一种低摩擦高耐磨的刮片及钢带组合油环的制作方法

1.本实用新型涉及内燃机活塞环，特别涉及一种低摩擦高耐磨的刮片及钢带组合油环。


背景技术：

2.钢带组合油环由两片刮片和对一片其施加张力的衬环所组成，它具有重量轻、顺应性好、回油空间大、刮油能力强等优点，广泛用于汽油机和气体发动机。
3.现有钢带组合油环的刮片，截面大致呈矩形，轴向高度一般为0.30～0.65mm，其外圆面具有一定的向外凸出的弧度，在使用初期由于它与气缸壁的接触面积小因而接触压力(也叫面压)较高、刮油能力较强，但经过一段时间的使用外圆磨损增加后，外圆与气缸壁的接触面积大幅增加，因而面压下降较多，这会导致刮油能力下降，机油消耗量增大。另一方面，根据面压计算公式，p＝ft/(h
·
d)，其中，p为面压(单位mpa)，ft为组合切向弹力(单位n)，h为与气缸接触部分的高度(单位mm)，这里指刮片轴向高度，d为缸径(单位mm)，可见面压与组合切向弹力成正比、与刮片轴向高度成反比，刮片的轴向高度已不能进一步减小，否则强度不足，因此在保证一定的面压的条件下现有技术将很难降低弹力，这导致摩擦功耗难以下降，不利于燃料消耗的降低。
4.现有专利《一种三组合活塞油环》(cn 214063154 u)提供了一种外圆呈弧面且圆弧半径很小的刮片，该刮片初期时外圆基本呈线接触，初始面压极高，刮油能力极强，存在拉缸的隐患，在刮片外圆弧面磨损后面压又大幅降低，因此面压变化仍然较大，不利于机油耗的稳定控制。


