CN101922377A - 一种活塞环及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活塞环及其制造方法，其为三环组结构。第一道为密封性好的桶面环，材料为柔韧性佳的球墨铸铁，第二道为耐磨密封性好的内扭镀锥环。第三道为刮油及回油效果好的螺旋撑簧铬衬油环，材料为公司独创的Cr、Cu、B新型活塞环材料，表面镀铬处理，增加其耐磨性。经过铸造、热处理后，再经过专有设备冷加工、表面处理等工序制成。本发明的产品采用三种结构不同的环有机组合，确保环的密封性，减少排放。第二环采用镀铬锥面加内大角结构，增加了环的扭曲量，提高了环的耐磨性和密封性；机油耗及排放较传统产品大大降低。加工后的产品可观性更好，有利于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于发动机部件及其制造方法，特别是一种活塞环及其制造方法。
背景技术
活塞环和缸套这对摩擦副工作于内燃机的心脏部位，其质量的优劣将对内燃机性能产生极其深远的影响。随着我国环保的加强，对内燃机的尾气排放要求将越来越高，这给活塞环的设计和制造带来复杂性，要求活塞环具有低窜气量和机油消耗、耐磨损，减少尾气排放，如何提高活塞环的使用寿命和工作性能成了工程科研人员关心的焦点。现在发明了许多改进方法，例如：如何提高活塞环表面的加工质量，为此开创了多种有效的加工工艺，确实大大提高了活塞环的耐磨性能，还有对活塞环的材料进行改进，也得到了显著的耐磨性能。但是上述工艺只是对活塞环表面和材料进行处理，没有对活塞环的整体性能和结构进行改进。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种YZ4DH柴油机耐磨节能环保型活塞环及其制造方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种活塞环，包括三片不同结构环，第一道为密封性好的桶面环，第二道为耐磨密封性好的内扭镀锥环，第三道为刮油及回油效果好的螺旋撑簧铬衬油环，三道环均采用镀铬表面处理，铬层厚度≥0.16mm。
一种制造上述活塞环的方法，包括以下步骤：
步骤1、对密封性好的桶面环进行加工，第一道桶面环材料为柔韧性好的球墨铸铁，其化学成分为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁。
步骤2、对第二道内扭镀锥环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
步骤3、对第三道螺旋撑簧铬衬油环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1)桶面环、内扭镀锥环、螺旋撑簧铬衬油环三种组合增加了活塞环的气密性；2)采用产品采用三环组镀铬结构且增加了铬层厚度：使产品更加耐磨；3)二环采用镀铬锥面加内大角结构，增加了环的扭曲量，提高了环的密封性和耐磨性；4)加工后的产品可观性更好，有利于大规模工业化生产。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为球墨铸铁桶面环结构示意图。
图2为合金内扭镀锥环结构示意图。
图3为合金铬衬环环体结构示意图。
图4为合金铬衬环与螺旋撑簧的组合图。
图5为活塞环组装配图。
图中标号所代表的器件为：1-螺旋撑簧机闩销、2-油环环体、3-第一道环、4-第二道环、5-第三道环、6-活塞。
具体实施方式
结合图1～图5，本发明的一种活塞环，包括三片不同结构环，第一道为密封性好的桶面环3，第二道为耐磨密封性好的内扭镀锥环4，第三道为刮油及回油效果好的螺旋撑簧铬衬油环5，三道环均采用镀铬表面处理，铬层厚度≥0.16mm，较普通环增加了0.02～0.05mm。该活塞环按照国家标准安装于活塞6上。
第一道环径向弹力FS为41.6-62.4N，闭口间隙0.30-0.50mm，表面镀铬处理，增加耐磨性；其产品型线设计采用德国格茨压力分布曲线，有效地解决活塞环外圆圆周磨损的均匀性。第二道环径向弹力FS为35-55N，闭口间隙0.30-0.50mm，表面镀铬处理；
第一道桶面环材料为柔韧性好的球墨铸铁，其化学成分为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁。
第二道内扭镀锥环与第三道螺旋撑簧铬衬油环为Cr、Cu、B合金铸铁，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
一种制造上述活塞环的方法，包括以下步骤：
步骤1、对密封性好的桶面环进行加工，第一道桶面环材料为柔韧性好的球墨铸铁，其化学成分为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁。
步骤2、对第二道内扭镀锥环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
步骤3、对第三道螺旋撑簧铬衬油环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
