变差，对油环的弹力控制和刮油效果极为不利，增加了发动机的油耗。
一般的油环在实际使用中，会经常出现卡死的问题，尤其在热负荷高的发动机上出现的频率更高。通过拆机分析，发现上、下的刮片环与中间的衬环之间积炭过多造成的卡滞。通过分析原因，由于刮片环与衬环支撑面间隙过小，机油通道小，刮片环从缸壁上刮下的机油无法快速回流，机油长时间停留在环的表面，受到高温的影响劣化成积炭。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种局部氮化油环衬环及其制备方法，所述衬环既解决了普通热处理衬环耐磨性不好的问题，又解决了盐浴氮化衬环脆性大，易断裂的问题，并且还增大了机油表面的机油回流通道，降低油环积炭卡死的风险。为此，现提出如下技术方案：
本发明提供一种局部氮化油环衬环的制备方法，包括如下步骤：
(1)在制成衬环的线材表面电镀一层镀镍层，首先组装一个由脱脂清洗槽、电镀槽和烘干机组成的联线加工装置，将线材通过联线加工装置，使线材的表面均匀覆盖一层镀镍层；
(2)将步骤(1)中镀镍后的线材通过衬环绕环设备首先挤压成波形结构，然后利用挤压轮对线材波峰处进行多次挤压，在线材的波峰的宽度方向上形成一个两侧不等高的凹槽，凹槽高侧与竖直轴线之间呈10-20°夹角，凹槽高侧与线材波峰的边缘处形成凸出的衬环耳部，并且使凹槽高侧的镀镍层破裂、脱落；凹槽低侧与线材波峰处形成一个凸出的凸起平台；
(3)将步骤(2)中的线材沿宽度方向进行绕圆，衬环耳部靠近内圆侧，凸起平台靠近外圆侧，并且进行清洗；
(4)对步骤(3)中清洗后的衬环进行盐浴氮化；
(5)将步骤(4)中氮化后的衬环进行切断，形成最终的局部氮化油环衬环。
对上述方案的进一步改进，在步骤(1)中，所述脱脂清洗槽内设有碳氢清洗剂，脱脂清洗槽的温度为85-95℃；所述电镀槽内设有硫酸镍、氯化镍以及硼酸的混合溶液，电镀槽的温度为80-92℃；烘干机的温度为120-130℃。
对上述方案的进一步改进，所述硫酸镍的浓度为280-320g/L，氯化镍的浓度为20-25g/L，硼酸的浓度为25-35g/L。
对上述方案的进一步改进，在步骤(4)中，进行盐浴氮化所用的氮化液为浓度为0.4-0.5g/L的氰酸钠和氰酸钾的混合溶液，氮化温度为520-600℃，氮化时间为0.2-1h。
对上述方案的进一步改进，所述线材通过联线加工装置的速度为 5m/min。
本发明还提供一种上述方案所述的局部油环衬环的制备方法所制成的局部油环衬环，所述局部氮化油环衬环包括衬环基体，所述衬环基体沿其弯曲方向呈波形结构，所述衬环基体的波峰中部沿其宽度方向开有一个两侧不等高的凹槽，所述凹槽的高侧氮化有一层氮化层，所述凹槽高侧氮化层与竖直轴线之间呈有10-20°夹角，所述凹槽高侧氮化层与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为衬环耳部，所述凹槽低侧与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为凸起平台，所述衬环基体除氮化层外的其他表面均镀有一层镀镍层。
对上述方案的进一步改进，所述凹槽高侧的高度为0.25-0.6mm，所述凹槽低侧的高度为0.03-0.06mm
对上述方案的进一步改进，所述镀镍层的厚度为3-4μm，氮化层的厚度大于0.01mm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)在整个发动机的工作过程中，整个油环的弹力都是通过衬环耳部传递到刮片环，所以衬环耳部与刮片环的接触力非常大，衬环耳部与刮片环的接触面容易出现磨损，所以本发明只对衬环耳部和刮片环的接触面进行氮化，也就是对凹槽的高侧进行氮化，增强其耐磨性，提高油环的控油效果；在衬环的其他表面镀有镍层，改善了衬环弹力稳定性差的问题，提高衬环的抗撕裂强度。
