СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА И КОМПРЕССИОННОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО
PRODUCTION OF PISTON RING AND COMPRESSION PISTON RING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу изготовления поршневого кольца в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Поршневые кольца изготавливаются из чугуна, стального литья или стальной проволоки. В настоящее время используются, в том числе, поршневые кольца с так называемыми самозатачивающимися соскребающими кромками в виде колец с выемкой и хромовыми покрытиями.
В DE 102007007961 A1 раскрыто поршневое кольцо, тело которого имеет огибающую, в основном, рабочую, верхнюю и нижнюю боковые, а также внутреннюю периферийную поверхности, причем зона перехода рабочей поверхности, по меньшей мере, в нижнюю боковую поверхность снабжена кромкой ≤0,1 мм, а на рабочую поверхность нанесен по меньшей мере один покрывающий PVD-слой ≤10 мм.
В DE 10359802 B3 описаны поршневое кольцо и способ его изготовления. Поршневое кольцо имеет снабженную профилем рабочую поверхность, а также верхнюю и нижнюю боковые поверхности, причем, по меньшей мере, на рабочую поверхность напылен слой таким образом, что ее участок имеет удаляемое покрытие, так что после напыления слоя и удаления покрытия между рабочей поверхностью и по меньшей мере одной из боковых поверхностей образуется, в основном, острая рабочая кромка.
В FR 1484253 описан родовой способ изготовления поршневых колец.
В GB 1441961 раскрыто поршневое кольцо, которое в зоне своей внешней рабочей поверхности покрыто слоем, имеющим твердые и мягкие компоненты.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создания альтернативного способа изготовления покрытых PVD-слоем поршневых колец, при осуществлении которого поршневое кольцо по сравнению с уровнем техники обладало бы лучшим соскребающим действием.
Эта задача решается за счет того, что на рабочую поверхность наносится покрывающий PVD-слой, причем при наличии покрывающего PVD-слоя он удаляется вплоть до основного материала рабочей поверхности с образованием перемычки.
Предпочтительные варианты способа приведены в зависимых пунктах формулы.
Кроме того, предложено компрессионное поршневое кольцо с самозатачивающейся соскребающей кромкой, изготовленное предложенным способом.
Благодаря предложенному способу, а именно созданию определенной конусности в зоне рабочей поверхности во взаимодействии по меньшей мере с одним износостойким слоем, можно достичь улучшения соскребающего действия поршневого кольца, в частности компрессионного поршневого кольца, таким образом, что образуется самозатачивающаяся соскребающая кромка (функциональная кромка), не подверженная опасности разрушения.
В зависимости от области применения поршневого кольца может быть целесообразным покрытие рабочей поверхности так называемой многослойной системой. Такие системы описаны, например, в DE 102006046915 B3.
Конусность рабочей поверхности выполняется предпочтительным образом механическим путем.
Освобожденная, в частности после цилиндрической обработки, ширина перемычки рабочей поверхности составляет, согласно другой идее изобретения, 0,05-0,45 мм.
Конусности, например 30-120 минут, выполняются в рабочей поверхности перед нанесением покрытия, причем действия не зависят от материала кольца.
Соскребающая кромка чугунных поршневых колец может быть выполнена острой (90°), или в зависимости от требования, скругленной с радиусом 0,1 мм.
У стальных колец зона соскребающей кромки может быть выполнена нитрированной или ненитрированной. В ненитрированном выполнении соскребающая кромка может быть выполнена острой (90°).
В случае нитрирования стальное кольцо может иметь, при необходимости, следующие выполнения:
- соскребающая кромка имеет радиальный уступ <0,1 мм, стальная перемычка и рабочая поверхность нитрированы, причем под покрывающим PVD-слоем отсутствует нитрированный слой;
- соскребающая кромка снабжается скосом <0,15 мм, стальная перемычка и рабочая поверхность нитрированы, причем в этом случае под покрывающим PVD-слоем остается нитрированный слой.
В зависимости от материала и случая применения могут быть получены, тем самым, поршневые кольца, в частности компрессионные поршневые кольца, покрытые по меньшей мере одним износостойким слоем, преимущественно PVD-слоем.
