活塞环及制造方法与流程

本公开涉及一种活塞环，更特别地涉及一种用于燃气或柴油内燃机的具有高度适应性的活塞环。

背景技术：

本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

活塞环通常由钢制备，用于许多高性能发动机。通常，钢更硬，并且与延性灰铸铁相比，具有更高拉伸和疲劳强度。钢活塞环可解决高度应力发动机中的大量问题。它们更强、更硬、密封更好，并且在负载下耐损抗磨。它们对于任何涉及高燃烧温度、高压缩负载和高严格排放标准的应用来说都很理想。钢环的更大强度允许其拥有更小的横截面，这也改进钢环匹配不够完美的气缸膛的性能。与延性或铸铁相比，钢的固有高强度减少环损坏的可能。钢也提供更长服务寿命。

本公开提供针对发动机气缸膛的改进的活塞环适应性，并且提供制备改进的活塞环的方法。

技术实现要素：

根据本公开，活塞环包括大致为圆形的开环，所述开环具有大致为圆柱形的外径表面和内径表面，所述内径表面具有多个径向向外伸出的弓形凹槽。

另外，提供一种制备活塞环的方法，包括挤出矩形横截面钢丝以在其侧边包括两个凹槽，以及将挤出的钢丝卷绕为环形，使弓形凹槽处于卷绕环的内径表面上。

从本说明书所提供的描述中可以得知其它区域的应用。本说明书和本发明内容中的特定实例仅旨在示例性目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本说明书所描述的附图仅是所选实施例的，而非所有可能实施方式的示例性目的，而不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开原理的活塞环的平面图；

图2是具有正弦形状的凹槽的活塞环的局部详细视图；

图3是具有不同尺寸凹槽的活塞环的局部详细视图；

图4是在钢丝一侧上形成半圆形底切的方法的示意图，所述钢丝用于根据本公开原理制备活塞环；

图5是在钢丝一侧上形成半圆形底切的可替换方法的示意图，所述钢丝用于根据本公开原理制备活塞环；

图6是在钢丝一侧上形成不同尺寸半圆形底切的可替换方法的示意图，所述钢丝用于根据本公开原理制备活塞环；以及

图7是在钢丝一侧上形成正弦形状的底切的方法的示意图，所述钢丝用于根据本公开原理制备活塞环。

在所有的附图中，对应的附图标记都指代对应的部件。

具体实施方式

现将参考附图更充分地描述示例性实施例。

提供示例性实施例，以使本公开更全面，并且向本领域技术人员充分传达本公开范围。阐述了许多特定细节，诸如特定组件、设备和方法的实例，以提供对本公开的实施例的全面理解。对本领域的技术人员明显的是不需要采用特定细节，示例性实施例可以许多不同形式体现，并且都不应该视为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，不对众所周知的过程、众所周知的设备机构，以及众所周知的技术进行详细描述。

这里所使用的术语只是用于描述特别的示例性实施例，而不旨在作为限制。如本说明书所使用的，单数形式“一”、“一个”，和“该”应可包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括”，以及“具有”是包括性的，并且因此规定了所述特征、整体、步骤、操作、元件，和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件，和/或其组群的存在或增加。本说明书所描述的方法步骤、过程，以及操作将不被视为一定需要以所讨论或所示的特别顺序执行，除非具体确定为按照执行顺序。还可理解的是，可采用附加的或可替换的步骤。

参考图1，示出高度适应性钢活塞环10，包括其中具有开口14的平坦环形主体12。环形主体12包括大致为圆柱形的外径表面16和内径表面18，所述内径表面18包括多个径向向外伸出的弓形凹槽20。弓形凹槽20的数目可为4到36。更优选地，可提供4到12个弓形凹槽20。如图1所示，可由大致连续半径r形成多个弓形凹槽20。可替换地，如图2所示，可由连续正弦曲线122形成多个弓形凹槽120。作为另一种可替换方案，如图3所示，弓形凹槽220a和220b可包括不同尺寸或形状的弓形凹槽，诸如更长弓形凹槽220a和更短弓形凹槽220b。

