專利名稱：具有滲氮表面層的兩部件潤滑油控制環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固定在內(nèi)燃機活塞環(huán)槽中的潤滑油控制環(huán)，具體地說，本發(fā)明涉及一種兩部件潤滑油控制環(huán)，其具有一個螺旋膨脹件和一個具有滲氮表面層的環(huán)體。
背景技術：
裝在潤滑油控制環(huán)中的各種螺旋膨脹件已廣泛地用于大多數(shù)柴油機中。如圖6所示，一種典型的兩部件潤滑油控制環(huán)包括一個環(huán)體1和一個螺旋膨脹件2，環(huán)體1的內(nèi)表面3上設有一個環(huán)形槽4，螺旋膨脹件2固定在環(huán)體1的環(huán)形槽4中。環(huán)體1包括上橫梁5、下橫梁6和連接上和下橫梁5、6的腹板7，從而形成一個大致為M形的截面。腹板7上設有多個開孔8，以便使?jié)櫥土鬟^開孔8。
在上和下橫梁5、6的外周表面以及具有環(huán)槽4的環(huán)體1的內(nèi)周表面上設有抗磨損表面層，在圖中未示出。螺旋膨脹件2可產(chǎn)生彈性力，以便將上和下橫梁5、6的每個外周表面彈性地向一個未示出的缸的內(nèi)壁推。根據(jù)可變形的環(huán)體1工作時與缸的內(nèi)周表面相吻合的能力、潤滑油控制環(huán)的切向力、在固定到活塞上的槽中時在環(huán)體1上所產(chǎn)生的應力、以及將線材制成環(huán)形時的工作應力和可加工性來確定環(huán)體1的橫截面形狀，從而使?jié)櫥涂刂骗h(huán)所具有的主要作用是將適量的潤滑油施加到缸的內(nèi)表面上。為了滿足柴油機的高功率和低燃油消耗的要求，取代鑄鐵，環(huán)體由鋼制成，并且，通過滲氮來代替鍍硬鉻形成抗磨損表面層，從而提高環(huán)體的抗磨損和抗塑性變形的性能。
JP6-336951A公開了一種潤滑油控制環(huán)，其具有由17％的鉻不銹鋼制成的環(huán)體，環(huán)體的外和內(nèi)周表面上形成有離子氮化層。在加工這種具有離子氮化層的潤滑油控制環(huán)時，采用拉拔工藝來生產(chǎn)具有給定的普通橫截面形狀的異型線材，然后通過沖壓在線材的腹板上形成多個開孔。然后，將線材制成螺旋形并切割成環(huán)體，對環(huán)體的外周表面進行研磨，對環(huán)體的上和下表面進行磨削，并對環(huán)體的整個周邊表面或必要的區(qū)域進行滲氮。滲氮之后，以類似的方式對環(huán)體進行磨削，從而制成最終形狀的潤滑油環(huán)。
最近，人們進行了一些嘗試利用鉻含量低于17％重量百分比的低鉻不銹鋼來制造兩部件潤滑油控制環(huán)，以便降低制造成本。但是，這種潤滑油控制環(huán)的缺點是由于滲氮過程中會在由低鉻不銹鋼制成的M形或I形環(huán)體的內(nèi)和外滲氮層中產(chǎn)生不平衡應力，因此，在滲氮過程中和滲氮之后進行滲氮擴張時，環(huán)體的圓形度或環(huán)形度會由于發(fā)生翹曲而顯著地降低。當滲氮層線材于M形或I形環(huán)體1的整個周邊表面上時，滲氮層就會擴張而在滲氮層中產(chǎn)生壓應力，因而在基材中產(chǎn)生拉應力并在環(huán)體1的內(nèi)和外周邊側(cè)面上附帶產(chǎn)生變形。如果外周邊側(cè)面上所產(chǎn)生的變形大于其內(nèi)周邊側(cè)面上所產(chǎn)生的變形，則外周邊側(cè)面就必然比內(nèi)周邊側(cè)面膨脹的長度要長，從而使環(huán)體1的端部朝其內(nèi)周邊側(cè)面變形。