[發(fā)明專利]粉末注射成形活塞環(huán)的設(shè)計制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510478187.0
• 申請日: 2015-08-07
• 公開（公告）號: CN105014080B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃若;曹寧;曹征;彭建國;米玖軍
• 申請（專利權(quán)）人: 黃若
• 主分類號: B22F5/02
• 分類號: B22F5/02;B22F3/22
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11465
• 代理人: 苗青盛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)、渦輪增壓器、往復(fù)式機(jī)械與一般機(jī)械密封技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種粉末注射成形活塞環(huán)的設(shè)計制造方法。

背景技術(shù)

活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)以及往復(fù)式機(jī)械如壓縮機(jī)等的關(guān)鍵零件，工作環(huán)境惡劣。內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)一般分為氣環(huán)與油環(huán)，氣環(huán)主要密封燃?xì)饧皾櫥?，需要直接接觸高溫燃燒氣體，在高溫高壓下與氣缸套形成內(nèi)燃機(jī)最重要的摩擦副、做相對往復(fù)摩擦運(yùn)動，對內(nèi)燃機(jī)熱力氣動性能與可靠性有重要影響，因此對其材料、形狀與尺寸精度要求極為嚴(yán)格；油環(huán)主要起密封潤滑油作用、工作溫度較低。當(dāng)活塞環(huán)應(yīng)用在渦輪增壓器上時，一般稱為密封環(huán)。密封環(huán)是渦輪增壓器的重要零件之一，依靠自身彈力漲緊在密封環(huán)槽中，渦輪端密封環(huán)一邊密封高溫燃?xì)?、另一邊密封潤滑油，并隨轉(zhuǎn)子軸軸向移動而作軸向移動，易失去彈性、過度磨損或腐蝕而導(dǎo)致失去密封作用，造成增壓器漏氣，漏油，直接影響增壓器的可靠性。正因?yàn)槿绱?，設(shè)計生產(chǎn)性能優(yōu)越的內(nèi)燃機(jī)氣環(huán)、渦輪增壓器渦輪端密封環(huán)等耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕的高要求活塞環(huán)（密封環(huán)，以下統(tǒng)稱為活塞環(huán)）一直是活塞環(huán)行業(yè)努力的目標(biāo)。內(nèi)燃機(jī)油環(huán)與渦輪增壓器壓氣機(jī)端密封環(huán)等主要采用鋼帶繞制工藝方法制造；內(nèi)燃機(jī)氣環(huán)與渦輪增壓器渦輪端密封環(huán)一般采用鑄造+機(jī)械加工方法制造，具體的方法有兩種：

（1）正圓法（熱定型法）：一般采用離心鑄造工藝，澆鑄出圓筒形多片、雙片或單片活塞環(huán)毛坯，然后在普通車床上切削加工，切割成單環(huán)、銑出開口；再進(jìn)行常規(guī)的車、銑、內(nèi)外圓磨削，并分別進(jìn)行熱穩(wěn)定、熱定型、熱固定等熱處理，以使活塞環(huán)自由開口尺寸符合要求、保持工作狀態(tài)（正圓）時活塞環(huán)具備設(shè)計彈力，確?；钊h(huán)既與氣缸壁面貼合完整、起到密封作用，又保證活塞環(huán)與氣缸壁面摩擦副運(yùn)動阻力小、磨損小，以提高內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械效率。整體正圓法的基本思想是機(jī)械加工工序在活塞環(huán)的“正圓”狀態(tài)下進(jìn)行，因此機(jī)加設(shè)備均為普通的車、銑、磨設(shè)備，環(huán)的工作彈力主要依靠熱處理工序獲得。

（2）橢圓法（仿形、靠模法）：一般采用離心鑄造工藝，澆鑄出圓筒形多片、雙片或單片活塞環(huán)毛坯，在普通車床上切削加工，切割成單環(huán)、銑出開口；然后在普通車床、磨床上進(jìn)行靠模切削加工，或者在專用仿形車床、仿形磨床上進(jìn)行“仿橢圓”加工，加工中可保持切口間隙為自由狀態(tài)尺寸，活塞環(huán)為橢圓形狀，一般再進(jìn)行一次熱處理即可。橢圓法的基本思想是加工中保持“橢圓”狀態(tài)，這樣就減少了多次熱處理工序，尺寸精度較易控制，但是需要專用設(shè)備或“仿形、靠模”工裝。離心鑄造一般用于尺寸較大一些（如直徑大于100mm）的活塞環(huán)筒體毛坯的生產(chǎn)；渦輪增壓器活塞環(huán)一般尺寸≤50mm，直接澆注為圓柱形棒，再切割成片，采用正圓法進(jìn)行加工。

眾所周知，由于傳統(tǒng)的“鑄造+機(jī)械切削”工藝存在以下問題：一是通過鑄造工藝生產(chǎn)的圓筒形毛坯，在機(jī)械加工后仍不可避免存在偏析、氣孔、沙眼、宿松等缺陷；二是材料利用率低，一般全制造過程中鑄造材料利用率不到50%，砂型鑄造材料利用率在30%以下；三是橢圓形活塞環(huán)需要采用多種仿形機(jī)床（車、磨）和靠模，生產(chǎn)效率低，制造成本高；再是對于直徑尺寸≤50mm的活塞環(huán)的毛坯不大適用離心鑄造，而只得用模型澆注而成。針對上述這些問題，人們一直在努力探尋新的制造工藝、新的材料。專利“2004100377023、一種粉末冶金活塞環(huán)及生產(chǎn)方法”采用粉末冶金傳統(tǒng)壓制（Pressure Molding，PM）成形工藝生產(chǎn)鐵基粉末活塞環(huán)，同時給出了成分組成，減少了部分機(jī)械加工工序，性能可望有所提高，但由于粉末及其壓制成形工藝成本高于鑄造成本，總成本并未有多少改善，因此采用壓制工藝來制造活塞環(huán)也是難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中活塞環(huán)制造生產(chǎn)存在的問題，本發(fā)明提供一種可大幅度提高材料利用率、提高產(chǎn)品性能與生產(chǎn)效率，可設(shè)計三維復(fù)雜形狀的、自由狀態(tài)下呈橢圓形狀的活塞環(huán)，應(yīng)用粉末注射成形技術(shù)直接成形，不需要專用設(shè)備或“仿形、靠?！惫ぱb、一般不需要熱處理，只需進(jìn)行少許磨削加工即可制成組織均勻、尺寸精度高的活塞環(huán)產(chǎn)品的粉末注射成形活塞環(huán)的設(shè)計制造方法。

本發(fā)明要解決的問題所采取的技術(shù)方案是：所述粉末注射成形活塞環(huán)的設(shè)計制造方法，它包括以下步驟：

（1）根據(jù)活塞環(huán)產(chǎn)品技術(shù)要求，設(shè)計自由狀態(tài)下活塞環(huán)的橢圓方程，即給出活塞環(huán)二維或三維橢圓方程、給出自由開口間隙尺寸；

（2）利用計算機(jī)對所設(shè)計的橢圓形活塞環(huán)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變、摩擦磨損進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計與工程分析；

（3）根據(jù)橢圓形活塞環(huán)產(chǎn)品技術(shù)要求，設(shè)計選用粉末材料、設(shè)計粉末與粘接劑配比，經(jīng)混煉、造粒，制成注射用喂料；