[发明专利]一种钢制活塞气环的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞环的加工方法，具体说是一种利用压力型线来加工单缸柴油机用的钢制活塞气环的加工方法。

背景技术

单缸柴油机活塞环目前全部采用铸铁材料，活塞环组的设计普遍采用“镀铬气环+磷化气环+整体油环或内衬弹簧油环”的组合。铸铁环虽然凭借其特有的石墨结构，提高了工作过程中的自润滑能力，但存在以下缺陷：①因受材料强度的限制，为保证工作及制造过程中不断裂，活塞环的尺寸设计的较大，从而导致整个环组的质量重，工作过程中惯性力大，活塞环动态稳定性差，机油耗高，难以满足排放的需要；②铸铁气环加工路线：铸造→磨平面→粗车外圆→切口→粗镗→修口→精车外圆→倒外角→修口→镀铬→修口→精镗→磨平面→珩磨外圆→修口→磨平面，可见铸铁环加工流程长、且成品率低、设备投资大，整个环组的制造成本高，难以适应市场竞争的需要。

随着技术的发展，需要一种活塞环薄、重量轻的活塞环-钢制活塞环。由于铸铁材料性能：弹性模量100000N/mm²，硬度HRB96-106抗弯强度≥350N/mm²；而钢材料的性能参数：弹性模量≈210000N/mm²，硬度HRC38-44材料具有可挠性。由于以上特点，在保证同等弹力的情况下，活塞环采用钢材料，通过几何尺寸调整可进一步减小环体质量，减小工作过程中的惯性力。

为了增强活塞气环的耐磨性，在加工过程中，需要对其表面进行氮化、镀铬等工艺处理，但是由于活塞环的结构原因，氮化或镀铬后的活塞环从定型胎棒上拆下后会出现缩口变形问题，从而导致产品的成品率低。如何减小氮化处理后的变形，是钢制活塞环加工方法中的一个噬待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一种钢制活塞气环的加工方法，其通过计算不同椭圆度要求的压力分布型线，并充分考虑氮化缩口造成的型线变化，对定型胎棒的尺寸加以改进，从而大大减小了氮化等程序处理后，气环的变形问题，提高了产品的成品率。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种钢制活塞气环的加工方法，它包括如下步骤：

绕制→去应力→剖口→定型→修口→磨平面→珩磨外圆→镀铬或氮化→修口→珩磨外圆→修口→磨平面；其中，所述的定型步骤为：将切口后的钢制圆环套在定型胎棒上，然后在炉中进行升温、保温处理后，再冷却至室温；所述定型胎棒的外圆极半径R(θ)满足下述条件，即R(θ)＝ρ(θ)-T；

定型胎棒的长径D长、短径D短分别满足以下条件：

D长＝2ρ(90°)-2T；D短＝ρ(180°)+ρ(0°)-2T

其中：ρ(θ)为活塞气环自由状态下外圆极半径，T为活塞气环径向厚度。

本发明中，所述的活塞气环外圆极半径ρ(θ)＝R+μ；

μ＝kk{1+(1-ζ)θsinθ/2+∑Ancosnθ/(n²-1)²-C1}；

C1＝(A3/64+A5/576+A7/2304+A9/6400+A11/14400)*Cosθ

ζ＝∑(-1)ⁿ An/(n²-1)

φ＝θ-η

η＝kk{θ-(1-ζ)θCosθ/2+(1-ζ)θsinθ+∑Ansinnθ/[n(n²-1)²]-C2}

C2＝(A3/64+A5/576+A7/2304+A9/6400+A11/14400)*sinθ

Kk＝2m/[3π(D-T)]

其中：R、θ为活塞气环工作状态半径、工作状态极角，活塞气环的开口对面的角度为0°，开口处角度为180°；

ρ(θ)、φ为活塞气环自由状态下外圆极半径、自由状态的极角；

μ为活塞环由自由状态压缩到工作状态的极半径径向位移量；

η为活塞环由自由状态压缩到工作状态的极角变化量；

kk为活塞环系数；

m：活塞环自由状态下开口；

T：活塞环径向厚度；

D：活塞环缸径；

An：为活塞环压力型线特征值。

有益效果：1、相比较铸铁气环工艺路线长，跨多车间加工，铸铁环工序综合成品率低，仅为80％，使用本发明的定型胎棒加工的钢质环气的综合成品率可达95％。

2、利用钢的可挠性特点，采用成型钢材绕制定型工艺，解决了铸铁材料繁琐的机加工工艺，缩短了制造周期，同时也减少了工序浪费，节约了工艺制造成本。

附图说明