Способ изготовления поршневого кольца и компрессионное поршневое кольцо

Авторы патента:

ЭССЕР Петер-Клаус (DE)

ГИЛЛЕН Юрген (DE)

F16J9/26 - характеризующиеся использованием определенных материалов

Владельцы патента RU 2559209:

ФЕДЕРАЛ-МОУГАЛ БУРШАЙД ГМБХ (DE)

Группа изобретений относится к способу изготовления поршневого кольца, при котором в металлическом теле, по меньшей мере имеющем радиально внешнюю рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность и проходящие между ними верхнюю и нижнюю боковые поверхности, в зоне выполненной приблизительно цилиндрической рабочей поверхности выполняется определенная конусность, по меньшей мере рабочая поверхность покрывается по меньшей мере одним износостойким слоем, а образующий соскребающую кромку участок по меньшей мере одного износостойкого слоя, по меньшей мере, частично удаляется, в основном цилиндрически с образованием перемычки задаваемой ширины. На рабочую поверхность наносят покрывающий PVD-слой, причем при наличии покрывающего PVD-слоя его удаляют, вплоть до основного материала рабочей поверхности, образуя перемычку. Изобретение повышает надежность поршневого кольца. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

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).

1. Способ изготовления поршневого кольца (1′), при котором в металлическом теле (1), по меньшей мере имеющем радиально внешнюю рабочую поверхность (5), радиально внутреннюю периферийную поверхность (4) и проходящие между ними верхнюю и нижнюю боковые поверхности (2, 3), в зоне выполненной приблизительно цилиндрической рабочей поверхности (5) выполняют определенную конусность (5′) по меньшей мере рабочую поверхность (5) покрывают по меньшей мере одним износостойким слоем (7), а образующий соскребающую кромку (6) участок по меньшей мере одного износостойкого слоя (7), по меньшей мере, частично удаляют, в основном цилиндрически, образуя перемычку (8) задаваемой ширины (h′), отличающийся тем, что на рабочую поверхность (5) наносят покрывающий PVD-слой (7), причем при наличии покрывающего PVD-слоя (7) его удаляют, вплоть до основного материала рабочей поверхности (5), образуя перемычку (8).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере участки конической рабочей поверхности (5) нитрируют, а затем на нее наносят покрывающий PVD-слой (7).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что зону соскребающей кромки (6) выполняют нитрированной или ненитрированной.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что соскребающую кромку (6) выполняют острой.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что соскребающую кромку (6) выполняют со скруглением, переходящим в соответствующую боковую поверхность (2) с радиусом макс. 0,2 мм.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что соскребающую кромку (6) выполняют со скосом, переходящим в соответствующую боковую поверхность (2) под углом >30°.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что тело (1) изготавливают из чугуна, стального литья или стальной проволоки.

8. Компрессионное поршневое кольцо, изготовленное способом по одному из пп.1-7.

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу, с износостойким покрытием, а также к цилиндропоршневой группе. Скользящий элемент имеет износостойкое покрытие, содержащее в направлении изнутри наружу слой CrN, слой Me(CхNу), где Ме представляет собой вольфрам, хром, титан или кремний, при этом х и у находятся в диапазоне 0-99 атомных процентов, за исключением слоя чистого хрома, и слой алмазоподобного углерода (DLC-слой), который состоит из нижнего металлосодержащего DLC-слоя и не содержащего металл верхнего DLC-слоя, при этом твердость CrN-слоя составляет 1100-1900 НV.

Элемент скольжения с открытой функциональной поверхностью // 2520908

Группа изобретений относится к деталям скольжения двигателя внутреннего сгорания. Деталь содержит основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия.

Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием // 2520858

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу с покрытием по меньшей мере на одной поверхности скольжения, которое в направлении изнутри наружу содержит адгезионный слой (10), металлосодержащий, предпочтительно содержащий вольфрам, DLC-слой (12) и не содержащий металла DLC-слой (14).

Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента // 2520245

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу, имеющему покрытие по меньшей мере на одной поверхности скольжения, и к способу получения скользящего элемента.

Скользящий элемент // 2519181

Изобретение относится к скользящему элементу двигателя внутреннего сгорания, в частности поршневому кольцу. Указанный скользящий элемент выполнен с покрытием, которое представляет собой алмазоподобное покрытие типа ta-C с изменяющимися по его толщине внутренними напряжениями и тем самым с, по меньшей мере, одним градиентом внутреннего напряжения.

Элемент скольжения // 2518823

Изобретение относится к элементу скольжения двигателя внутреннего сгорания, в частности поршневому кольцу. Элемент скольжения содержит DLC-покрытие типа ta-C, имеющее, по меньшей мере, один градиент внутреннего напряжения, причем в средней области (II) покрытие в направлении снаружи вовнутрь имеет отрицательный градиент внутреннего напряжения, который, предпочтительно, меньше, чем в области (III), расположенной внутри.

