CN112178186A - 一种刮片环、三组合活塞油环及刮片环制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刮片环、三组合活塞油环及刮片环制备方法，包括上下表面相互平行的刮片环基体；所述刮片环基体的环形内侧延伸有内圆面圆弧，该内圆面圆弧半径为R1；所述刮片环基体的环形外侧延伸有外圆面圆弧，该外圆面圆弧半径为R2，所述外圆面圆弧的弧宽为t1；所述外圆面圆弧与所述刮片环基体的上下表面以过渡斜面连接，与上表面相连的上过渡斜面长度为L1，与下表面相连的下过渡斜面长度为L2；具有以下关系式R1＝0.7H～0.9H、R2＝0.25H～0.4H、t1＝0.6R2～0.8R2、L1＝0.45H～0.65H、L2＝0.3H～0.4H，其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.5mm。

Description

一种刮片环、三组合活塞油环及刮片环制备方法

技术领域

本发明涉及活塞环领域，具体是一种刮片环、三组合活塞油环及刮片环制备方法。

背景技术

油环做为发动机的核心控油部件，其性能直接影响汽车发动机的机油耗。由于三组合油环具有优越的侧面密封性和可以实现薄形化设计等特点被更多采用，尤其在汽油机、气体机等高速机上成为主流设计。

三组合活塞环油环由上、下一对刮片环和中间衬环组成，通过中间衬环对刮片环提供向外的张力，使得刮片环外圆与气缸壁始终保持高度贴合，上下运动时起到对缸壁刮油的功能。油环随着活塞的往复上下运动，刮片环的内圆面与衬环的耳部支撑部位始终充分接触并形成摩擦副，刮片的外圆面与气缸壁形成摩擦副。现有的刮片环是由一个矩形和两个半圆形组成的近似椭圆形结构。随着汽车爆发压力的提升和对对摩擦要求的提升，这种刮片环存在以下不足之处：(1)由于刮片环内圆面与衬环耳部一直处于摩擦，造成了衬环耳部的过度磨损，衬环耳部磨损后，环的组合张力会出现减少，影响刮油效果；(2)由于刮片外圆面为普通半圆形这样桶面度较小，刮片的外圆面与缸壁的接触带比较宽，为了保证刮片环与缸壁的接触面压，必须增大油环的张力，这就增加了发动机的摩擦功损失，对改善发动的燃油耗不利。在专利CN211275935U中公开了非对称的R弧刮片活塞环用线材，用这个专利中的线材制成的刮片环内圆面跟普通刮片环一样为半个圆弧，没有解决刮片环对衬环的耳部磨损问题，外圆面的改进在一定程度上降低了刮片环与缸壁接触带宽带宽，降低了刮片与缸套的摩擦力，但还存在不利因素，由于刮片环的外圆面上、下为对称结构，刮片环在缸套中上行时，布油侧的储油空间小，布油量不足，刮片环在缸壁上布油的油膜厚度越来薄，造成环与缸壁之间润滑不畅，容易出现干摩擦，造成刮片环的外圆磨损快，刮片环的使用寿命差，另外干摩擦造成的发动机噪音大，影响驾乘人员的舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刮片环、三组合活塞油环及刮片环制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种刮片环，包括：上下表面相互平行的刮片环基体；所述刮片环基体的环形内侧延伸有内圆面圆弧，该内圆面圆弧半径为R1；所述刮片环基体的环形外侧延伸有外圆面圆弧，该外圆面圆弧半径为R2，所述外圆面圆弧的弧宽为t1；所述外圆面圆弧与所述刮片环基体的上下表面通过过渡斜面连接，与上表面相连的上过渡斜面长度为L1，与下表面相连的下过渡斜面长度为L2；具有以下关系式：