Если PVD-слой рассматривается уже как покрывающий слой, то в зоне соскребающей кромки он приблизительно цилиндрически удаляется вплоть до основного материала, в результате чего образуется перемычка задаваемой ширины.
Если нанесены несколько износостойких слоев, то покрывающий PVD-слой может быть сошлифован либо вплоть до основного материала рабочей поверхности, либо лишь настолько, чтобы под покрывающим PVD-слоем оставался по меньшей мере один износостойкий слой (например, нитрированный слой).
Обоим вариантам присуще то, что в любом случае образуется перемычка определенной ширины в зоне острой, скругленной или снабженной скосом соскребающей кромки.
Краткое описание чертежей
Объект изобретения изображен на примере его осуществления на чертежах и описан ниже.
На чертежах представлено:
- фиг.1: процесс изготовления поршневого кольца;
- фиг.2: различные варианты выполнения поршневого кольца, изготовленного предложенным способом;
- фиг.3: по меньшей мере, частично нитрированное и снабженное покрывающим PVD-слоем поршневое кольцо.
Осуществление изобретения
Фиг.1 содержит три изображения. Верхнее показывает в увеличенном виде тело 1 поршневого кольца, которое, как видно, имело сначала прямоугольную форму. Этот профиль сечения показывает следующие участки поршневого кольца: нижнюю 2 и верхнюю 3 боковые, внутреннюю периферийную 4 и рабочую 5 поверхности. Для получения острой соскребающей кромки 6 (функциональной кромки) в рабочей поверхности 5 на ее задаваемой высоте h механическим путем выполняется конусность 5′ (например, 100 минут). На следующем изображении видно тело 1, однако имеющее покрывающий PVD-слой 7, который в соответствии с заданным профилем 5′ осаждается на рабочей поверхности 5.
Нижнее изображение показывает, что для получения перемычки 8 заданной ширины h′ покрывающий PVD-слой 7 сошлифовывается вплоть до основного материала рабочей поверхности 5. Благодаря этому виду обработки образуется соскребающая кромка 6, которая за счет определенного расстояния h′ до покрывающего PVD-слоя 7 не подвержена опасности разрушения и в рабочем состоянии самозатачивается.
На фиг.1 показано, что PVD-слой 7 в качестве единственного износостойкого слоя образует одновременно покрывающий слой.
Фиг.2 также содержит три изображения, причем верхнее изображение показывает готовое поршневое кольцо 1′ в соответствии с нижним изображением. Ширина перемычки 8 составляет при этом 0,05-0,45 мм.
В зависимости от выбора материала поршневого кольца 1′ может быть целесообразным предусмотреть в зоне его соскребающей кромки 6 радиусы или фаски (скосы). Среднее изображение показывает поршневое кольцо 1′ с радиусом макс. 0,1 мм в зоне соскребающей кромки 6.
На нижнем изображении видна фаска/скос, которая/который под углом переходит в нижнюю боковую поверхность 2. Ширина перемычки уменьшается при этом макс. на 0,15 мм.
У стальных поршневых колец соскребающая кромка 6 может быть выполнена нитрированной или ненитрированной, причем предпочтительно в ненитрированном выполнении соскребающая кромка 6 выполняется острой (90°), как это показывает верхнее изображение фиг.2.
Фиг.3 также содержит три изображения, которые по контуру соответствуют фиг.2. В отличие от фиг.2 перемычка 8 и рабочая поверхность 5 нитрируются, прежде чем будет нанесен покрывающий PVD-слой 7. В этом случае процесс его сошлифовывания должен осуществляться так, чтобы со стороны перемычки сохранился нитрированный слой 9.
У нитрированных выполнений стального кольца могут быть предусмотрены показанные на других изображениях фиг.3 модификации соскребающей кромки 6. При этом боковые 2, 3, рабочая 5 и периферийная поверхности нитрированы, прежде чем будет нанесен покрывающий PVD-слой 7. После удаления покрывающего PVD-слоя 7 в зоне перемычки 8 под ним не остается нитрированный слой (верхнее изображение на фиг.3). Однако можно также осуществить удаление покрывающего PVD-слоя 7 в зоне перемычки 8 так, чтобы сохранилось ее желательное нитрирование (среднее и нижнее изображения на фиг.3).