CN1842670A - 制造用于内燃机的梯形环的耐磨侧面的方法 - Google Patents

制造用于内燃机的梯形环的耐磨侧面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造用于内燃机的梯形环的耐磨环侧面的方法，在该方法中，通过下列方式应尽可能地防止发动机工作时环侧面损坏的发生：首先由作为原材料的横截面为矩形的钢带形成一个矩形环，该矩形环包含一个内圆周面和一个外圆周面、以及一个上侧面和一个下侧面。该矩形环是以下列制造步骤为特征的：平行磨环侧面、磨外圆周面使其具有预设的轮廓以及刷净内圆周面；将上下侧面(3a、4a)这样磨成梯形环，使得活塞环在其外圆周区域还具有平行的侧面(3b、4b)作为堆叠面；借助气体氮化过程(GNS)完全氮化活塞环表面以形成一个氮化层；在不对活塞环的氮化侧面进行加工的情况下，通过磨和研磨得到活塞环的轮廓；活塞环通过平行的侧面在轴向预紧力下堆叠成一个块以及用PVD方法给活塞环的外圆周面涂上一层磨损层；在无堆叠的状态下这样对侧面的氮化层进行磨加工，使得最多去除氮化层的总层厚的四分之一。

Description

制造用于内燃机的梯形环的耐磨侧面的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于内燃机活塞的梯形环的耐磨侧面的方法，在该方法中，通过下列方式应尽可能地防止发动机工作时环侧面损坏的发生：首先由作为原材料的横截面为矩形的钢带形成一个矩形环，该矩形环由一个内圆周面和一个外圆周面、以及一个上侧面和一个下侧面组成；紧接着借助一个氮化过程在所有面上氮化该矩形环，然后通过表面加工使其具有最终形状和几何，其中通过加工，使侧面上的原材料露出。
背景技术
横截面为梯形的活塞环——外圆周面上的环高大于内圆周面上的环高——优选地被应用在柴油发动机作为顶环，其中与此有关的活塞环槽同样是以梯形形成的。柴油发动机容易在第一个——最上面的——活塞环槽沉积硬的含碳残渣，这些残渣可能导致活塞环变紧从而导致功能失灵。通过活塞环和活塞环槽的梯形形状，通常地将阻止变紧，因而确保密封功能。在用于内燃机活塞的矩形环的制造上，借助一个气体氮化过程在环的整个表面上涂上一层氮化层，以硬化表面从而获得一个更好的耐磨性，这是已知的。这样的活塞环，在专利DE 35 06 746 C2，EP 0 605 223 A1或者JP05050241 A中说明了，其中，特别地，活塞环的工作面的耐磨性通过涂上附加的涂层，如从上面提到的文献和专利DE 102 07 148 A1已知的，进一步得到提高。
在梯形或者双梯形环的制造上，这些环是由矩形环形成的，使环的整个表面经受一个氮化过程，这同样也是已知的。使一个这样的活塞环形成一个梯形环或者使其具有这样的轮廓而成为一个梯形环，必须相应地磨侧面，其中根据几何要求，氮化层完全或者部分地又从侧面上被去除。借助环表面进一步的加工步骤，最终轮廓的形成是以接下来的工作面的磨损保护涂层以及精加工进行的。鉴于环的可堆叠性，就是说在块上同时进行的多重加工，这个制造过程可相应地最优化。
然而，在发动机工作时，这样制造的且应用于钢活塞的梯形环，特别是由于200钯到220钯的高的点火压力，显示出环侧面具有更大的磨损，其中一个附加的焦化是可确定的。磨损随着活塞环工作时间的延长而增加，最终导致失灵。此外，事实已表明，磨损依赖于位置，也就是说沿着环侧面上的圆周上以不同程度出现。
发明内容
本发明的任务在于，尽可能地阻止梯形环或者双梯形环在发动机工作时侧面损坏的出现。
按照本发明，该任务是通过权利要求1的特征得到解决的。
通过本发明的制造方法，将获得耐磨的环侧面，这些环侧面在发动机工作时具有一个相对于现有技术本质上减少的磨损。该方法通过在环侧面上以均匀的氮化深度产生一个氮化层也确保了产生均匀高的硬度值，以便沿着环侧面的圆周，在环侧面损害环功能的损坏不再出现。同样地，在活塞环和活塞之间的微磨损也将得到有效防止。
本发明符合目的的设计方案是从属权利要求的内容。
附图说明
下面将借助附图说明本发明的一个实施例。
图1显示一种根据现有技术制造梯形环的方法；
图2显示一种按照本发明制造梯形环的方法；
图3描述按照现有技术和本发明的方法的依赖于位置的环侧面磨损。
附图标记说明：
10：梯形环
1：钢带；原材料
2：氮化层
3a：上环侧面
3b：上面的平行的环侧面
4a：下环侧面
4b：下面的平行的环侧面
5a：内圆周面
5b：外圆周面，工作面
具体实施方式
首先借助已知的装置，由一种横截面为矩形的、没有氮化的马氏体钢带1形成一个活塞环，该环包含一个内圆周面5a和一个外圆周面5b以及一个上环侧面3a/b和一个下环侧面4a/b，如图1所示。接着，对活塞环进行热应力解除。在对环开口面和外圆周面5b进行磨加工、以及刷净内圆周面5a之后，接着对上环侧面3a和下环侧面4a进行平行磨，这样形成相互平行的上下环侧面。按照图2，通过上下环侧面的磨加工形成一个预先给定的几何形状，以形成一个包含倾斜的侧面3b、4b的梯形环10或者双梯形环(未示出)。平行侧面在其外圆周面的区域保留，通过这些平行侧面，活塞环可堆叠在一起，平行侧面以一个小于活塞环宽度的四分之一的宽度存在。在洗净之后，紧接着借助一个已知的气体氮化过程(GNS)对活塞环进行表面氮化处理。氮化层由一层扩散层和一个结合层组成，其中在扩散层中的氮化硬化深度可达到200μm。按照本发明，结合层在层厚为大约20μm时的硬度为HV0.05700。为了形成硬的氮化铬，钢带1的含铬量在12％到17％之间。在不对侧面进行加工的情况下使氮化环再次经受一个少量的磨或者研磨过程而形成最终形状之后，为了进一步改善磨损特性可以选择性地通过一种本身已知的PVD方法(物理气相沉积)在优选为下面的氮化环侧面涂上一层铬或者氮化铬层，因为事实已表明，特别是按照图1根据现有技术制造的梯形环在那里的磨损最大。
紧接着，为了进一步减小磨损，在相当于活塞环的工作面的外圆周面上，在避免在环侧面上沉积的条件下，借助PVD方法涂上一层在硬度为1200-1400HV0.05时厚度为1-3μm氮化铬或者磷酸锰层，其中铬层的沉积也可以是电镀进行的。
工作面的PVD涂层是在轴向张紧的、堆叠的状态下进行的，与之相反地，活塞环的氮化是在水平堆叠但是轴向松弛的状态下进行的。通过这样确保一方面达到一个良好的侧面的氮化，另一方面在进行工作面涂层时，侧面不被涂上一层即将涂敷的磨损保护层。
涂层之后，活塞环通过最多磨去总的氮化层的四分之一，对活塞环进行精加工，特别是氮化环侧面，通过这样在氮化时生成的结合层(白色层)被去除。
如从对按照图3一个6-汽缸柴油发动机在满负载下运转时间为100h时的局部的圆周面上的磨损的描述可以看出，本发明的方法引起在环侧面上的磨损相对于现有技术明显下降。