技术实现要素：

5.实用新型目的：为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种低摩擦高耐磨的刮片及钢带组合油环。本实用新型的刮片在满足机油耗要求的前提下降低组合切向弹力，进而降低摩擦功耗，满足可靠性和耐久性的要求，在发动机寿命期内机油耗稳定。
6.技术方案：本实用新型所述的低摩擦高耐磨的刮片，所述刮片包括刮片主体、外圆面、设置在刮片主体以及外圆面之间的外倒角以及内圆面，所述外圆面为柱面。
7.作为本实用新型的一种优选结构，所述外圆面的宽度为0.05～0.15mm。
8.作为本实用新型的一种优选结构，所述外倒角为分布于所述外圆面上下两侧的斜面；和/或所述斜面的斜角为30～40
°
。
9.作为本实用新型的一种优选结构，所述刮片的材质为马氏体钢，所述刮片的外层设置有氮化层，所述外圆面的外侧设置有dlc涂层或pvd涂层；在所述氮化层硬度大于700hv0.1处，氮化层的深度为0.01～0.07mm；所述dlc层的硬度为1800～3000hv0.025，所述dlc层的厚度为0.004～0.010mm；所述pvd层的硬度为1200～1800hv0.05，所述pvd层的厚度为0.01～0.03mm。
10.作为本实用新型的一种优选结构，所述刮片的材质为非合金钢，所述外圆面的外
侧设置有dlc涂层或pvd涂层；所述dlc层的硬度为2000～3500hv0.025，所述dlc层的厚度为0.010～0.025mm；所述pvd层的硬度为1200～1800hv0.05，所述pvd层的厚度为0.015～0.04mm。
11.作为本实用新型的一种优选结构，所述外倒角的斜面与所述外圆面连接的过渡圆弧的半径为0.05～0.25mm。
12.作为本实用新型的一种优选结构，所述外倒角的斜面与所述刮片主体的平面连接的过渡圆弧半径为0.05～0.35mm。
13.作为本实用新型的一种优选结构，所述内圆面为圆弧面；和/或所述内圆面的圆弧半径为所述刮片主体轴向高度的0.5～0.8倍。
14.作为本实用新型的一种优选结构，所述刮片主体轴向高度为0.30～0.65mm；和/或所述刮片主体的径向厚度为1.4～4.5mm。
15.本实用新型还提供了一种包含上述刮片的钢带组合油环。
16.有益效果：(1)本实用新型刮片外圆面为较窄的柱面，在满足面压的条件下降低组合切向弹力，因而降低了摩擦功耗；(2)本实用新型的刮片具有两种可供选择的材料和涂层匹配，提高了设计上的灵活度；(3)本实用新型刮片设置的涂层，具有低摩擦系数、高硬度、高耐磨能力的特性，结合弹力的大幅降低，满足了更高可靠性、更加耐久的要求；(4)本实用新型刮片的外圆面通过耐磨涂层的保护后，在使用初期、中期与后期，外圆接触面宽度变化幅度很小，能够持久稳定地保证机油耗水平。
附图说明
17.图1为本实用新型刮片的截面图；
18.图2为本实用新型刮片设置的一种涂层结构；
19.图3为本实用新型刮片设置的另一种涂层结构；
20.图4为本实用新型钢带组合油环截面图。
具体实施方式
21.实施例1：本实用新型所述的刮片1包括刮片主体101、外圆面102、外倒角103以及内圆面104，在本实施例中，刮片的轴向高度h为0.30～0.65mm。刮片的径向厚度t为1.4～4.5mm。
22.本实用新型的刮片主体101截面大致呈矩形，外圆面102位于刮片主体101的最外侧，本实施例中的外圆面102为柱面，外圆面102有效接触带的宽度w为0.10
±
0.05mm。本实施将刮片的外圆面设计成柱面，而不是现有技术的圆弧面，在通过耐磨涂层的保护后，在使用初期、中期与后期，外圆面的有效接带的宽度变化幅度很小，能够持久稳定地保证机油耗水平。本实施例中的外圆面102的有效接触带的宽度远远小于刮片的轴向高度，因而实现了在满足一定面压的条件下，降低组合切向弹力，从而降低了摩擦功耗。如：根据面压计算公式p＝ft/(h.d)，则切向弹力公式为ft＝p
·h·
d。设缸径为80mm，所需面压为1.0mpa，刮片环高h＝0.40mm，现有技术中，ft＝1.0
×
0.4
×
80＝32n。本实施例中的刮片：ft＝1.0
×
0.1
×
80＝8n。即是说，在满足面压/刮油能力条件下，弹力降幅达到了75％，这有利于摩擦功耗的降低，对降低燃料消耗做出了贡献。
23.本实施例中的刮片的涂层可以选择以下两种实施方式，提高了设计上的灵活度。如图2所示，方式一为：刮片1的材料为iso6621-3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》标准所述的马氏体钢，材料细级别为mc66；刮片1的所有表面气体氮化，为氮化层105，外圆面102增加dlc涂层106或pvd涂层107；刮片1的氮化层在硬度为700hv0.1以上的部分，深度为0.01～0.07mm；dlc涂层的硬度为1800～3000hv0.025，厚度为0.004～0.010mm；pvd涂层为crn物质，pvd涂层的硬度为1200～1800hv0.05，厚度为0.01～0.03mm。如图3所示，方式二为：刮片1的材料为iso6621-3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》标准所述的非合金钢，材料细级别为mc68；外圆面102设置有dlc涂层106或pvd涂层107；dlc涂层的硬度为2000～3500hv0.025，厚度为0.010～0.025mm；pvd涂层为crn物质，硬度为1200～1800hv0.05，厚度为0.015～0.04mm。本实施例选用的涂层，具有低摩擦系数、高硬度、高耐磨能力的特性，结合弹力的大幅降低，满足了更高可靠性、更加耐久的要求。
24.本实用新型的外倒角103为设置在刮片主体101以及外圆面102之间的过渡斜面，具体的结构为设置在外圆面102上下两侧的斜面，外倒角103在外圆两侧的斜角α为35
±5°
。外倒角103的斜面与刮片主体101的平面连接的过渡圆弧r1为r0.05～0.35mm。外倒角103的斜面与外圆面102柱面连接的过渡圆弧r2为r0.05～0.25mm。
25.本实用新型的内圆面104为圆弧面，内圆面104的圆弧r3为0.5～0.8h，其中，h为刮片的轴向高度。
26.上述结构的刮片1系通过钢质型材的模具拉制而成，因此，该刮片具有较低的加工成本和较高的加工效率，易于实现批量化生产。如图4所示，上述包含上述结构的刮片的钢带组合油环，适用缸径：40～160mm。