一种活塞环制造技术

一种活塞环，可广泛用于各种动力机械上，其包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；上环体和下环体均使用铁基合金作为制造材料，其中含有的钛、铜以及稀土元素对铁基合金进行了改性处理。同时，本申请还提供了活塞环的结构改进，通过所设置的凸台、凹槽、凸杆、小孔、大凹槽以及多层结构，使得到的活塞环具有良好的机械性能、较长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种活塞环，具体涉及一种用在各种动力机械上，例如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等机械上的活塞环，该活塞环可广泛用于汽车、火车、轮船、船艇、游艇、各种大型农用机械等多领域。
技术介绍
活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，活塞环分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体；机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环，它被装配到剖面与其相应的环形槽内。往复和旋转运动的活塞环，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。随着发动机转速的不断提高，传统的活塞环已经不能满足发动机的要求。发动机在工作过程中，其做功的功率相比较原有的发动机已经有较大幅度的提高，导致活塞环在槽中振幅加大，传统的活塞环强度已经不能满足性能需求，工作时常常会发生环口折断现象。现有技术通常使用铸铁作为活塞环的制造材料，例如现有技术一中所使用的铸铁，其由于其较高的硅含量以及磷、硫含量，已经不能满足发动机的使用要求。本申请的目的之一在于调节活塞环的成份，以使其机械性能得到提高。另外，传统结构的活塞顶环是通过径向切割被切开的。当活塞带着该顶环安装到气缸套内时，该环的两端有一定的距离，它随着该环的磨损而增加，因为该环切口的中心线随着该环的磨薄同时径向向外移动，因此，该环径便增大，环两端之间的间隙也增加。燃烧室内的燃气在环间隙处经气缸套和活塞之间的间隙可向下流动，且因该环隙随活塞顶环磨损而增加，该燃气直流也会增加，并使气缸套和活塞在该环隙附近区域热负荷增大，当发动机运转时，该活塞顶环通常会沿环槽圆周方向位移，但经验表明该顶环的移动可以停止，这会对对着该环隙的下面活塞环和气缸套造成大的热负荷。在顶环静止的情况下，增大的局部热负荷可促使裂纹产生和其它不希望的材料腐蚀。现有技术二提供了一种活塞环的改进方案，该技术方案提供一种大型二冲程发动机活塞的活塞顶环，在环上设有切口，以允许在装于活塞侧壁上的环槽内时该环的膨胀，该环的两端在切口处互相交搭，跟气缸壁接触的该环的外侧至少具有二条自该环上侧延伸到下侧的槽，该槽宽的总和达到环圆周的0.1-1％。然而，上述方案还存在如下问题：活塞顶环中，燃烧气体经由设于外周面的呈俯视U字形状或俯视时字形状的多个槽而发生窜气。因此，在槽内产生裂纹而活塞顶环发生折损，或随着活塞顶环磨损而槽的深度减小，使燃烧气体窜气的效果可能会消失。另外，活塞顶环中，设于外周面的槽的角可能会刮伤汽缸套的内壁面，或者在外周面实施耐磨损涂层时，该耐磨损涂层可能会从槽的角剥离。针对上述问题，现有技术三提供了一种活塞环的改进方案，其技术方案为：第一形态活塞环在一端部具备凸部，在另一端部具备凹部，并通过所述凸部和凹部来形成阶梯开口，其中，在所述凸部与所述凹部之间设有将作用于一侧面的气体向另一侧面引导的气体通路。根据所述第一形态的活塞环，作用于一侧面的气体通过气体通路而被导向另一侧面。然而，研究表明，上述方案仍然存在活塞环仍然在密封性和耐磨性方面存在缺陷。现有技术一：美国公开专利US5972128A。现有技术二：国际公开番号WO94/12815A。现有技术三：国际公开番号WO2012/117987A1。本申请要解决的问题之二在于提供一种活塞环结构上的的改进方案，一方面针对活塞环经常被应用在高温环境中由于承受高温影响活塞环的使用寿命的问题提出改进，另一方面针对高温环境下需要对高温中的活塞环有效导热进行改进，同时，针对活塞环使用过程的密闭性也一并提供了改进。
技术实现思路
针对上述所提到的现有技术问题之一，本申请的目的之一在于提供一种具备高性能的活塞环材料。一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口。活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0-3.2％，Si 2.0-2.2％，Mn 0.9-1.1％，Ti 0.06-0.20％，Cu 1.2-1.6％，Ni 0.6-1.2％，S 0.02-0.05％，P 0.03-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。优选方案为：一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口。