活塞环的结构工作原理与表面处理
活塞环手册
活塞环的工作原理
活塞环的工作原理
活塞环是一种装置，安装在活塞的周围，起着密封气缸和导向活塞上下运动的作用。
活塞环通常由金属材料制成，经过精确的加工和热处理工艺，以确保其具有良好的耐磨性和耐高温性能。
工作原理如下：
1. 密封功能：活塞环的主要功能之一是在活塞与气缸之间形成密封，防止燃烧室内燃烧产生的高压气体泄漏到气缸外部。
活塞环与气缸壁之间形成一个紧密的密封界面，使气缸内的高压气体无法逸出，从而确保内燃机的正常工作。
2. 导向功能：活塞环还可以起到导向活塞在气缸内上下往复运动的作用。
它能够确保活塞在气缸内的准确位置，并且防止活塞在运动过程中产生偏斜或旋转。
这样可以保证活塞与气缸之间的间隙始终均匀，减少磨损。
同时，活塞环在高温条件下仍能保持稳定的形状，确保活塞的正常运动。
3. 冷却功能：在活塞上下运动的过程中，活塞环不仅要承受高温高压燃烧气体的冲击，还需要散发掉活塞表面产生的热量。
活塞环上的特殊结构和材料能够有效地将热量传导到活塞及气缸壁，并将其散发到周围环境中，以防止活塞过热而损坏。
综上所述，活塞环通过有效的密封、导向和冷却功能，确保了活塞在气缸内的正常运动以及内燃机的高效工作。
活塞的几种表面处理技术
活塞的几种表面处理技术活塞是内燃机连杆——活塞组中的重要零件。
活塞的磨损一般表现在三个方面：活塞环槽磨损、顶部燃烧室烧毁、活塞裙部擦伤磨损。
针对活塞的三种主要磨损方式，除了通过改善基体材料，以提高活塞整体的强度和耐磨性之外，还有一个途径就是通过各种表面强化方式，提高活塞的抗高温氧化性能、抗腐蚀性能、耐磨损性能。
1 镀铬镀铬是最常见最普通的一种提高材料抗磨损性能的方法。
众所周知，在一定条件下沉积的铬镀层具有很高的硬度和耐磨损性能，硬铬的硬度达到Hv900～1200，是常用的硬度最高的镀层。
基体强度的提高，可提高零件的耐磨性，延长使用寿命。
据有关资料介绍“活塞环槽侧面镀铬后，能明显减少环槽的磨损，在温度和载荷中等的发动机上，要用上述方法处理后，能减少活塞环槽磨损量的33 ～60”。
2 镀锡电沉积或化学沉积的锡镀层具有优良的润滑性能，活塞表面镀锡可以改善配副摩擦件之间的初期磨损性能，降低配副间的摩擦系数，从而选到减低活塞表面磨损量的目的。
3 微弧氧化微弧氧化技术是近年来在阳极氧化基础上建立起来的一项金属材料表面处理新技术。
它采用了等离子化学和电化学原理，直接在材料表面生成一层氧化膜，以提高材料的表面综合性能，有着广阔的市场和应用前。
4 激光处理随着激光技术的不断发展和进步，激光处理作为一种新兴技术越来越广泛的应用于工业化生产中。
激光具有高度的单色性，相干性、方向性和亮度，是一种聚焦性好、功率密度高、易于控制、能在大气中远距离传输的热源。
利用激光处理原理进行活塞环槽的激光合金化处理，以提高活塞环槽表面的耐热耐磨性能。
5 用电子束加工提高活塞环槽的耐磨性活塞环槽的强化过程如下：在经预热清洗去掉脏污、尘埃、机油的活塞毛坯上，在未来的环槽处进行金属局部熔化，然后迅速结晶。
强化时既可不对金属合金化，也可合金化。
在电子束加工时活塞合金变成液态，其深度和宽度为以后车削环槽强化金属所必需的。
活塞环工艺介绍
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• 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、CrN[O]、CrN等陶瓷薄膜， 逐渐达到成膜的目的。TiN由于其膜层硬度极高，耐磨。
活 塞 环 加 工 工 艺 流 程 1
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活 塞 环 加 工 工 艺 流 程
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镀铬铸铁环
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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
截面形状描述：
合金铸铁材质磷化矩形锥面
截面形状图 θ
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
活塞环简介
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一、活塞环在发动机中的功能
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
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。
内燃机活塞环表面处理技术
内燃机活塞环表面处理技术
内燃机活塞环表面处理技术谢运【摘要】活塞环在内燃机中有着支撑、密闭、储油、导热的作用，内燃机活塞环制备材料应该具备优良的加工性能、耐高温、耐腐蚀、导热性好且具有良好的强韧性，较好的与气缸材料表面的磨合性能。
球墨铸铁和专用钢材已经成为制备内燃机活塞环的基础材料，目前国内外采用多种表面处理技术比如：镀铬、氮化、 PVD 与CVD镀膜、喷钼、喷涂陶瓷层等表面处理工艺进行表面改性，提高内燃机活塞环的使用寿命和使用性能。
需要不断研究和开发新的内燃机活塞环的表面处理技术来满足实际生产和应用中内燃机越来越高的要求。