Claims (6)

1.制造用于内燃机的梯形环的耐磨侧面的方法，在该方法中，首先由作为原材料的横截面为矩形的钢带形成一个矩形环，该矩形环由一个内圆周面(5a)和一个外圆周面(5b)、以及一个上侧面和一个下侧面组成，接着借助一个氮化过程在所有面上氮化该矩形环，然后通过表面加工使其具有最终的形状和几何，其中通过加工，使在环侧面(3a，3b)上的原材料露出，
其特征在于，
在形成一个横截面为矩形的活塞环之后，接着是下列方法步骤：
-平行磨环侧面、磨外圆周面使其具有预设的轮廓和刷净内圆周面；
-将上下侧面(3a、4a)这样磨成梯形环，使得活塞环在其外圆周区域还具有平行的侧面(3b、4b)作为堆叠面；
-借助气体氮化过程(GNS)完全氮化活塞环表面以形成一个氮化层；
-在不对活塞环的氮化侧面进行加工的情况下，通过磨和研磨得到氮化活塞环的轮廓；
-活塞环通过平行的侧面在轴向预紧力下堆叠成一个块以及用PVD方法给活塞环的外圆周面涂上一层磨损层；
-在无堆叠的状态下这样对侧面的氮化层进行磨加工，使得最多去除氮化层的总层厚的四分之一。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原材料是由一种钢带组成，该钢带含有12％到17％的铬。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的梯形环的下侧面的氮化层上借助PVD方法或者电镀的方法涂上一层铬层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在工作面上涂上一层氮化铬或者磷酸锰层作为磨损层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的堆叠面小于梯形环宽度的四分之一。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原材料由一种马氏体的没有氮化的钢带组成。
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