活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0-3.1％，Si 2.0-2.1％，Mn 1.0-1.1％，Ti 0.06-0.15％，Cu 1.5-1.6％，Ni 0.7-1.1％，S 0.02-0.03％，P 0.03-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该技术方案相比较现有技术而言，在于调整其中合金化元素，即元素钛在材料中发挥细化晶粒组织的作用，同时作为弥散元素强化材料的耐磨性。元素铜一方面也可以细化组织，另一方面具有自润滑作用，即提高了活塞环的弹性，同时又增加了抗拉强度。针对现有技术所存在的技术问题之一，本申请还提供一种改进的技术方案。一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；其特征在于所述活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0-3.2％，Si 2.0-2.2％，Mn 0.9-1.1％，Ti 0.06-0.20％，Cu 1.2-1.6％，Ni 0.6-1.2％，RE0.4-0.8%，S 0.02-0.04％，P 0.03-0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。优选方案为：一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；其特征在于所述活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.1％，Si 2.0％，Mn 1.1％，Ti 0.19％，Cu 1.6％，Ni 1.1％，RE0.5%，S 0.03％，P 0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。优选方案为：RE是由元素镧(La)和元素铈(Ce)组成的混合稀土，两种元素的用量为1：1。作为优选方案，活塞环中所使用的稀土元素可以进一步细化晶粒，并降低材料中的磷和硫的含量，提高活塞环的韧性，减少断裂的风险。上述两种配方形成的活塞环上环体和下环体，保证了其足够的刚度和强度，有效提高发动机的运行寿命，减少整体结构损坏的机率。本申请的目的之二在于提供活塞环的结构改进，该改进方案在系列申请中也有详细的描述。同系列申请相同，结构的改进目的在于提高其耐磨性和导热性。一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口，活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量份数为：C 3.0-3.2％，Si 2.0-2.2％，Mn 0.9-1.1％，Ti 0.06-0.20％，Cu 1.2-1.6％，Ni 0.6-1.2％，S 0.02-0.05％，P 0.03-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。在上环体两端底面设有凸台，所述下环体两端顶面设有凹槽，所述凸台和凹槽配合连接，同时所述上环体下表面均匀设有若干凸杆，所述下环体上表面均匀设有若干小孔，所述凸杆可以插入小孔中形成连接，所述上环体和下环体内侧边缘还设有相互对称的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽组合起来形成大凹槽，所述大凹槽内设有密封垫圈。其中对于铁基合金的优选方案：C 3.0-3.1％，Si 2.0-2.1％，Mn 1.0-1.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；其特征在于所述活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0‑3.2％，Si 2.0‑2.2％，Mn 0.9‑1.1％，Ti 0.06‑0.20％，Cu 1.2‑1.6％，Ni 0.6‑1.2％，S 0.02‑0.05％，P 0.03‑0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；其特征在于所述活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0-3.2％，Si 2.0-2.2％，Mn 0.9-1.1％，Ti 0.06-0.20％，Cu 1.2-1.6％，Ni 0.6-1.2％，S 0.02-0.05％，P 0.03-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.一种活塞环，包括上环体和下环体，所述上环体和下环体均开有交叉开口；其特征在于所述活塞环上环体和下环体均为铁基合金，铁基合金的重量百分比份数为：C 3.0-3.2％，Si 2.0-2.2％，Mn 0.9-1.1％，Ti 0.06-0.20％，Cu 1.2-1.6％，Ni 0.6-1.2％，RE 0.4-0.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐思钊，
申请(专利权)人：唐思钊，
类型：发明
国别省市：北京;11