當在這種變形的環(huán)體的周邊表面上進行研磨時，環(huán)體的端部就會由于滲氮變形而不能被均勻地進行研磨。當環(huán)形度下降的潤滑油控制環(huán)固定到活塞上時，缸的內(nèi)表面和潤滑油環(huán)的外周表面之間就會產(chǎn)生間隙或縫隙，從而使燃油消耗增大。否則，當整個外周表面被研磨成環(huán)體所需的周邊環(huán)形度時，通過研磨就會將滲氮層除去，因此，滲氮之后，就要限制對環(huán)體進行研磨，或者必須非常小心地進行研磨。另外，還發(fā)現(xiàn)降低了鉻含量就會降低環(huán)體的抗蠕變性。
圖5示出了研磨量和研磨時間成比例的關系。術語“研磨”在此表示利用研磨劑對環(huán)體進行拋光、磨削、打磨、擦洗或擦磨，以便在制造過程中調(diào)整或補償尺寸誤差或提高表面光潔度。例如，70微米厚度的滲氮層在經(jīng)過105秒的研磨處理后就可被徹底去除掉。因此，研磨時間應當在105以內(nèi)，以確保在環(huán)體1的整個外周表面上留有滲氮層，從而使環(huán)體1滲氮層的研磨輪廓與缸的內(nèi)表面接觸?，F(xiàn)有技術的17％鉻不銹鋼環(huán)體在內(nèi)和外滲氮層產(chǎn)生類似的不平衡應力，但滲氮只體現(xiàn)出極小的應變量，因為17％鉻不銹鋼具有較高的機械強度，且環(huán)體的整個周邊表面可通過通常的方法進行研磨，而不會有任何實質(zhì)性的問題。但是，17％鉻不銹鋼仍然存在成本問題。
本發(fā)明的目的是提供一種兩部件潤滑油控制環(huán)，其環(huán)體可保持周邊環(huán)形度并使環(huán)體上的滲氮層經(jīng)得起研磨。本發(fā)明的另一個目的是提供一種兩部件潤滑油控制環(huán)，在滲氮層形成于其環(huán)體表面上時，環(huán)體可控制或抑制所產(chǎn)生的變形量。本發(fā)明的再一個目的是提供一種兩部件潤滑油控制環(huán)，其環(huán)體由低鉻不銹鋼制成。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的兩部件潤滑油控制環(huán)包括一個大致呈M形或I形截面的環(huán)體(1)和一個螺旋膨脹件(2)，環(huán)體(1)的內(nèi)表面(3)上具有環(huán)形槽(4)，螺旋膨脹件(2)固定在環(huán)體(1)的環(huán)形槽(4)中，以便可彈性地將環(huán)體(1)推向缸的內(nèi)壁。環(huán)體(1)包括上和下橫梁(5、6)以及連接上和下橫梁(5、6)的腹板(7)，腹板(7)上設有多個可供潤滑油流過的開孔(8)。環(huán)體(1)由包含3.0-13.0％重量百分比鉻的不銹鋼制成，其外和內(nèi)周表面(11、12)上覆蓋有滲氮層(14、15)。環(huán)體(1)橫截面上的外邊界面(周邊)長度(Y0)與內(nèi)邊界面(周邊)長度(Yi)的環(huán)形比值(τ)(circular ratio)為1.08-1.32，以保持環(huán)體(1)具有精確的周邊環(huán)形度，并且，滲氮所產(chǎn)生的應變或變形極小，從而使?jié)B氮層(14、15)可經(jīng)得起對環(huán)體(1)所進行的研磨。