R1＝0.7H～0.9H

R2＝0.25H～0.4H

t1＝0.6R2～0.8R2

L1＝0.45H～0.65H

L2＝0.3H～0.4H

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.5mm。

作为本发明进一步的方案：刮片环基体与所述内圆面圆弧、外圆面圆弧的宽度和为T，T的范围为1.4mm～3.8mm。

作为本发明进一步的方案：内圆面圆弧与所述刮片环基体的上下底边通过过渡圆弧面连接，所述过渡圆弧面的半径为0.05mm～0.015mm。

作为本发明进一步的方案：所述上过渡斜面与上表面的夹角为θ1，所述下过渡斜面与下表面的夹角为θ2，θ1和θ2的取值范围为30°～45°。

作为本发明进一步的方案：所述外圆面圆弧和过渡斜面表面设置有耐磨涂层。

作为本发明进一步的方案：所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的一种或组合。

一种三组合活塞油环，包括：衬环，以及设置在所述衬环上下表面的如上述所述的刮片环。

一种根据以上任一项所述的刮片环的制备方法，包括以下步骤：

S1：对圆形钢丝进行表面处理后再对钢丝直径进行拉拔；

S2：根据要生产的刮片环尺寸将拉拔后的圆丝轧制成扁丝；

S3：对扁丝进行内、外圆粗加工，利用一对滚轮将扁丝挤压出内圆面弧形及外圆面弧形；

S4：将挤压出内外圆面弧形的扁丝与刮片环线材成品的内孔模具进行拉拔修正，制得刮片环的线材；

S5：根据活塞环的公称直径经过绕环机绕圆，并对外圆面进行抛光研磨，使粗糙度Rz1.5以内；

S6：去除刮片表面的油污和杂质后，对经绕环机绕环后的刮片环进行切断，再进行外圆表面进行抛光研磨，使外圆面粗糙度Rz1.0以内，制得刮片环成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过增大刮片环内圆面圆弧与衬环接触面，降低了接触面压，有效改善了衬环的磨损；通过减小刮片环的外圆面圆弧，使得环与缸壁的接触面减少，接触面压增大，提高了刮片环的刮油效果，对改善发动机的油耗有积极作用。另外刮片环的外圆面下过渡斜面(或称倒角面)小，外圆面的上过渡斜面(或称倒角面)长，使得刮片环的工作圆弧面向下偏移，这样刮片环上行时在缸壁上布油面积增大，储油量增大，增加了在缸壁上的油膜厚度，提高了润滑条件，降低了环与缸壁的摩擦磨损，保护了环与缸套的摩擦面而且降低摩擦噪音。刮片下行时布油面积小，使得缸套表面油膜厚度减少，降低残余润滑油，进一步降低了发动机的机油耗。

附图说明

图1为刮片环的尺寸示意图；

图2为刮片环的俯视图；

图3为图2A-A的截面示意图；

图4为刮片环线材的截面示意图；

图5为传统的油环刮片环截面示意图；

图6为刮片环的装配示意图。

图中：1-刮片环基体、2-内圆面圆弧、3-外圆面圆弧、4-上过渡斜面、5-下过渡斜面、6-上水平面、7-下水平面、8-内侧圆面、9-外侧圆面、10-上斜面、11-下斜面、12-内圆侧、13-外圆侧、14-衬环、15-刮片环、16-活塞、17-缸套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种刮片环，包括上下表面相互平行的刮片环基体1；所述刮片环基体1的环形内侧延伸有内圆面圆弧2，该内圆面圆弧半径为R1；所述刮片环基体1的环形外侧延伸有外圆面圆弧3，该外圆面圆弧3半径为R2，所述外圆面圆弧3的弧宽为t1；所述外圆面圆弧3与所述刮片环基体1的上下表面通过过渡斜面连接，与上表面相连的上过渡斜面4长度为L1，与下表面相连的下过渡斜面5长度为L2；具有以下关系式：

R1＝0.7H～0.9H

R2＝0.25H～0.4H

t1＝0.6R2～0.8R2

L1＝0.45H～0.65H

L2＝0.3H～0.4H

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.5mm。

实施例1

实施例1采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.3mm，刮片环宽度T＝1.4mm，内圆面圆弧半径R1＝0.7H＝0.21mm，外圆面圆弧半径R2＝0.25H＝0.075mm，上过渡斜面长度L1＝0.45H＝0.135mm，下过渡斜面长度L2＝0.3H＝0.09mm，上下过渡斜面与上下表面的夹角θ1＝θ2＝30°，刮片外圆弧面高度t1＝0.6R2＝0.045mm。

实施例2

实施例2采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.4mm，刮片环宽度T＝2.65mm，内圆面圆弧半径R1＝0.875H＝0.21mm，外圆面圆弧半径R2＝0.375H＝0.15mm，上过渡斜面长度L1＝0.55H＝0.22mm，下过渡斜面长度L2＝0.35H＝0.14mm，上下过渡斜面与上下表面的夹角θ1＝θ2＝37°，刮片外圆弧面高度t1＝0.67R2＝0.10mm。