Поршневое кольцо // 2284428

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ДВС для уплотнения зазора в цилиндропоршневой группе. .

Износостойкий элемент скольжения // 2245472

Изобретение относится к износостойким элементам скольжения и может найти применение при изготовлении поршневых колец и гильз цилиндров для двигателей внутреннего сгорания.

Шатунно-поршневая группа компрессора // 2123612

Изобретение относится к устройствам поршневых машин, например к компрессорам. .

Уплотнение // 1828965

Способ изготовления поршневого кольца и компрессионное поршневое кольцо // 2559210

Изобретение относится к способу изготовления поршневого кольца, при котором в металлическом теле, имеющем радиально внешнюю рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность и проходящие между ними боковые поверхности, со стороны рабочей поверхности выполняется выемка. По меньшей мере, дно выемки снабжается отличающимся от цилиндрической формы контуром, рабочая поверхность, включая выемку, покрывается, по меньшей мере, одним износостойким слоем, а образующий соскребающую кромку участок, по меньшей мере, одного износостойкого слоя, по меньшей мере, частично удаляется с образованием перемычки задаваемой ширины. По меньшей мере, участки рабочей поверхности и/или выемки нитрируют, а затем на рабочую поверхность наносят покрывающий PVD-слой или многослойную систему. Изобретение улучшает действие соскребающей кромки и позволяет обеспечить ее самозатачиваемость. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления поршневых колец // 2577642

Изобретение относится к способу изготовления стального поршневого кольца (1′) с износоустойчивым покрытием (8, 9) для двигателя внутреннего сгорания, при котором формируют базовое тело (1), предназначенное для образования камеры (2) в двигателе внутреннего сгорания стороной рабочей поверхности (3). В области перехода боковой поверхности (5) базового тела (1) в рабочую поверхность (3) формируют фаску (7), при этом рабочую поверхность (3) и по меньшей мере части фаски (7) покрывают износоустойчивым покрытием (8, 9). Не покрытые износоустойчивым покрытием (8, 9) окружные области (4) и области боковых поверхностей (5, 6) базового тела (1) нитрируют с обеспечением в расположенной на стороне фаски боковой поверхности (5) участка (а) заданной ширины, не содержащего нитрационного покрытия (10), и затем сошлифовывают износоустойчивое покрытие (8, 9) с образованием в области перехода боковой поверхности (5) в рабочую поверхность (3) острой, не подвергнутой нитрированию, функциональной фаски (11). Компрессионное стальное поршневое кольцо с износоустойчивым покрытием для двигателя внутреннего сгорания изготовлено вышеуказанным способом. Обеспечивается изготовление имеющего износоустойчивое покрытие стального поршневого кольца с острой функциональной кромкой в рабочей поверхности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

Поршневое кольцо, имеющее комбинированное покрытие // 2579537

Изобретение относится к поршневому кольцу, содержащему основной элемент поршневого кольца, изготовленный из материала с первым коэффициентом теплового расширения, слой защиты от износа, который расположен на наружной поверхности поршневого кольца в радиальном направлении и изготовлен из материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, меньший, чем первый коэффициент теплового расширения. Поршневое кольцо дополнительно содержит промежуточный слой, который расположен между основным элементом поршневого кольца и слоем защиты от износа, причем промежуточный слой изготовлен из материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения, больший, чем первый коэффициент теплового расширения. Изобретение улучшает распределение радиального прижимного усилия поршневого кольца. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Элемент скольжения, в частности, поршневое кольцо с нанесенным покрытием // 2585603

Изобретение относится к элементу скольжения, используемому в двигателе внутреннего сгорания, имеющему по меньшей мере на одной поверхности износоустойчивое покрытие. Износоустойчивое покрытие содержит изнутри в направлении наружу адгезионный слой (10), металлосодержащий а-С:Н:Ме DLC-слой (12) и свободный от металла а-С:Н DLC-слой (14, 16), где а-С - аморфный углерод, Н - водород, Me - металл, причем свободный от металла DLC-слой по меньшей мере на отдельных участках легирован азотом. Содержание азота в свободном от металла DLC-слое градуировано с образованием перехода от легированного участка к нелегированному участку и превышает 5 ат.% и/или максимально составляет 40 ат.%. Обеспечивается элемент скольжения, который усовершенствован в отношении сочетания коэффициентов трения и свойств, обеспечивающих износоустойчивость. 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Поршневое кольцо, применение поршневого кольца и способ нанесения защитного покрытия для поршневого кольца // 2600819