上述活塞环经过铸造、热处理后，再经过专有设备冷加工、表面处理等工序制成。具体加工时，首先进行热加工，工艺为：混砂→造型→熔炼→浇注→落砂→清砂→抛丸→毛坯检验→入库。
之后进行冷加工，加工工艺为：
桶面环：退火→双端面磨削→割片→双端面磨削→调质→双端面磨削→粗车内外圆→整挠→精车外圆→倒外角→精修开口→镀前珩磨外圆→镀前穿磨端面→镀铬→中磨开口→精镗内圆→倒内角→珩磨桶面→精磨开口→返磨端面→喷砂→磷化→成品检验→上油包装；
内扭镀锥环：双端面磨削→仿形车外圆→铣开口→粗镗内圆→粗修开口→扩开口→精车外圆→倒外角→精修开口→镀前珩磨外圆→镀铬→中磨开口→粗珩外圆→镀后穿磨端面→成型磨锥面→倒内大角→精镗内圆→倒内角→精磨开口→精磨端面→珩亮带→喷砂→磷化→成品检验→上油包装；
螺旋撑簧铬衬油环：双端面磨削→仿形车外圆→铣开口→粗镗内圆→粗修开口→精车外圆油槽→抛光→精镗内圆→倒内角→镀前精修开口→镀铬→中磨开口→镀后穿磨端面→粗勾R槽→镀后珩磨→成型精磨→铣油孔→精勾R槽→精磨开口→精磨端面→磷化→成品检验→上油包装。
结合图5，本发明活塞环的第一道环采用密封性好的桶面环；第二道为耐磨密封性好的内扭镀锥环；第三道为刮油及回油效果好的螺旋撑簧铬衬油环，三种不同结构的搭配组合，确保活塞环的密封性能大大提高，窜气量和机油消耗、耐磨损，减少尾气排放；三环同时镀铬处理且铬层厚度比传统镀铬环增加0.02～0.05mm，极大增加了产品耐磨性能。
具体而言，球铁环(第一道活塞环)毛坯制造过程：
步骤1：加料，在感应电炉中放入配制好的废钢、硅铁、电解铜、钼铁；
步骤2：加热熔炼，熔炼温度达到1500～1520℃，取样化验，将各元素化学成分调整到如下范围：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁；
步骤3：在球化包内加入1.0～1.3％的球包剂，覆盖细硅锶加入量为0.3～0.5％，并在上面加入铁屑等覆盖。
步骤4：在铁水达到1560～1600℃出水入球化包，球化结束后转包入浇注包并在随铁水流加入0.2～0.3％的硅锶孕育剂；
步骤5：浇注、清理、理化及机械性能检验后得到活塞环毛坯。
Cr、Cu、B合金活塞环(第二道、第三道活塞环)毛坯制造过程
步骤1：加料，在感应电炉中放入配制好的废钢、硅铁、锰铁、磷铁、增碳剂、小苏打、铬铁、电解铜、硼铁；
步骤2：加热熔炼，熔炼温度达到1420～1480℃，取样化验，将各元素化学成分调整到如下范围：C3.5～3.8％、Si2.3～2.8％、Mn0.6～0.9％、P 0.25～0.4％，S≤0.06％、Cr0.25～0.35％，Cu0.35％-0.45％，B0.025～0.035％，其余为铁；
步骤3：在铁水达到1540～1580℃；出水并在随铁水流加入0.25～0.35％的硅锶孕育剂；
步骤4：浇注、清理、理化及机械性能检验后得到活塞环毛坯。
对活塞环毛坯按桶面环、内扭镀锥环、铬衬油环加工工艺方法，得到成品活塞环。
Claims (4)
1.一种活塞环，其特征在于，该活塞环包括三片不同结构环，第一道为密封性好的桶面环[3]，第二道为耐磨密封性好的内扭镀锥环[4]，第三道为刮油及回油效果好的螺旋撑簧铬衬油环[5]，三道环均采用镀铬表面处理，铬层厚度≥0.16mm。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，第一道桶面环材料为柔韧性好的球墨铸铁，其化学成分为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁。
3.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，第二道内扭镀锥环与第三道螺旋撑簧铬衬油环为Cr、Cu、B合金铸铁，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
4.一种制造权利要求1所述活塞环的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对密封性好的桶面环进行加工，第一道桶面环材料为柔韧性好的球墨铸铁，其化学成分为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-3.1％、Mn≤0.60％、P≤0.10％、S≤0.10％、Cu≤0.50％、Mo≤0.30％，其余为铁；
步骤2、对第二道内扭镀锥环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁；
步骤3、对第三道螺旋撑簧铬衬油环进行加工，其材料化学成分为C：3.5～3.8％、Si：2.3～2.8％、Mn：0.6～0.9％、P：0.25～0.4％、S≤0.06％、Cr：0.25～0.35％、Cu：0.35％-0.45％、B：0.025～0.035％，其余为铁。
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