1、1第1页，共22页。作为高温高压工况下的运动件，随着活塞的往复运动，内燃机活塞环主要作用表现为：防止燃烧室内高温高压气体下窜至曲轴箱、将活塞和燃烧室的热量传导至汽缸壁、控制机油的消耗量以及在活塞换向时防止活塞头部撞击气缸（如图一所示）；活塞环在随活塞做上下往复运动的同时，还会自身做周向运动以更好地适应缸套及避免卡死在环槽中。简明概括如下：1密封 图a 2热传导 图a 3控制机油耗 图a 4支撑活塞 图 b 图a图b2第2页，共22页。棱边、内外表面和侧面的名称棱边、内外表面和侧面的名称3第3页，共22页。1、铸铁4第4页，共22页。2、钢材(55CrSi)5第5页，共22页。随着材料及表面处理
2、的不同,各种活塞环的加工工艺流程也不尽相同.以下简要介绍一下最常见的两种活塞环氮化钢环和镀铬铸铁环的工艺流程活塞环加工工艺流程16第6页，共22页。镀铬铸铁环镀铬铸铁环活塞环加工工艺流程27第7页，共22页。举例说明：举例说明：下面以某公司生产的第二道活塞环为例进行具体说明活塞环加工工艺 工艺路线描述：工艺路线描述：毛坯铸造双体磨削割片粗磨侧面调质处理粗磨侧面校平中磨侧面精磨侧面清洗脱脂中间检查内外仿形切向扩口修口及去开口毛刺精磨侧面清洗脱脂涂色标理环成形车外圆理环修口去开口毛刺去内圆毛刺磷化精磨侧面确认珩磨清洗脱脂理环喷色标中间检查脱磁磷化理环激光打标终检上油包装截面形状描述：合金铸铁材质磷
3、化矩形锥面截面形状图8第8页，共22页。按照上述按照上述第二道活塞环第二道活塞环工艺路线介绍加工设备和工序目的：工艺路线介绍加工设备和工序目的：1、毛坯铸造：采用中频炉熔炼、环模型板型砂造型，然后浇注，目的是制 造出工艺设计的毛坯。2、双体磨削：采用卧式磨床，消除铸造端面的缺陷。3、割片：有几种方法：可以采用进口的活塞环双体割片专用机床，割片 后环高精度高、变形小，但单片成本高；也可以采用普通车床车削，割片环高精度略差、变形稍大，但是单片成本低，目前多数厂家都采用该种割片方法，目的是消除环高中间部位的铸造缺陷。4、调质处理:采用热处理炉，按照不同的材质，采用不同的温度使得活塞环被处理后得到合格
4、的金相组织和硬度。5、校平：采用压板装夹，校平专用炉，目的是减少毛坯及割片所造成的环高方向的变形。6、中磨侧面：采用卧式磨床，除掉热处理后活塞环端面的氧化或其它改变产生的物质。7、精磨侧面：采用双端面专用磨床，使磨削后的环高接近成品环的环高，消除前面磨削工序造成的环高偏差。7、清洗脱脂：采用普通清洗脱脂机，去除油脂及污渍。8、中间检查：专业人员检查，检查经磨削后产生的砂眼等缺陷。9第9页，共22页。9、仿形：采用内外仿形专用机床加工，是通过不同线形高精度凸轮经滚轮机械传动带动镗杆上的车刀车削的方法，加工预先设定的椭圆形活塞环，然后采用铣刀铣削开口得到粗加工的活塞环。10、扩口：切向扩口专用机床
5、，采用该设备将仿形后的开口增大为成品径向厚度值的8倍值，目的是消除材料缺陷减少装机或工作断环。11、修口：采用活塞环专用修口机通过CBN砂轮对活塞环两开口端面进行磨削加工，目的是减少仿形开口机的加工偏差，同时消除后序的成形车外圆装夹时的两侧开口端面抵头的现象，同时去掉开口外棱边的毛刺。12、磨侧面：采用高精度双端面活塞环专用磨床加工，目的是消除修口工序的开口毛刺，同时减少环高间的环高偏差从而减少成形车外圆工序的成形加工锥度或其它形状的偏差。13、涂色标：手工开口单侧涂水性色标，目的是成形车外圆开口错开装夹。14、理环：手工理环，按涂好开口色标的环错开理环，便于成形车外圆加工。15、车外圆：目前
6、国内活塞环生产厂家的成形车外圆车床型号很多，但其目的是消除仿形加工的微小缺陷，使活塞环的外径接近工作时的直径；同时采用硬质合金成型刀具或数控程序可以车削出不同的活塞环外圆形状，从而使活塞环符合设计目的。10第10页，共22页。16、理环：将前面开口色标错开的活塞环，按照开口色标方向一致理齐。17、去内毛刺：去内圆毛刺机加工，目的是消除修口工序产生的内圆开口棱边的毛刺，以免活塞环装机后毛刺脱落而拉缸等危害的发生。18、磷化：磷化生产线，目的是为确认珩磨后能很好的辨认外圆珩磨带是否断带。19、珩磨：采用珩磨机，同时使用磨砂加机油珩磨；消除外圆毛刺，同时发现内外仿形和成形车外圆工序加工后的缺陷环（外
