CN203297606U - 带类金刚石涂层的节能型活塞销 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带类金刚石涂层的节能型活塞销，属于机械技术领域。所述活塞销为带中心内通孔的圆柱体，所述中心内通孔的中部为圆柱形、两端部均为锥形，活塞销两端的端面壁厚小于活塞销的中部壁厚；所述活塞销外圆周面上设置有用于降低摩擦力的类金刚石涂层。本实用新型可有效减轻活塞销的重量，节约燃料，并降低活塞销与活塞之间的摩擦，延长活塞销的使用寿命。

Description

带类金刚石涂层的节能型活塞销

技术领域

本实用新型涉及一种活塞销，尤其涉及一种节能型活塞销。

背景技术

目前国内外汽车工业飞速发展的形势对汽车各零部件的要求越来越高，发动机是汽车的重要部件，而活塞销又是汽车发动机的关键零件之一，其使用寿命及节能效果直接影响汽车的使用寿命及节能效果。

活塞销安装活塞内腔销座，是连接活塞和连杆的关键零部件。活塞销的中部穿过连杆小头孔，活塞销的两端支撑在活塞上的活塞销座孔中，从而通过活塞销将活塞和连杆连接。通过活塞销把活塞承受的气体作用力传给连杆，再由连杆传给曲轴，从而变活塞的上下往复运动为曲轴的旋转运动，进而产生动力输出功率。

发动机工作时，活塞销与活塞销座孔之间应有适当的间隙，一般为0.015mm～0.02mm，但由于铝合金活塞销座孔的热膨胀比活塞销大，因此在初装时一般采用过盈配合。发动机工作过程中活塞销要承受高温、高压和高负荷的环境，且活塞销在活塞销座孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，润滑条件差、摩擦较大，加剧了活塞销的磨损，降低了活塞销的使用寿命。

传统的活塞销是一个厚壁空心圆柱体，其内孔也为圆柱形。由于连杆小头部分仅作用于活塞销的中间部位，因此活塞销工作时各横截面的受力情况是不同的，主要是活塞销中部受力，所以活塞销两端强度过剩。另外，传统的活塞销重量较大，直接导致活塞在运动过程中产生的往复惯性力较大，摩擦损失功较多，有效功率降低，发动机燃料消耗较高，节能环保性能较差。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种具有摩擦系数低、节能效果良好的活塞销。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种带类金刚石涂层的节能型活塞销，所述活塞销为带中心内通孔的圆柱体，所述中心内通孔的中部为圆柱形，中心内通孔的两端部均为锥形，活塞销两端的端面壁厚小于活塞销的中部壁厚；所述活塞销外圆周面上设置有用于降低摩擦力的类金刚石涂层。

本实用新型的改进在于：所述活塞销两端的端面壁厚与活塞销中部壁厚之比为1/3～1/2。

本实用新型的进一步改进在于：所述中心内通孔圆柱形部分的长度与活塞销总长度之比为0.59～0.88。

本实用新型的进一步改进在于：所述中心内通孔圆柱形部分的直径与活塞销直径之比为0.4～0.68。

本实用新型的进一步改进在于：所述类金刚石涂层的硬度为1000～2500HV0.05，摩擦系数为0.05～0.12。

本实用新型的进一步改进在于：所述类金刚石涂层的厚度为3～8μm。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型的活塞销为带中心内通孔的圆柱体，所述中心内通孔的中部为圆柱形、两端部均为锥形，活塞销两端的端面壁厚小于活塞销的中部壁厚，不仅结构合理、还减轻了活塞销自身的重量，降低了发动机油耗，节约了能源，减少了污染与排放。

本实用新型的活塞销外圆周面上设置有类金刚石涂层，可以提高活塞销耐热、耐磨、抗过载的性能，降低活塞销的摩擦系数，减轻活塞销对活塞的摩擦，延长活塞的使用寿命，从而延长发动机的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1、端面，2、活塞销外圆周面，3、类金刚石涂层，4、活塞销中部，5、中心内通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

一种带类金刚石涂层的节能型活塞销，如图1所示，所述活塞销为带中心内通孔5的圆柱体，所述中心内通孔5的中部为圆柱形、两端部均为锥形，活塞销两端的端面1的壁厚小于活塞销中部4的壁厚，与其受力大小相对应。使用该活塞销可以在满足受力要求的前提下，减轻活塞销的重量，节约了燃料。本实用新型中，活塞销两端的端面1的壁厚与活塞销中部4的壁厚之比为1/3～1/2，中心内通孔5的长度与活塞销的长度之比为0.59～0.88，中心内通孔5中部段的直径与活塞销的直径之比为0.4～0.68。