实施例3

实施例3采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.5mm，刮片环宽度T＝3.8mm，内圆面圆弧半径R1＝0.9H＝0.45mm，外圆面圆弧半径R2＝0.4H＝0.2mm，上过渡斜面长度L1＝0.65H＝0.0.325mm，下过渡斜面长度L2＝0.4H＝0.2mm，上下过渡斜面与上下表面的夹角θ1＝θ2＝45°，刮片外圆弧面高度t1＝0.8R2＝0.16mm。

对比例1

请参阅图4，为传统油环刮片环的截面示意图，其刮片环的内圆侧12和外圆侧13均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.3mm、宽度为1.6mm、内圆侧圆弧半径为0.15mm，外圆侧圆弧半径为0.15mm。

对比例2

本对比例传统刮片环的内圆侧和外圆侧均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.4mm、宽度为1.75mm、内圆侧圆弧半径为0.2mm，外圆侧圆弧半径为0.2mm。

对比例3

本对比例传统刮片环的内圆侧和外圆侧均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.5mm、宽度为2.5mm、内圆侧圆弧半径为0.25mm，外圆侧圆弧半径为0.25mm。

实验

将实施例1的刮片环与对比例1的刮片环置于同款发动机上进行400小时的台架测试；将实施例2的刮片环与对比例2的刮片环置于同款发动机上进行400小时的台架测试；将实施例3的刮片环与对比例3的刮片环置于同款发动机上进行400小时的台架测试，得到如下表1结果：

表1

由表1可以看出，本发明的刮片环对改善发动机的机油耗、燃油耗有显著效果，对降低衬环耳部磨损意义重大。

具体的，一种根据以上所述的刮片环的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将直径φ3.2mm的圆钢丝经退火软化后对表面进行研磨剥皮，去除表面凹坑、裂纹等缺陷；

步骤二：再经过多次退火和拉丝工艺，将钢丝直径拉拔到2.0mm；

步骤三：退火软化后轧制，将圆丝轧制成扁丝，循环多次；直到线材的高度控制在H+0.15mm，宽度控制在T+0.01mm；

步骤四：内、外圆粗加工，利用轧制滚轮对线材挤压成型，与成品尺寸预留0.015mm的余量，得到本发明油环刮片环的线材；

步骤五：退火后再利用与刮片环成品的线材内孔模具进行拉拔修正，拉拔完成后再进行淬火、回火处理，得到本发明的刮片环线材；

步骤六：根据刮片环的公称直径经过绕环机绕圆，并对外圆面进行抛光研磨削，控制外圆面粗糙度Rz1.5以下；

步骤七：利用超声波和碳氢清洗，去除刮片表面的油污和杂质，进行表面处理，表面处理方式有：氮化、镀铬、陶瓷复合、PVD涂层、DLC涂层等；

步骤八：切断后再进行外圆研磨、抛光或珩磨处理，使得刮片环的外圆面粗糙度Rz1.0以内，制得本发明的刮片环。

具体的，请参阅图4，为本发明油环的刮片环线材的截面示意图，线材的上水平面6与下水平面7之间形成0.3°～0.5°的夹角，线材的内侧圆面8为大圆弧面，该大圆弧面半径为0.7H～0.9H，线材的外侧圆面9为小圆弧面，该小圆弧面半径为0.2H～0.4H，该外侧圆面9与线材的上水平面6、下水平面7通过斜面连接，上水平6的斜面长度大于下水平面7的斜面长度。

具体的，请参阅图1-3，所述刮片环基体1与所述内圆面圆弧2、外圆面圆弧3的宽度和为T，T的范围为1.4mm～3.8mm，所述内圆面圆弧2与所述刮片环基体1的上下底边通过过渡圆弧面连接，所述过渡圆弧面的半径为0.05mm～0.015mm；所述上过渡斜面4与所述刮片环的上表面的夹角为θ1，所述下过渡斜面5与所述刮片环的下表面的夹角为θ2，θ1和θ2的取值范围为30°～45°；所述外圆面圆弧3和过渡斜面表面设置有耐磨涂层，所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的一种或组合。

