СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ Российский патент 1996 года по МПК B23P15/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве поршневых двигателей, компрессоров и поршневых насосов.

Известны способы изготовления поршневых колец, включающие операции по- лучения заготовок индивидуальным литьем или отливкой маслот из чугунов различных марок, механической обработки, нанесения антифрикционных покрытий на наружные поверхности колец. Финишной обработкой колец является их притирка к специальным притирам, выполненным по размерам цилиндровой втулки.

За прототип принят способ изготовления поршневых колец, заключающийся в получении кольцевой заготовки, предварительной обработки ее наружной, внутренней и торцовых поверхностей, формообразующей копирной обработке и вырезке замка с заданным размером для кольца в свободном состоянии.

К недостаткам известного способа относятся низкая производительность операции притирки и невозможность получения высокого качества поршневых колец, что проявляется в следующем.

Прилегание нового поршневого кольца к цилиндровой втулке происходит не по всей поверхности, а по отдельным точкам. Характер эпюры напряжений в сечении кольца не способствует быстрому закрыванию серповидных микрощелей в процессе притирки кольца.

Упругость поршневого кольца по мере его работы в условиях эксплуатации постепенно уменьшается. Для обеспечения плотного прилегания кольца к цилиндровой втулке и уменьшения вероятности залегания кольца в канавке поршня кольцо должно иметь запас упругости, максимум которой приходится на начало работы, что неблагоприятно сказывается на процессе его приработки и долговечности изделий.

Напряжение растяжения на наружной поверхности поршневого кольца в процессе работы снижает его усталостную прочность и износостойкость.

Целью изобретения является повышение производительности за счет сокращения времени на финишную операцию притирки колец, а также повышение качества изделий и долговечности.

Это достигается тем, что перед финишной операцией притирки обработку наружной поверхности поршневых колец производят путем поверхностно-пластического деформирования до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

Поршневое кольцо является специфической деталью, реализующей одновременно функции пружины и элемента пары трения. Гидродробеструйная обработка наружной поверхности поршневого кольца струей, направленной радиально к его оси, создает тонкий наклепанный слой материала кольца, испытывающего напряжения сжатия. При наличии такого слоя кольцо сворачивается, что проявляется в уменьшении величины замка в свободном состоянии. Контактные давления кольца, вставленного в цилиндровую втулку, будут также меньше, что благоприятно сказывается на условиях трения пары кольцо-втулка в период приработки.

Характерной особенностью поршневого кольца, изготовленного по предлагаемому способу, является быстрая притираемость. Это происходит потому, что при изнашивании сжатого слоя в точке контакта кольца с втулкой напряжения в сечении кольца перераспределяются, кольцо в этой точке как бы распрямляется, происходит уменьшение давления выступающей точки кольца на втулку. Такое самопроизвольное регулирование давления кольца на стенки втулки приводит к быстрому закрытию микрощелей между кольцом и втулкой по всему периметру.

По мере изнашивания сжатого поверхностного слоя кольцо разворачивается и восстанавливает свою расчетную упругость, которая обеспечивает для приработанных поверхностей нормальные условия трения и герметизации поршня в цилиндре.

Гидродробеструйная обработка поршневого кольца, сжатого до нулевого зазора в замке, повышает эффективность способа. Обработка нескольких колец, сжатых в пакет, повышает производительность процесса.

На чертеже приведены результаты испытаний двух поршневых колец двигателя ЗИЛ-130 в виде зависимостей изменения силы упругости Q, прикладываемой к концам кольца при их смыкании, и размера замка А в свободном состоянии кольца от величины радиального износа кольца Δt.

Кривые 1 и 2 характеризуют изменение Q и А соответственно по мере износа серийного кольца, изготовленного по известному способу. Кривые 3 и 4 характеризуют те же параметры для опытного кольца, изготовленного по новому способу.

В примере выполненное по серийной технологии первое кольцо имело параметры А 16,5 мм, Q 23 Н, второе кольцо А 16,2 мм, Q 22 Н. После гидродробеструйной обработки второго кольца в оправке, удерживающей его в сжатом состоянии, стеклянными шариками диаметром 1 мм при давлении в подающей магистрали установки 0,2 мПа в течение 26 с (два полных оборота кольца относительно сопла установки) параметры второго кольца изменились и составили А 13,5 мм, Q 19 Н.

Контрольное (первое) и опытное (второе) кольца подвергались изнашиванию абразивной шкуркой по наружной поверхности при вращении кольца, зажатого в оправку, на токарном станке. Износ периодически контролировался взвешиванием кольца и пересчитывался в линейный размер радиального износа. Результаты измерений приведены на чертеже.

Сопоставляя кривые 1 и 3, 2 и 4, видно, что для изготовленного по известному способу кольца по мере его износа размер замка остается постоянным, а упругость Q постепенно уменьшается. Кольцо, подвергнутое гидродробеструйной обработке, по мере износа на глубину наклепанного слоя распрямляется, что сопровождается увеличением размера замка и упругости. Максимальное значение Q 20,2 Н в опыте наблюдалось при износе на глубину Δt0,1 мм, после чего за счет уменьшения размера сечения кольца упругость снижалась. Размер замка достигал исходного значения А 16,2 мм при глубине износа Δt0,3 мм.

Использование: производство поршневых двигателей, компрессоров и поршневых насосов. Сущность изобретения: осуществляют предварительную обработку наружной, внутренней и торцовых поверхностей. Затем производят формообразующую копирную обработку этих поверхностей и вырезают замок, после чего осуществляют финишную операцию. Последняя выполняется путем поверхностно-пластического деформирования (ППД) до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. ППД осуществляют , например, гидродробеструйной обработкой, которой могут обрабатывать одновременно несколько поршневых колец, сжатых в пакет при нулевом зазоре в замке. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ, заключающийся в получении кольцевой заготовки, предварительной обработке ее наружной, внутренней и торцовых поверхностей, формообразующей копирной обработке, вырезке замка и финишной операции притирки колец, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения времени на финишную операцию притирки колец, а также качества изделий и долговечности, перед финишной операцией притирки обработку наружной поверхности поршневых колец производят путем поверхностно-пластического деформирования до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхностно-пластическое деформирование осуществляют гидродробеструйной обработкой. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что гидродробеструйную обработку производят одновременно для нескольких колец, сжатых в пакет при нулевом зазоре в замке.