(2)本发明在衬环上形成了一个凸起平台，增大了刮片环侧面与衬环配合面的间隙，大大增大了润滑油的回流通道，加快了润滑油的回流，降低润滑油形成积炭的可能性，降低了油环积炭卡死的风险，降低了机油耗。
(3)本发明所述的凹槽高侧氮化层与竖直轴线之间呈有 10-20°的夹角，使得刮片环有了一个竖直轴向上的分力，这样就提高了上、下刮片环与衬环以及活塞环槽之间的贴合度，使得油环的侧面起到了更好的密封效果，进一步降低了机油耗。
(4)在所述衬环的制备过程中，一般的盐浴氮化都是在衬环的全表面形成氮化层，而不能进行氮化面的选择，所以本发明先在线材表面电镀一层超薄的镀镍层，镀镍线材在衬环耳部成型的过程中，会受到很大的切向挤压力，使衬环耳部与刮片环的接触面的镀镍层破裂、脱落，而线材的其他位置受到的切向挤压力较小，镀镍层完好，然后进行盐浴氮化，然后利用金属镍来阻碍氮化液的渗入，这样就有效保证了只在衬环与刮片环的接触的耳部表面形成氮化层，其他的地方为镀镍层。
附图说明
图1为本发明所述的一种局部氮化油环衬环及其装配件的截面示意图。
图2为本发明所述的一种局部氮化油环衬环的结构示意图。
附图标记：活塞环环槽-1；刮片环-2；衬环基体-3；凸起平台-4；衬环耳部-5；衬环耳部的氮化层-6；衬环的回油通道-7；镀镍层-8。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种局部氮化油环衬环的制备方法，包括如下步骤：
(1)在制成衬环的线材表面电镀一层镀镍层，首先组装一个由脱脂清洗槽、电镀槽和烘干机组成的联线加工装置，其中，所述脱脂清洗槽内设有碳氢清洗剂，脱脂清洗槽的温度为90℃；所述电镀槽内设有浓度为300g/L硫酸镍、浓度为23g/L氯化镍以及浓度为30g/L硼酸的混合溶液，电镀槽的温度为85℃；烘干机的温度为125℃，线材以5m/min的速度通过联线加工装置，使线材的表面均匀覆盖一层镀镍层；
(2)将步骤(1)中镀镍后的线材通过衬环绕环设备首先挤压成波形结构，然后利用挤压轮对线材波峰处进行多次挤压，在线材的波峰的宽度方向上形成一个两侧不等高的凹槽，凹槽高侧与竖直轴线之间呈15°夹角，凹槽高侧与线材波峰的边缘处形成凸出的衬环耳部，并且使凹槽高侧的镀镍层破裂、脱落；凹槽低侧与线材波峰处形成一个凸出的凸起平台；
(3)将步骤(2)中的线材沿宽度方向进行绕圆，衬环耳部靠近内圆侧，凸起平台靠近外圆侧，并且进行清洗；
(4)对步骤(3)中清洗后的衬环进行盐浴氮化，所述氮化液为浓度为0.45g/L的氰酸钠和氰酸钾的混合溶液，氮化温度为560℃，氮化时间为0.6h；
(5)将步骤(4)中氮化后的衬环进行切断，形成最终的局部氮化油环衬环。
实施例2
一种局部氮化油环衬环的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)在制成衬环的线材表面电镀一层镀镍层，首先组装一个由脱脂清洗槽、电镀槽和烘干机组成的联线加工装置，其中，所述脱脂清洗槽内设有碳氢清洗剂，脱脂清洗槽的温度为85℃；所述电镀槽内设有浓度为280g/L硫酸镍、浓度为20g/L氯化镍以及浓度为25g/L硼酸的混合溶液，电镀槽的温度为80℃；烘干机的温度为120℃，线材以5m/min的速度通过联线加工装置，使线材的表面均匀覆盖一层镀镍层；