具体的，请参阅图5、6，刮片环15工作过程中的主要受力为：衬环14对刮片环15内圆面的扩张力，标记为F1(为水平方向上的受力，受力面为：衬环耳部与刮片内圆面R1)，缸套17内壁对刮片环15外圆面的方向约束力，标记为F2(水平方向上的受力，受力面为：刮片外圆面圆弧半径R2和缸套内壁)，F1与F2这两个力几乎相等，方向相反。另外油环随活塞一起上下运行，刮片环外圆面与缸套17内壁产生滑动摩擦力，标记为F3。本发明的刮片环内圆面圆弧2的半径R1大于普通的刮片环内圆面圆弧，使得刮片环内圆面与衬环14的接触面增大，本发明的刮片环外圆面圆弧3的半径R2小于普通的刮片环外圆面圆弧，使得刮片环的外圆面与缸套内壁的接触面减少。所以在相同的衬环14扩展力下，本发明的刮片环内圆面与衬环14接触面单位面积上的压强远小于普通刮片环，而刮片环外圆面与缸套接触面单位面积上的压强远大于普通刮片环。刮片环15内圆面与衬环14接触面单位面积上的压强是造成衬环14耳部磨损的主要因素，压强越大磨损增加，而刮片环15外圆面与缸套17接触面单位面积上的压强是刮油的有利因素，压强越大刮油效果越好。所以，本发明有效改善刮片内圆面对衬环14耳部的磨损，提升刮油效果，降低机油耗。另外，滑动摩擦力F3越大发动机的摩擦损失也越大，在F2一定的情况下，F3与刮片环15和缸套17的接触面成正比，接触面越小，F3也相应减少，本发明对改善刮片环15与缸套17的滑动摩擦力有积极作用，在一定程度上降低了发动机的燃油耗。

本发明在使用时，如图4，将上下的刮片环15和中间的衬环14组合在一起，放入活塞16油环凹槽处即可。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种刮片环，其特征在于，包括：上下表面相互平行的刮片环基体(1)；所述刮片环基体(1)的环形内侧延伸有内圆面圆弧(2)，该内圆面圆弧半径为R1；所述刮片环基体(1)的环形外侧延伸有外圆面圆弧(3)，该外圆面圆弧半径为R2，所述外圆面圆弧的弧宽为t1；所述外圆面圆弧与所述刮片环基体(1)的上下表面通过过渡斜面连接，与上表面相连的上过渡斜面(4)长度为L1，与下表面相连的下过渡斜面(5)长度为L2；具有以下关系式：

R1＝0.7H～0.9H

R2＝0.25H～0.4H

t1＝0.6R2～0.8R2

L1＝0.45H～0.65H

L2＝0.3H～0.4H

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种刮片环，其特征在于，所述刮片环基体(1)与所述内圆面圆弧(2)、外圆面圆弧(3)的宽度和为T，T的范围为1.4mm～3.8mm。

3.根据权利要求1所述的一种刮片环，其特征在于，所述内圆面圆弧(2)与所述刮片环基体(1)的上下底边通过过渡圆弧面连接，所述过渡圆弧面的半径为0.05mm～0.015mm。

4.根据权利要求1所述的一种刮片环，其特征在于，所述上过渡斜面(4)与上表面的夹角为θ1，所述下过渡斜面(5)与下表面的夹角为θ2，θ1和θ2的取值范围为30°～45°。

5.根据权利要求1所述的一种刮片环，其特征在于，所述外圆面圆弧(3)和过渡斜面(5)表面设置有耐磨涂层。

6.根据权利要求5所述的一种刮片环，其特征在于，所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的一种或组合。

7.一种三组合活塞油环，其特征在于，包括：衬环(14)，以及设置在所述衬环上下表面的如权利要求1-6所述的刮片环(15)。

8.一种根据权利要求1-6任一项所述的刮片环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对圆形钢丝进行表面处理后再对钢丝直径进行拉拔；

S2：根据要生产的刮片环尺寸将拉拔后的圆丝轧制成扁丝；

S3：对扁丝进行内、外圆粗加工，利用一对滚轮将扁丝挤压出内圆面弧形及外圆面弧形；

S4：将挤压出内外圆面弧形的扁丝与刮片环线材成品的内孔模具进行拉拔修正，制得刮片环的线材；

S5：根据活塞环的公称直径经过绕环机绕圆，并对外圆面进行抛光研磨，使粗糙度Rz1.5以内；

S6：去除刮片表面的油污和杂质后，对经绕环机绕环后的刮片环进行切断，再进行外圆表面进行抛光研磨，使外圆面粗糙度Rz1.0以内，制得刮片环成品。

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