活塞销外圆周面2上设置有类金刚石涂层3，用于降低活塞运动时，活塞销与活塞之间的摩擦力，类金刚石涂层3的硬度为1000～2500HV0.05、摩擦系数为0.05～0.12、厚度为3～8μm。类金刚石涂层3是一种含有金刚石结构(sp3键)和石墨结构(sp2键)的亚稳非晶态物质，兼具了金刚石和石墨的优良特性，具有高硬度、高耐磨性、高导热性、高热导率、高电阻率、良好的光学透明性、化学惰性等优点。类金刚石涂层3是一种非晶态膜，分为含氢类金刚石涂层和无氢类金刚石涂层两种。含氢类金刚石涂层中的氢含量在20%～50%之间，金刚石结构成分小于70%。无氢类金刚石涂层中常见的是四面体非晶碳膜。四面体非晶碳膜涂层中以金刚石结构为主，金刚石结构成分一般高于70%，本实用新型使用的是无氢类类金刚石涂层。

将类金刚石涂层3设置于活塞销外圆周面2可保证活塞销的高耐磨性、耐热性、耐腐蚀、低摩擦系数等性能，降低活塞销对活塞的磨损，从而提高活塞的使用寿命。

实施例1

本实施例中，活塞销两端的端面1的壁厚与活塞销中部4的壁厚之比为1/3，中心内通孔5圆柱形部分的长度与活塞销总长度之比为0.59，中心内通孔5圆柱形部分的直径与活塞销直径之比为0.68，活塞销外圆周面2设置有3μm的类金刚石涂层3，

本实用新型的制作方法包括以下步骤：

1)下料：下料前选择一种直径为52mm的合金棒材，将合金棒材放入数控机床，按照100mm进行逐根切断；

2)钻孔：根据活塞销的受力要求，沿合金棒材轴线钻取直径为35.36mm的圆柱通孔；

3)组合加工：将钻孔的合金棒材放入数控机床，对合金棒材进行数控组合加工，包括平端面、倒外角、镗孔、车外圆，最后使得活塞销两端的端面1的壁厚为2.77mm，活塞销中部4的壁厚为8.32mm，活塞销中心内通孔5圆柱部分的长度为59mm；

4)热处理：将加工完成的活塞销放置在自动连续热处理炉内，进行渗碳、淬火、回火处理；

5)喷砂：对热处理完毕的活塞销进行喷砂，改善活塞销外圆周面2的清洁度和粗糙度；

6)无心外圆磨削：对喷砂后的活塞销进行无心外圆磨削，去除活塞销在直径方向余量0.25mm，保证加工后的活塞销尺寸工差≤0.006mm，表面粗糙度≤Ra0.12，圆度≤0.0020mm，圆柱度≤0.0025mm；

7)等离子真空清洗：采用PVD低温镀膜机对工件进行等离子真空清洗，提高活塞销外圆周面2的附着力；

8)喷涂类金刚石涂层：将等离子真空清洗后的活塞销放置于80～120℃的环境中，使用真空磁控阴极弧与真空磁控离子溅射相结合的物理蒸发沉积结合技术，在活塞销外圆表面2涂上一层厚度为8μm的类金刚石涂层3；

9)后处理：对制作完成的活塞销进行探伤、抛光、刻印标识，提高活塞销的可靠性、降低活塞销的粗糙度；

10)清洗、检验、包装。

制作完成后，对成品进行检测，检测结果为：类金刚石涂层3的硬度为1000HV0.05、摩擦系数为0.12，该活塞销可以减轻重量6.58%，节约燃料8.12%，减轻活塞销对活塞摩擦的26%，从而延长活塞的使用寿命两倍以上。

实施例2～5

实施例2～5与实施例1的区别在于，为适应不同活塞的要求，活塞销的外形尺寸及类金刚石涂层3的厚度发生变化，各外形尺寸参数、类金刚石涂层的厚度及使用效果见表1。

表1实施例1～5的外形尺寸参数、类金刚石涂层的厚度及使用效果

综上所述，本实用新型可以减轻活塞销的重量6.5%左右，节约燃料8%左右，减轻活塞销与活塞的摩擦30%左右，提高发动机的功率，减少活塞失效，从而延长活塞的使用寿命两倍以上，提高发动机的寿命。

Claims (6)

1.带类金刚石涂层的节能型活塞销，所述活塞销为带中心内通孔(5)的圆柱体，其特征在于：所述中心内通孔(5)的中部为圆柱形，中心内通孔(5)的两端部均为锥形，活塞销两端的端面壁厚小于活塞销的中部壁厚；所述活塞销外圆周面(2)上设置有用于降低摩擦力的类金刚石涂层(3)。

2.根据权利要求1所述的带类金刚石涂层的节能型活塞销，其特征在于：所述活塞销两端的端面壁厚与活塞销中部壁厚之比为1/3～1/2。

3.根据权利要求1所述的带类金刚石涂层的节能型活塞销，其特征在于：所述中心内通孔(5)圆柱形部分的长度与活塞销总长度之比为0.59～0.88。

4.根据权利要求1所述的带类金刚石涂层的节能型活塞销，其特征在于：所述中心内通孔(5)圆柱形部分的直径与活塞销直径之比为0.4～0.68。

5.根据权利要求1至4任一项所述的带类金刚石涂层的节能型活塞销，其特征在于：所述类金刚石涂层(3)的硬度为1000～2500HV0.05，摩擦系数为0.05～0.12。

6.根据权利要求5所述的带类金刚石涂层的节能型活塞销，其特征在于：所述类金刚石涂层(3)的厚度为3～8μm。

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