(2)将步骤(1)中镀镍后的线材通过衬环绕环设备首先挤压成波形结构，然后利用挤压轮对线材波峰处进行多次挤压，在线材的波峰的宽度方向上形成一个两侧不等高的凹槽，凹槽高侧与竖直轴线之间呈10°夹角，凹槽高侧与线材波峰的边缘处形成凸出的衬环耳部，并且使凹槽高侧的镀镍层破裂、脱落；凹槽低侧与线材波峰处形成一个凸出的凸起平台；
(3)将步骤(2)中的线材沿宽度方向进行绕圆，衬环耳部靠近内圆侧，凸起平台靠近外圆侧，并且进行清洗；
(4)对步骤(3)中清洗后的衬环进行盐浴氮化，所述氮化液为浓度为0.4g/L的氰酸钠和氰酸钾的混合溶液，氮化温度为520℃，氮化时间为0.2h；
(5)将步骤(4)中氮化后的衬环进行切断，形成最终的局部氮化油环衬环。
实施例3
一种局部氮化油环衬环的制备方法，包括如下步骤：
(1)在制成衬环的线材表面电镀一层镀镍层2，首先组装一个由脱脂清洗槽、电镀槽和烘干机组成的联线加工装置，其中，所述脱脂清洗槽内设有碳氢清洗剂，脱脂清洗槽的温度为95℃；所述电镀槽内设有浓度为320g/L硫酸镍、浓度为25g/L氯化镍以及浓度为35g/L硼酸的混合溶液，电镀槽的温度为92℃；烘干机的温度为 130℃，线材以5m/min的速度通过联线加工装置，使线材的表面均匀覆盖一层镀镍层2；
(2)将步骤(1)中镀镍后的线材通过衬环绕环设备首先挤压成波形结构，然后利用挤压轮对线材波峰处进行多次挤压，在线材的波峰的宽度方向上形成一个两侧不等高的凹槽，凹槽高侧与竖直轴线之间呈20°夹角，凹槽高侧与线材波峰的边缘处形成凸出的衬环耳部，并且使凹槽高侧的镀镍层破裂、脱落；凹槽低侧与线材波峰处形成一个凸出的凸起平台；
(3)将步骤(2)中的线材沿宽度方向进行绕圆，衬环耳部靠近内圆侧，凸起平台靠近外圆侧，并且进行清洗；
(4)对步骤(3)中清洗后的衬环进行盐浴氮化，所述氮化液为浓度为0.5g/L的氰酸钠和氰酸钾的混合溶液，氮化温度为600℃，氮化时间为1h；
(5)将步骤(4)中氮化后的衬环进行切断，形成最终的局部氮化油环衬环。
在上述衬环的制备方法中，因为一般的盐浴氮化都是在线材全表面形成氮化层，而不能进行氮化面的选择，所以本发明先在线材表面电镀一层超薄的镀镍层，镀镍线材在衬环耳部成型的过程中，会受到很大的切向挤压力，使衬环耳部与刮片环的接触面的镀镍层破裂、脱落，而线材的其他位置受到的切向挤压力较小，镀镍层完好，然后进行盐浴氮化，然后利用金属镍来阻碍氮化液的渗入，这样就有效保证了只在衬环耳部与刮片环的接触面也就是凹槽的高侧形成氮化层，其他的地方为镀镍层。
实施例到实施例3所制备的局部氮化油环衬环，包括衬环基体3，所述衬环基体3沿其弯曲方向呈波形结构，所述衬环基体3的波峰中部沿其宽度方向开有一个两侧不等高的凹槽，所述凹槽高侧高度为 0.25-0.6mm，所述凹槽低侧高度为0.03-0.06mm，所述凹槽的高侧表面氮化有一层氮化层6，其中氮化层的厚度大于0.01mm，所述凹槽高侧氮化层6与竖直轴线之间呈有10-20°夹角，使得刮片环2有了一个竖直轴向上的分力，这样就提高了上、下刮片环2与衬环以及活塞环槽之间的贴合度，使得油环的侧面起到了更好的密封效果，降低了机油耗。所述凹槽高侧氮化层6与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为衬环耳部5，所述凹槽低侧与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为凸起平台4，凸起平台4增大了刮片环侧面与衬环配合面的间隙，大大增大了润滑油的回流通道7，加快了润滑油的回流，降低润滑油形成积炭的可能性，降低了油环积炭卡死的风险，降低了机油耗。所述衬环基体1除氮化层6外的其他表面均镀有一层镀镍层8，所述镀镍层的厚度为3-4μm。