本發(fā)明上述的目的和優(yōu)點可從下面結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例所進行的描述中清楚地得出，其中圖1是用于本發(fā)明兩部件潤滑油控制環(huán)的帶滲氮層的環(huán)體的透視圖；圖2是大致呈M形的環(huán)體的橫截面圖；圖3是大致呈I形的環(huán)體的橫截面圖；圖4表示研磨時間和變化的外與內(nèi)表面長度比例之間的關系；圖5表示研磨量和研磨時間之間的比例關系；圖6是用于現(xiàn)有技術的兩部件潤滑油環(huán)的環(huán)體的橫截面圖。
具體實施方式
圖1示出了用于本發(fā)明潤滑油控制環(huán)的環(huán)體1。環(huán)體1由含有3.0-13.0％重量百分比的鉻的不銹鋼制成，并涂覆有滲氮層13，滲氮層13包括位于環(huán)體1的外周表面11上的外滲氮層14和位于內(nèi)周表面12上的內(nèi)滲氮層15。與圖6所示的現(xiàn)有技術的潤滑油控制環(huán)類似，圖1所示的環(huán)體1設有多個開孔8，潤滑油可通過開孔8。環(huán)體1的寬度B為1.2-2.0mm，厚度t為1.2-2.0mm，環(huán)槽脊(橫梁)寬度l0為0.15-0.22mm，環(huán)槽深度t0為0.5-0.75mm。
環(huán)體1的滲氮擴張使外和內(nèi)滲氮層14和15產(chǎn)生不同的變形，從而使環(huán)體1產(chǎn)生翹曲，而且必須平衡由外和內(nèi)滲氮層14、15的滲氮擴張所引起的壓縮力，以便控制或約束環(huán)體1的變形或翹曲。
假定ΔFo和ΔFi分別表示在環(huán)體1的一個假想截面線m-n上的每個微小面積ΔAo和ΔAi上所產(chǎn)生的外和內(nèi)切向力，而Lo和Li表示從中間應力軸線N(Neutral Stress Axis)到微小面積ΔAo和ΔAi的中點的距離，如果作用在微小面積ΔAo和ΔAi上的總力矩或合成力矩基本上相等，那么，在環(huán)體1上就不會產(chǎn)生變形，如下述公式(1)所示∑(ΔFo×Lo)＝∑(ΔFi×Li)(1)在此情況下，從中間應力軸線N到微小面積ΔAo和ΔAi的中點的距離Lo和Li不相等(Lo≠Li)。假定k＝∑Lo/∑Li，方程(1)就可變?yōu)榉匠?2)k∑ΔFo＝∑ΔFI(2)由于滲氮層擴張所產(chǎn)生的力與滲氮層的面積成正比，如果外和內(nèi)滲氮微小面積表示為ΔAo和ΔAi，則方程(2)就可變?yōu)榉匠?3)。而且，假定Ao和Ai分別表示外和內(nèi)滲氮總面積，方程(3)就可改寫為方程(4)。另外，假定Yo和Yi表示滲氮層厚度恒定為t時，環(huán)體1橫截面上的外和內(nèi)滲氮區(qū)域的邊界面(周邊)長度，就可得出Ao＝Yo×t和Ai＝Yi×t。如果這些方程代入方程(4)，就可得到方程(5)。
k∑ΔAo＝Δ∑Ai(3)kAo＝Ai(4)kYo＝Yi(5)
因此，這些方程表明環(huán)體1在橫截面上的外邊界面(周邊)長度與內(nèi)邊界面(周邊)長度的比值應當是恒定的，以便控制或抑制由滲氮所產(chǎn)生的變形。
實施例為了對本發(fā)明的潤滑油控制環(huán)進行測試，制備9種具有不同橫截面的環(huán)體，并用研磨劑進行研磨，直到每個環(huán)體的整個外周表面上形成研磨輪廓，測量研磨時間并檢測研磨滲氮層的狀態(tài)。測試結果如下表所示，其中符號表示如下B(mm)環(huán)體寬度；t(mm)環(huán)體厚度；l0(mm)環(huán)槽脊(橫梁)寬度；l(mm)橫梁之間的長度；t0(mm)槽的深度；θ(度)橫梁傾角；τ環(huán)體1橫截面上的外邊界面(周邊)長度Yo與內(nèi)邊界面(周邊)長度Yi的環(huán)形比值(circular ratio)；T(秒)研磨時間；A全部滲氮層經(jīng)不起研磨；P全部滲氮層經(jīng)受住研磨。表測試結果