高度适应性钢活塞环10可由以下步骤形成，先通过矩形横截面钢丝40的热挤出法或冷挤出法，从而在图4至图7中示出的钢丝的一侧上制备均匀正弦、圆弧，或其它类型形状的底切或凹槽，之后将钢丝卷绕为期望的环形，使正弦、圆弧，或其它类型弓形形状的凹槽在环内径表面18上。正弦、圆弧，或其它类型形状的凹槽由在圆柱形滚子42和滚子44之间滚轧钢丝40形成，滚子42位于钢丝一侧上，滚子44具有在宽度方向上位于另一侧上的局部圆形或其它形状的凸角44a。

图4示意性地示出半圆形形状的底切如何在钢丝40的一侧上形成。如图4中所示，半圆形形状的底切20之间的间隔可容易地随着不同的侧滚子44设计进行变型。如图5所示，可在滚子44上提供多个半圆形凸角44a，以提供更高密度的凹槽。相似地，如图6所示，凹槽的尺寸可利用不同的滚子设计容易地进行变型，并且可在单个滚子44上提供不同形状的凸角44a和44b，以沿着内径表面18的长度提供不同形状的弓形凹槽。

图7示出如何可利用如图7所示的特定设计的椭圆形滚子144形成正弦形状的底切。正弦形状的底切的尺寸和几何结构(幅度和频率)可利用不同滚子设计进行变型。

形成的钢丝40的卷绕可通过热形成或冷形成过程完成。在热卷绕中，环10可在880c±50c下奥氏体化、热卷绕，以及油淬灭。在淬灭后，环10在400c±25c下回火。在冷卷绕中，钢丝40首先在950c±50c下感应硬化，并在470c±25c下回火，并且之后在室温下卷绕至所要求的尺寸和在180c±25c下消除的可能的其它应力。

为了改进钢耐受性(疲劳强度)，如果需要，钢环10可经喷丸加工以在环表面上产生压缩残余应力。在喷丸加工过程中，使用具有硬度范围在610-670hv之间的0.2-0.5mm直径的“切割钢丝”类型的喷丸。喷丸加工强度可利用阿尔门测试根据类型a带测量，并且最小和最大值分别为0.25mm和0.4mm(金属片的弯曲和变形)。喷丸加工持续时间可维持6-10秒，并且覆盖率可达99.9％。

为了使钢环10与铸铁衬里(气缸壁)相容，至少接触膛壁的钢环10的外表面16可以涂覆铬或钼、pvd或dlc，或氮化物。在涂覆前，环外表面必须研磨平坦。气体氮化是热处理过程，其中将氮充满钢表面以使钢表面进行表面硬化。针对钢环10，气体氮化情形使环10的整个表面硬化至约25μm的深度，这极大改进了其阻止侧磨损以及面磨损的能力。

在涂覆前，钢外表面应该研磨平坦。在提取和滚轧后，如所公开的，钢丝表面通常是平坦的。与铬、钼、pvd，或dlc涂覆不同，气体氮化是热处理过程，其中将氮充满钢表面以使钢表面进行表面硬化。

用于钢环的合金可含有0.5-0.6wt％的碳、1.2-1.6wt％的硅、0.6-0.9wt％的锰、0.6-0.8wt％的铬、最高为0.035wt％的磷、最高为0.04wt％的硫，以及余量的铁。

抛光钢环10所要求的机械加工的量远小于抛光灰铸铁或延性铁环，特别是挤出钢丝所要求的机械加工的量。因此，通常，钢环实际上制造起来更廉价，至少是在大批量制造时更廉价。当前生产中的大多数钢环具有1.2mm的宽度，有些小至1.0mm。

公开的活塞环10的高度适应性有助于改进油消耗和漏气，以及减少活塞环张力。另外，高度适应性提供改进的性能。另外，与其它特征制造形式相比，该制造方法减少了制造成本。

提供前述实施例的描述是为示例和描述的目的，其不旨在是详尽的，或限制本公开。具体实施例的个别元件或特征一般不限于该具体实施例，但是，即使未特定示出或描述，如果合适的话，也是可互换的，并且可以用在所选实施例中。同样也可以按照多种方式进行变型。这种变型将不被视为脱离本公开的内容，并且所有这种修改都旨在包括在本公开的范围内。