CN112377614A - 用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法 - Google Patents

用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法 Download PDF

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Abstract

本申请提出了用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法。所述活塞环的活塞环本体(1)包括运行面(3)、下侧面(4)、上侧面(5)和内侧面(6)，所述运行面(3)和/或所述下侧面(4)的靠近所述活塞环本体(1)的外圆下棱边(2)的区域没有氮化层，在所述外圆下棱边(2)形成有倒角(21)，所述倒角(21)没有氮化层，所述活塞环的其他区域具有氮化层。

Description

用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法
技术领域
本申请属于汽车配件技术领域，具体涉及用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法。
背景技术
汽车发动机排放标准的提高和油耗的降低，需要活塞环既具有良好的刮油能力，又满足低摩擦功耗的要求。活塞环是汽车发动机曲柄连杆机构中一个零部件。活塞环安装在活塞的活塞环环槽上，同时活塞环又与气缸内壁(缸套)接触。活塞环分为气环(压缩环)和油环(机油环)两种。机油环可以在下行时刮除飞溅到气缸内壁上的多余的机油，防止多余的机油窜入燃烧室参与燃烧；活塞环可以在上行时在气缸内壁上涂布一层均匀的油膜，以减少活塞、活塞环和气缸之间的磨损。通过在压缩环的外圆周面(工作面)和下侧面设置小倒角也能使压缩环起到刮油作用。
起到低摩擦功耗作用的活塞环需要活塞环具有更低的弹力，但是活塞环弹力的降低可能会带来因密封性不好而造成机油耗升高的风险。于是需要刮油能力更好的活塞环在一定程度上减少因活塞环的弹力降低而带来机油耗升高的风险。
图1所示为一种现有的钢制压缩环设计，其结构为单体环。活塞环的上下侧面5、4、运行面3和内侧面(内圆周面)6全部进行氮化处理。氮化处理使得活塞环耐高温、耐磨损。但这种设计的缺点在于：氮化会使活塞环变脆易断。现有倒角的尺寸一般为0.15mm，这种大的倒角对活塞环的刮油能力影响较大，对机油耗的控制不利。现有工艺的氮化后的更小尺寸的倒角较脆，容易损坏，从而达不到活塞环倒角刮油功能的要求。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本申请提出了一种用于发动机的活塞环及活塞环的加工方法，特别是活塞环的倒角的加工方法。
本申请提供一种用于发动机的活塞环，所述活塞环的活塞环本体包括运行面、下侧面、上侧面和内侧面，
所述运行面和/或所述下侧面的靠近所述活塞环本体的外圆下棱边的区域没有氮化层，在所述外圆下棱边形成有倒角，所述倒角没有氮化层，所述活塞环的其他区域具有氮化层。
在至少一个实施方式中，所述活塞环本体的没有氮化层的区域包括位于所述运行面且靠近所述外圆下棱边的运行面局部区域。
在至少一个实施方式中，所述活塞环本体的没有氮化层的区域包括位于所述下侧面且靠近所述外圆下棱边的下侧面局部区域。
在至少一个实施方式中，所述活塞环本体的没有氮化层的区域包括位于所述运行面且靠近所述外圆下棱边的运行面局部区域，所述运行面局部区域设置有使所述活塞环本体不能被氮化的保护层；并且/或者
所述活塞环本体的没有氮化层的区域包括位于所述下侧面且靠近所述外圆下棱边的下侧面局部区域，所述下侧面局部区域设置有使所述活塞环本体不能被氮化的保护层。
在至少一个实施方式中，所述活塞环本体的没有氮化层的区域的轴向尺寸和/或径向尺寸大于或等于0.05mm且小于或等于1.5mm。
在至少一个实施方式中，所述倒角的轴向尺寸和/或径向尺寸小于或等于0.05mm。
在至少一个实施方式中，所述倒角的轴向尺寸和/或径向尺寸大于或等于0mm且小于或等于0.1mm。
提供一种加工本申请公开的活塞环的加工方法，
所述加工方法包括：
在所述外圆下棱边形成倒角；
在所述运行面的靠近所述活塞环本体的所述外圆下棱边的运行面局部区域和/或所述下侧面的靠近所述活塞环本体的所述外圆下棱边的下侧面局部区域，以及在所述倒角处设置有使所述活塞环本体不能被氮化的保护层；
对所述活塞环本体进行氮化处理。
在至少一个实施方式中，使所述活塞环本体不能被氮化的所述保护层包括铬层、镍层中的一种，所述保护层采用包括化学镀的镀层工艺设置在所述活塞环本体上。
提供一种加工本申请公开的活塞环的加工方法，
所述加工方法包括：
在所述运行面和/或所述下侧面的靠近所述活塞环本体的外圆下棱边的区域伸出形成凸台；