在整个发动机的工作过程中，整个油环的弹力都是通过衬环耳部5传递到刮片环2，所以衬环耳部5与刮片环2 的接触力非常大，衬环耳部5与刮片环2的接触面容易出现磨损，所以本发明只对衬环耳部5和刮片环2的接触面进行氮化，也就是对凹槽的高侧进行氮化，增强其耐磨性，提高油环的控油效果；在衬环的其他表面镀有镍层8，改善了衬环弹力稳定性差的问题，提高衬环的抗撕裂强度。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种局部氮化油环衬环的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在制成衬环的线材表面电镀一层镀镍层，首先组装一个由脱脂清洗槽、电镀槽和烘干机组成的联线加工装置，将线材通过联线加工装置，使线材的表面均匀覆盖一层镀镍层；
(2)将步骤(1)中镀镍后的线材通过衬环绕环设备首先挤压成波形结构，然后利用挤压轮对线材波峰处进行多次挤压，在线材的波峰处的宽度方向上形成一个两侧不等高的凹槽，凹槽高侧与竖直轴线之间呈有10-20°夹角，凹槽高侧与线材波峰的边缘处形成凸出的衬环耳部，并且使凹槽高侧的镀镍层破裂、脱落；凹槽低侧与线材波峰边缘处形成一个凸出的凸起平台；
(3)将步骤(2)中的线材沿宽度方向进行绕圆，衬环耳部靠近内圆侧，凸起平台靠近外圆侧，并且进行清洗；
(4)对步骤(3)中清洗后的衬环进行盐浴氮化；
(5)将步骤(4)中氮化后的衬环进行切断，形成最终的局部氮化油环衬环。
2.根据权利要求1所述的一种局部氮化油环衬环的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述脱脂清洗槽内设有碳氢清洗剂，脱脂清洗槽的温度为85-95℃；所述电镀槽内设有硫酸镍、氯化镍以及硼酸的混合溶液，电镀槽的温度为80-92℃；烘干机的温度为120-130℃。
3.根据权利要求2所述的一种局部氮化油环衬环的制备方法，其特征在于：所述硫酸镍的浓度为280-320g/L，氯化镍的浓度为20-25g/L，硼酸的浓度为25-35g/L。
4.根据前权利要求1所述的一种局部氮化油环衬环的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，进行盐浴氮化所用的氮化液为浓度为0.4-0.5g/L的氰酸钠和氰酸钾的混合溶液，氮化温度为520-600℃，氮化时间为0.2-1h。
5.根据权利要求1所述的一种局部氮化油环衬环的制备方法，其特征在于：所述线材通过联线加工装置的速度为5m/min。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的局部氮化油环衬环的制备方法所制得的局部氮化油环衬环，其特征在于：包括衬环基体，所述衬环基体沿其弯曲方向呈波形结构，所述衬环基体的波峰中部沿其宽度方向开有一个两侧不等高的凹槽，所述凹槽的高侧表面氮化有一层氮化层，所述凹槽高侧氮化层与竖直轴线之间呈有10-20°夹角，所述凹槽高侧氮化层与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为衬环耳部，所述凹槽低侧与衬环基体的波峰边缘之间的凸出部分为凸起平台，所述衬环基体除氮化层外的其他表面均镀有一层镀镍层。
7.根据权利要求6所述的一种局部氮化油环衬环，其特征在于：所述凹槽高侧的高度为0.25-0.6mm，所述凹槽低侧的高度为0.03-0.06mm。
8.根据权利要求6所述的一种局部氮化油环衬环，其特征在于：所述镀镍层的厚度为3-4μm，氮化层的厚度大于0.01mm。
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