試樣編號為1-8的環(huán)體制成圖2所示的具有環(huán)形凹槽4的M形，試樣編號為9的環(huán)體制成圖3所示的具有傾斜槽4的I形。測試結果表明試樣1和6的全部滲氮層都沒有了，因為它們已被研磨掉了，而試樣2-5和7-9在進行了研磨之后仍留有滲氮層，從而在環(huán)體的整個外周表面上形成研磨輪廓。圖4示出了該表的結果，其清楚地表明環(huán)體1橫截面上的外邊界面(周邊)長度Yo與內(nèi)邊界面(周邊)長度Yi的比值τ應當為1.08-1.32，最好是1.0-1.3，其具有如下的優(yōu)點〔1〕在滲氮之后，可在環(huán)體1的外和內(nèi)滲氮層14、15中所產(chǎn)生的力之間保持動力平衡。
〔2〕滲氮之后，環(huán)體產(chǎn)生較小的應變或幾乎不產(chǎn)生應變，從而保持精確的周邊環(huán)形形狀。
〔3〕由于環(huán)體1變形極小，滲氮層的研磨輪廓可經(jīng)得起在環(huán)體1外表面上所進行的研磨。
〔4〕可縮短外和內(nèi)滲氮層14、15的研磨時間。
〔5〕便于進行研磨。
〔6〕可提高潤滑油環(huán)的生產(chǎn)率。
權利要求
1.一種兩部件潤滑油控制環(huán)包括一個大致呈M形或I形截面的環(huán)體和一個螺旋膨脹件，環(huán)體的內(nèi)表面上具有環(huán)形槽，螺旋膨脹件固定在環(huán)體的環(huán)形槽中，以便可彈性地將環(huán)體推向缸的內(nèi)壁，所述環(huán)體包括上橫梁、下橫梁和連接所述上和下橫梁的腹板，所述腹板上設有多個可供潤滑油流過的開孔，所述環(huán)體由包含3.0-13.0％重量百分比鉻的不銹鋼制成，其外和內(nèi)周表面上覆蓋有滲氮層，環(huán)體橫截面上的外邊界面長度與內(nèi)邊界面長度的環(huán)形比值為1.08-1.32。
2.根據(jù)權利要求1所述的兩部件潤滑油控制環(huán)，其中，所述的外邊界面長度與內(nèi)邊界面長度的環(huán)形比值為1.1-1.3。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的兩部件潤滑油控制環(huán)，其中，所述環(huán)體的寬度為1.2-2.0mm，其厚度為1.2-2.0mm，環(huán)槽脊寬度為0.15-0.22mm，環(huán)形槽深度為0.5-0.75。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兩部件潤滑油控制環(huán)，其包括一個大致呈M形或I形截面的環(huán)體(1)和一個螺旋膨脹件(2)，環(huán)體(1)的內(nèi)表面(3)上具有環(huán)形槽(4)，螺旋膨脹件(2)固定在環(huán)體(1)的環(huán)形槽(4)中，以便可彈性地將環(huán)體(1)推向缸的內(nèi)壁。環(huán)體(1)由包含3.0－13.0％重量百分比鉻的不銹鋼制成，其外和內(nèi)周表面(11、12)上覆蓋有滲氮層(14、15)。環(huán)體(1)橫截面上的外邊界面(周邊)長度(Y
文檔編號F16J9/20GK1473249SQ02802811
公開日2004年2月4日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權日2001年8月31日
發(fā)明者瀧澤昭義, 片山信夫, 夫 申請人:里肯株式會社