对所述活塞环本体和所述凸台进行氮化处理；以及
去除所述凸台并在所述外圆下棱边形成倒角。
通过采取上述的技术方案，本申请提出了用于发动机的活塞环。通过对活塞环的外圆下棱边的倒角处不氮化处理，得到了未经氮化处理的倒角的活塞环。
通过采取上述的技术方案，本申请提出了活塞环的加工方法。该方法通过对活塞环的外圆下棱边的区域不设置氮化层，得到了未经氮化处理的倒角的活塞环。
附图说明
图1示出了一种现有的活塞环的截面示意图。
图2～4示出了根据本申请的实施方式的局部不氮化处理的活塞环的截面示意图。
图5示出了根据本申请的实施方式的局部设置凸台的另一活塞环的截面示意图。
图6示出了根据本申请的实施方式的局部设置保护层的另一活塞环的截面示意图。
附图标记说明
1活塞环本体；2外圆下棱边；21倒角；3运行面；4下侧面；5上侧面；6内侧面；
31运行面局部区域；41下侧面局部区域；
A轴向；R径向。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
一般情况下，发动机包括燃烧室、气缸、曲轴箱以及位于气缸中的活塞。活塞头部具有活塞环环槽，活塞环环槽上装有活塞环。活塞环(特别是气环)可以同时与气缸内壁(缸套)和活塞环环槽接触起到密封作用。可以理解，为方便描述，本申请中将燃烧室(图中未示出)一侧称为上侧，将曲轴箱(图中未示出)一侧称为下侧。然而，活塞及环塞环的使用姿态不限于此。
本申请提出了用于发动机的活塞环。如图2所示，该活塞环的活塞环本体1包括运行面3、下侧面4、上侧面5和内侧面6。
本实施方式中的活塞环可以为压缩环，并且可以为单体环。处于工作状态时，活塞环本体1的下侧面4朝向曲轴箱，下侧面4可以和活塞的活塞环环槽底部(图中未示出)在轴向A上接触。处于工作状态时，活塞环本体1的上侧面5朝向燃烧室，上侧面5可以和活塞的活塞环环槽顶部(图中未示出)在轴向A上接触。
下侧面4或上侧面5与活塞环环槽之间的距离称为侧隙，可以理解，因为侧隙的存在，下侧面4和上侧面5不能同时与活塞环环槽接触。处于工作状态时，运行面3可以和气缸内壁(缸套，图中未示出)在径向R上接触。相应地活塞环本体1的内侧面6可以和活塞环环槽不接触。
如图2、3、4所示，本申请中运行面3和/或下侧面4的靠近活塞环本体1的外圆下棱边2的区域没有氮化层。在外圆下棱边2形成有倒角21，倒角21也没有氮化层，活塞环的其他区域具有氮化层。可以理解，倒角21可以为直线状的倒角，也可以为圆弧状的圆角。另外，图中较粗的线段表示该区域没有氮化层。
如图2所示，活塞环本体1的没有氮化层的区域可以包括位于运行面3且靠近外圆下棱边2的运行面局部区域31。如图3所示，活塞环本体1的没有氮化层的区域可以包括位于下侧面4且靠近外圆下棱边2的下侧面局部区域41。
如图4所示，活塞环本体1的没有氮化层的区域也可以同时包括位于运行面3且靠近外圆下棱边2的运行面局部区域31和位于下侧面4且靠近外圆下棱边2的下侧面局部区域41。
活塞环本体1的没有氮化层的区域的轴向尺寸和/或径向尺寸可以大于或等于0.05mm且小于或等于1.5mm。例如，运行面局部区域31的轴向A上的尺寸可以大于或等于0.05mm且小于或等于1.5mm，例如可以是1mm。例如，下侧面局部区域41的径向R上的尺寸可以大于或等于0.05mm且小于或等于1.5mm，例如可以是1mm。
外圆下棱边2具有倒角21，该倒角21的轴向A上尺寸和/或径向R上尺寸可以小于或等于0.05mm。可选地，外圆下棱边2的倒角21的轴向A上尺寸和/或径向R上尺寸也可以大于或等于0mm且小于或等于0.1mm。该倒角21可以为非圆角，也可以为圆角。
本申请还提出了活塞环的加工方法。该加工方法可以获得上述的活塞环。该加工方法包括：在运行面3和/或下侧面4的靠近活塞环本体1的外圆下棱边2的区域不设置氮化层。
如图5所示，在本申请的一个实施方式中，该加工方法包括：
在运行面3和/或下侧面4(图5所示为下侧面4)的靠近活塞环本体1的外圆下棱边2的区域伸出形成凸台；
对活塞环本体1和凸台进行氮化处理；以及
去除凸台并在外圆下棱边2形成倒角21。
因为下侧面局部区域41和/或运行面局部区域31具有凸台，所以氮化处理之后将凸台磨掉后的下侧面局部区域41和/或运行面局部区域31就没有经过氮化处理(没有氮化层)。在该没有经过氮化处理的区域加工倒角21能够得到未经氮化处理(即，没有氮化层)的轴向A上尺寸和/或径向R上的尺寸小于或等于0.1mm，特别是小于或等于0.05mm的倒角21。没有氮化层的倒角21比具有氮化层的倒角软，不容易碎。
如图6所示，在本申请的另一实施方式中，该加工方法包括：
在外圆下棱边2形成倒角21；
在运行面3的靠近活塞环本体1的外圆下棱边2的运行面局部区域31和/或下侧面4的靠近活塞环本体1的外圆下棱边2的下侧面局部区域41，以及倒角21处设置使活塞环本体1不能被氮化的保护层，更具体地，保护层使活塞环本体1的被保护层覆盖的部分不能被氮化；