Изобретение относится к поршневому кольцу, его применению и способу его изготовления. Поршневое кольцо (1) выполнено с основой (10) и нанесенным на нее защитным покрытием от износа (20), которое имеет, по меньшей мере, первый элемент, точка плавления которого составляет Tm≤700°C. В защитное покрытие от износа (20) включен, по меньшей мере, второй элемент с точкой плавления Tm>760°C. В защитном покрытии от износа имеются вкрапления (30) с диаметром (D), которые содержат, по меньшей мере, первый элемент, причем, по меньшей мере, 90% вкраплений (30) имеют величину 1 µм≤D≤10 µм. Способ изготовления защитного покрытия от износа (20) с помощью дугового метода испарения предусматривает, что материал накопительного электрода имеет, по меньшей мере, первый элемент с точкой плавления Tm≤700°C и, по меньшей мере, второй элемент с точкой плавления Tm>760°C, причем второй элемент включен в материал накопительного электрода в таком количестве, что точка плавления (Tm) материала накопительного электрода составляет ≥1000°C. Изобретение повышает надежность устройства за счет уменьшения собственного износа поршневого кольца и сопряженных элементов устройства. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 18 ил.

Поршневое кольцо со слоем из хрома и твердых частиц для защиты от износа и коррозионностойкой боковой поверхностью // 2613819

Изобретение относится к поршневому кольцу, способу его изготовления и двигателю внутреннего сгорания, содержащему упомянутое поршневое кольцо. Поршневое кольцо содержит основную часть из хромистой стали с более чем 10% по массе хрома, имеющую внутреннюю периферийную поверхность, первую боковую поверхность, вторую боковую поверхность и внешнюю периферийную поверхность. На первой боковой поверхности оно содержит азотированный диффузионный слой толщиной 5-300 мкм, расположенный непосредственно над ним азотированный соединительный слой толщиной 0,5-15 мкм и расположенный непосредственно над ним оксидный слой толщиной 0,05-3 мкм. На второй боковой поверхности оно содержит азотированный диффузионный слой. На внешней периферийной поверхности оно содержит азотированный диффузионный слой и расположенный над ним слой из хрома и твердых частиц, в котором объемное содержание твердых частиц составляет 0,1-30% относительно общего объема указанного слоя. Способ изготовления указанного поршневого кольца, в котором металлическую основную часть поршневого кольца, имеющую внутреннюю периферийную поверхность, первую боковую поверхность, вторую боковую поверхность и внешнюю периферийную поверхность, подвергают комбинированному процессу азотирования-окисления в атмосфере, содержащей по меньшей мере одно азотное соединение, с нагревом по меньшей мере до 300°С. Затем подают воздух и охлаждают поршневое кольцо в присутствии воздуха. В результате чего по меньшей мере на первой боковой поверхности, второй боковой поверхности и внешней периферийной поверхности получают азотированный диффузионный слой, расположенный над ним азотированный соединительный слой и расположенный над ним оксидный слой. Поршневое кольцо помещают в водный электролит, содержащий хром в ионной форме и твердые частицы, и по меньшей мере на внешнюю периферийную поверхность электрохимически осаждают слой из хрома и указанных твердых частиц. Обеспечивается получение поршневого кольца с высокоизносостойкой внешней периферийной поверхностью и боковой поверхностью, которая одновременно имеет высокую твердость и высокую коррозионную устойчивость. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Поршневое кольцо с увеличенной усталостной прочностью для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления поршневого кольца // 2633734

Изобретение относится к поршневому кольцу (2) с повышенной усталостной прочностью из пластически деформируемого материала. Поршневое кольцо (2) содержит рабочую поверхность (4), которая сверху ограничена верхней кромкой (3) рабочей поверхности, а снизу - нижней кромкой (1) рабочей поверхности. Вдоль по меньшей мере части окружной периферии поршневого кольца в верхней кромке (3) рабочей поверхности и/или в нижней кромке (1) рабочей поверхности созданы напряжения сжатия, причем эти напряжения сжатия созданы посредством роликового выглаживания. Изобретение повышает усталостную прочность поршневого кольца. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Элемент скольжения, в частности, поршневое кольцо со стойким покрытием // 2634811

Изобретение относится к элементу скольжения для двигателя внутреннего сгорания, снабженному износостойким покрытием (10), которое находится на по меньшей мере одной ходовой поверхности элемента скольжения, причем покрытие (10) изнутри наружу имеет карбидный или нитридный слой (16), расположенный на нем карбидсодержащий DLC-слой (17), расположенный на предыдущем слое свободный от металла PVD-DLC-слой (22) и размещенный на предыдущем слое свободный от металла PACVD-DLC-слой (18). В частном случае осуществления изобретения элемент скольжения представляет собой поршневое кольцо. Обеспечивается элемент скольжения, улучшенный в отношении комбинации из коэффициентов трения и износостойких свойств. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.