7、圆漏光），缩短环塞环在发动机中的初期磨合时间。20、理环：手工按照珩磨后的珩磨带方向一致理环；防止在加工过程中活塞环锥面方向不一致。21、喷色标：专用喷色标架和护罩，手工在活塞环外圆一定的位置喷一定宽度和指定颜色的色标；目的是为激光打标作准备，防止逆锥（锥形大小端面方向倒置）发生。22、检查：专业人员检查；拣出外圆珩磨带不连续的活塞环。防止漏光或不合格品流至成品或用户发动机中。11第11页，共22页。23、去磁：脱磁机加工，控制剩磁在8高斯以下。24、磷化处理：磷化生产线，目的是起防锈，防氧化等防护作用。25、理环：手工按外圆色标一致理环；防止在加工过程中活塞环锥面方向不一致。26、激光打标记
8、：激光打标机；便于活塞环装配时方向的判别。27、最终检查：专业人员对环高、径向厚度、闭口间隙等活塞环的全特性进行检测，防止不合格品流至用户发动机中。28、涂防锈油：上油专用瓶，防止锈蚀，便于保存。29、包装：专用包装盒，便于保存和运输。12第12页，共22页。镀铬处理 活塞环工作时，在环槽内不断撞击摩擦，环侧面（如第一道气环）承受高温和燃气的高冲击压力而引起的磨损，最终导致漏气、油耗增加、功率下降，因此必须采取适当的防止措施，镀铬是措施之一。13第13页，共22页。等离子喷钼 随着发动机向高速、高负荷方向发展，摩擦热增加，发动机的进排气温度升高、气缸套上油膜形成困难，这样镀铬环因润滑不良易产生
9、拉缸和熔着。喷钼是多孔组织的储油结构覆层，并且钼的熔点较高，即使在干摩擦的状态下，仍能有效的工作，有很好的抗拉缸和抗熔着磨损能力。14第14页，共22页。气体氮化 为了适应汽油无铅化的要求，出现了氮化处理工艺，它广泛应用于钢质气环、钢质油环和钢带组合油环的刮片的表面处理。气体氮化具有以下特点：15第15页，共22页。铬-陶瓷复合镀(CKS)(CID)为了提高活塞环的耐磨性、降低气缸套的磨损，出现了铬-陶瓷复合镀的表面处理，CKS是德文Chrom(铬)Keramik(陶瓷)Schicht(涂层)的缩写，该涂层通过在铬层中刻蚀网状纹路并在其中镶嵌Al2O3硬质粒子的方法来得到超强的耐磨性及抗拉缸性
10、.16第16页，共22页。涂层特点：高耐磨性能 低的缸套磨损性能 高的热承载、抗拉缸性能涂层结构：镶嵌AL2O3微粒的铬层微粒含量：2-6%涂层表面硬度：900-1200 Hv0.11.基体材料上沉积普通铬层.2.铬层上加工微裂纹3.将AL2O3微粒镶嵌入微裂纹中.4.封闭微裂纹.5.重复以上步骤.以上工序由设备程序自动完成17第17页，共22页。PVD（物理气相沉积）技术 解决了活塞环在使用中的冒烟、串油、不耐磨等一系列问题，大大提高了活塞环的综合机械性能和寿命。基本原理：钛、铬等金属蒸发源，通过电弧放电，形成汽化离子，和N2、O2反应，在活塞环目标源上凝固沉积生成TiN、CrNO、CrN等
11、陶瓷薄膜，逐渐达到成膜的目的。TiN由于其膜层硬度极高，耐磨。18第18页，共22页。PVD（物理气相沉积）技术 涂层特性活塞环外圆PVD涂层厚度 10 50m；由于环在涂镀过程中是不断旋转的，镀覆层厚度很均匀。因此被当今世界公认为是最先进技术。产品特征 金属汽化离子率高，沉积效果好，和活塞环基体的结合强度大；由于是陶瓷薄膜，因此有很好的耐磨性和优良的抗烧结性能。抗拉缸性比较磨损比较19第19页，共22页。特殊珩磨（拉毛珩磨）技术 特殊珩磨技术是在活塞的外圆面加工出特殊网纹，起到储油、减磨、润滑作用，使活塞环耐熔着磨损能力提高，从而大大提高使用寿命。20第20页，共22页。活塞环检验一、常规尺寸：表面缺陷、环高、径向厚度、自由开口间隙、闭口间隙、径向/切向弹力、光密封度、铬层附着力、二、理化检验：一环铬层硬度（氮化环表面硬度）、铬层（氮化层）厚度、基体硬度；二环基体硬度；刮片铬层硬度、铬层厚度、基体硬度；衬环硬度。21第21页，共22页。结束语：以上为活塞环的简单介绍，因个人水平有限，可能存在许多问题和不足，恳请大家能够指正，期望大家了解后能够起到抛砖引玉的作用。谢 谢！22第22页，共22页。