对活塞环本体1进行氮化处理。该保护层可以为镍层或铬层。
可以理解，图6中的保护层设置在下侧面局部区域41。将保护层设置在运行面局部区域31或将保护层同时设置在下侧面局部区域41和运行面局部区域31也能达到同样的目的。
可以理解，由于有例如镍的保护层，该区域氮化不能进行(而不是活塞环本体1的整体不能被氮化)。整个活塞环本体1氮化后，被保护层保护的该区域就没有渗氮，从而使首先加工的轴向A上尺寸和/或径向R上的尺寸小于0.1mm的倒角21及其周边区域未经过氮化。
可以理解，在某些图示中，未示出倒角21上的镍层(粗线)，在某些图示中，由于用粗线概略示出了镍层而使得倒角变得不明显。但是，在本申请的活塞环中，在先形成倒角再形成镍层的情况下，倒角上优选地具有镍层，从而使倒角不被氮化。
应当理解，保护层不限于镍层或铬层。用于形成保护层的镀层工艺包括但不限于化学镀。保护层可能在后续的加工中被去除或脱离。保护层上不会因为氮化处理(例如，渗氮处理)而形成氮化层(渗氮层)。优选地，保护层的硬度或脆性小于氮化层的硬度或脆性。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于发动机的活塞环，所述活塞环的活塞环本体(1)包括运行面(3)、下侧面(4)、上侧面(5)和内侧面(6)，其特征在于，
所述运行面(3)和/或所述下侧面(4)的靠近所述活塞环本体(1)的外圆下棱边(2)的区域没有氮化层，在所述外圆下棱边(2)形成有倒角(21)，所述倒角(21)没有氮化层，所述活塞环的其他区域具有氮化层。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述活塞环本体(1)的没有氮化层的区域包括位于所述运行面(3)且靠近所述外圆下棱边(2)的运行面局部区域(31)。
3.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述活塞环本体(1)的没有氮化层的区域包括位于所述下侧面(4)且靠近所述外圆下棱边(2)的下侧面局部区域(41)。
4.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述活塞环本体(1)的没有氮化层的区域包括位于所述运行面(3)且靠近所述外圆下棱边(2)的运行面局部区域(31)，所述运行面局部区域(31)设置有使所述活塞环本体(1)不能被氮化的保护层；并且/或者
所述活塞环本体(1)的没有氮化层的区域包括位于所述下侧面(4)且靠近所述外圆下棱边(2)的下侧面局部区域(41)，所述下侧面局部区域(41)设置有使所述活塞环本体(1)不能被氮化的保护层。
5.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述活塞环本体(1)的没有氮化层的区域的轴向尺寸和/或径向尺寸大于或等于0.05mm且小于或等于1.5mm。
6.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述倒角(21)的轴向尺寸和/或径向尺寸小于或等于0.05mm。
7.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
所述倒角(21)的轴向尺寸和/或径向尺寸大于或等于0mm且小于或等于0.1mm。
8.一种用于加工如权利要求1至7中任一项所述的活塞环的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
在所述外圆下棱边(2)形成倒角(21)；
在所述运行面(3)的靠近所述活塞环本体(1)的所述外圆下棱边(2)的运行面局部区域(31)和/或所述下侧面(4)的靠近所述活塞环本体(1)的所述外圆下棱边(2)的下侧面局部区域(41)，以及所述倒角(21)处设置有使所述活塞环本体(1)不能被氮化的保护层；
对所述活塞环本体(1)进行氮化处理。
9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，
使所述活塞环本体(1)不能被氮化的所述保护层包括铬层、镍层中的一种，所述保护层采用包括化学镀的镀层工艺设置在所述活塞环本体(1)上。
10.一种用于加工如权利要求1至7中任一项所述的活塞环的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
在所述运行面(3)和/或所述下侧面(4)的靠近所述活塞环本体(1)的外圆下棱边(2)的区域伸出形成凸台；
对所述活塞环本体(1)和所述凸台进行氮化处理；以及
去除所述凸台并在所述外圆下棱边(2)形成倒角(21)。
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