%The piston ring plays a support, sealed, oil, thermal effects role in an internal combustion engine, the internal combustion engine piston ring preparation material should have excellent processing performance , high temperature resistance, corrosion resistance, good thermal conductivity and good toughness, and good run-performance with the cylinder material surface.Ductile iron and special steel products have become the basis for the preparation material of the internal combustion engine piston ring, a variety of surface treatment techniques are using in China and the abroad, such as chrome, nitriding, PVD and CVD coating, spraying surface treatment processes molybdenum, spraying ceramic layer surface modification to improve the internal combustion engine piston ring life and performance.New internal combustion engine piston ring surface treatment technology is needed to continue research and development to meet the actual production and application of the internal combustion engine ever-increasing demands.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】2页(P49-50)【关键词】活塞环;表面氮化;镀膜;热喷涂;等离子喷涂【作者】谢运【作者单位】上海汽车集团股份有限公司乘用车分公司，上海 201804【正文语种】中文1 内燃机活塞环研究现状目前，国内外的内燃机活塞环材料大多采用球墨铸铁和专用钢材。
活塞环基本知识
活塞环基本知识活塞环基本知识活塞环是发动机的重要零件之一。
活塞环分为气环和油环两种。
活塞环的作用：密封气体；均匀分布气缸壁上的润滑油，并防止润滑油窜入燃烧室；导出活塞上的热量；支承活塞，防止活塞直接与气缸壁接触。
活塞环工作的好坏直接影响发动机的性能、工作可能性和使用寿命。
1 活塞环的作用1.1气环的作用气环起密封气体及导热的作用，其本身具有一定弹力。
将环压在缸壁上。
当发动机工作时，高压气体进入环槽，一方面将环压紧在环槽上，另一方面环背将更紧密地压在缸壁上起到更好的密封作用。
当气体通过第一道环隙窜入第二道时，压力已大大降低。
而且第二道环漏泄的气体极少。
为了进一步减少摩擦损失，有的发动机只采用一道气环。
第二道气环密封任务较轻，而且工作条件较一道好些。
为了避免机油窜入燃烧室，所以要求第二道气环除密封气体外，还有一定的刮油作用。
1.2 油环的作用油环的作用是将一定的润滑油均匀分布在缸壁上，防止润滑油窜入燃烧室并保证活塞环和缸壁的润滑。
油环要刮下缸壁上多余的油,须较大的径向力将环压在缸壁上。
由于环背没有气体压力的帮助，故环本身要具有较大的弹力及较小的接触面积，同时刮下的润滑油要能顺利地流回油底壳，所以油环槽背设有回油孔或切口。
2 活塞环的结构分析2.1活塞环各部分名称，如图1所示。
2.2切口形式活塞环切口基本上有3种形式：直切口、斜切口和梯形切口，如图2所示。
其中用得最普遍的是直切口。
二行程发动机为防止环切口与缸壁上的气口相碰，在切口处用销钉档住，不让环在环槽内转动，如图3所示。
2.3 常用气环断面形状气环断面形状如图4所示。
矩形环：断面呈矩形，制造简单，广泛采用。
锥形环：将工作面制成小锥度以提高表面接触压力，有利于是磨合密封，并有一定的刮油作用。
锥形环用肉眼不一定能看出锥角，所以一定要做标记，不能装反。
正确安装应是正锥形，其锥顶向上。
图4 常用活塞环的断面形状a)矩形环 b)锥面环 c)桶面环 d)内切槽环e)下切槽环 f)内伞环 g)双面梯形环 h)单面梯形(楔形环)扭曲环：凡环内外切角、切槽均是扭曲环。
活塞环外表面处理工艺
面进 行 的 几 种 常 用 赴理 方法 和 工 艺措 施 。
主 题 词
活塞 环
耐磨 性
工 艺
Ｐｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｅ ｒ ａ ｅ Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｓ ｏｎ Ｒ ｉ ｏｃ ｓ ｆ Ｏ ｔ ｒ Ｓｕ ｆ ｃ ｅ ｔ ｎｔｏｆＰｉ ｔ ｎｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｈ ｉｔ ｎ ｒ ｎ ｓ ｏ ｈ ｎ ｉ ｅ，ｈ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉｉ ｓ ａ ｄ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｐ ｓｏ ｉ ｇ ｆｔ ｅ ｅ ｇ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ｓ ｍｅ Ｃ ｔ ｎ ｏ ｅ ｈ ｄ ｎ ｅ ｈ ｉｓ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｉ ｔ ｎ ｒｎ ｓ ｏ ＯＹ ２ ｎ ｍ ｔ ｏ ｓａ ｄ ｔ ｃ ｎ ｃ ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｉ ｎ ａ ａ ｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｐ ｓ ｏ ｉ ｇ Ｉ ｆ ｉ
２ 气 体 氮化
气 体 氮 化 处 理是 把 高碳 高 铬 不 锈 钢 气 体 氮
化 后 ， 通 过 加 工 去 掉 最 表 面 的 疏 松 和 白 层 组 织
腐 性 。活塞环 的材 料采用 台 金铸 铁 、 灰铸 铁 、 墨 球
（ 碳化 物 程 ） ，以扩 散 层 作 为耐 磨 损 层使 用 的 方 法 。 气 体 氮 化 处 理 的 表 层 硬度 可 达 到 １ｉ Ｏ ０ Ｏ ～ｌ２ ０ＨＶ，耐磨 损性 能 约 为镀 硬资 铬 的 ２．～５ 。 一道 气环 和油 环若 经气体 氮化 处理 ５ 倍 第 后 ，可 以大大 提高活 塞环 的耐磨性 ，保 持磨损 速 度 的平 衡 ， 降低 机 油消耗 。
往复式压缩机活塞环工作原理
往复式压缩机活塞环工作原理活塞环是往复式压缩机中一个重要的部件，它的工作原理直接关系到压缩机的工作效率和性能。
活塞环主要负责密封气缸与活塞之间的间隙，通过防止气体泄漏来提高压缩机的压缩效率。
下面将详细介绍活塞环的工作原理。
一、活塞环的分类活塞环按材料可以分为铸铁活塞环和合金活塞环。
铸铁活塞环具有良好的热传导性和耐磨性，适用于高温高压的工作环境。
而合金活塞环则具有较好的耐腐蚀性和密封性，适用于工作环境较为恶劣的场合。
活塞环按其构造可以分为缺口式活塞环和整体式活塞环。
缺口式活塞环在环周方向上有一个或多个间隙，这样可以缓解活塞环的变形，提高密封性能。
而整体式活塞环则没有间隙，因此结构更加简单和牢固。
二、活塞环的工作过程活塞环的工作过程主要包括进气、压缩和排气三个阶段。
1.进气阶段：当活塞向下运动时，气缸内压力较低，活塞环和气缸套之间的间隙被外界气体填充。
活塞环上方的气体被压缩，形成负压区，从而将外界气体吸入气缸内。
2.压缩阶段：当活塞向上运动时，活塞环与气缸壁形成密封，阻止气体泄漏。
同时，由于活塞向上运动，气缸内空间变小，气体被压缩，达到高压状态。
3.排气阶段：当活塞再次向下运动时，活塞环与气缸壁继续保持密封，防止气体泄漏。
同时，压缩的气体被推向气缸下部排气口，完成排气过程。
三、活塞环的工作特点活塞环具有以下几个工作特点：1.密封性好：活塞环与气缸壁之间形成密闭空间，阻止气体泄漏，保证压缩机的工作效率。
2.耐磨性强：活塞环与气缸壁之间摩擦产生热量，容易导致活塞环的磨损。
因此，活塞环需要具备较好的耐磨性，以延长使用寿命。
3.抗高温性好：压缩机工作时产生的高温环境会对活塞环造成一定的热冲击。
活塞环需要具备良好的热传导性和耐高温性，以保证其正常工作。
4.结构稳固：活塞环需要能够承受往复运动的冲击力，并保持稳定的密封性。
因此，活塞环的结构设计非常重要。
四、活塞环的维护和保养为了保证活塞环的正常工作和延长使用寿命，需要进行以下维护和保养：1.定期检查：定期检查活塞环的磨损情况和密封性能，及时更换磨损严重的活塞环。
活塞环的结构、工作原理与表面处理
活塞环的结构、工作原理与表面处理1. 活塞环的结构活塞环是内燃机活塞与气缸壁之间的密封元件，其结构主要包括上环、中环和下环。
三个环分别安装在活塞上的环槽内，并紧贴活塞与气缸壁之间的摩擦面。
1.1 上环上环位于活塞顶部环槽中，它的主要作用是密封活塞与燃烧室之间的压力，防止气缸内的燃气泄漏。
上环通常采用较薄的钢材制成，具有较高的强度和耐磨性。
1.2 中环中环位于活塞中部环槽中，它的主要作用是密封活塞与气缸壁之间的间隙，防止燃气和润滑油进入燃烧室。
中环通常采用可塑性材料，如铸铁，其较高的弹性使其能够保持良好的密封性能。
1.3 下环下环位于活塞底部环槽中，它的主要作用是密封活塞与气缸壁之间的间隙，并防止润滑油进入燃烧室。
下环通常采用与上环类似的材料，具备较高的强度和耐磨性。
2. 活塞环的工作原理活塞环在发动机运行时，承受着巨大的热量、压力和摩擦力。
其工作原理如下：首先，上环的主要任务是密封活塞与燃烧室之间的高压气体，防止气缸内的燃气泄漏。
在压缩冲程时，上环紧密贴合燃烧室壁，通过其自身的弹力和与气缸壁之间产生的摩擦力，确保气体不会泄漏至缸盖。
其次，中环和下环的主要任务是密封活塞与气缸壁之间的间隙，以防止燃气和润滑油进入燃烧室。
当活塞向下运动时，中环和下环与气缸壁之间形成一条微小的密封空间，该空间通过油膜和摩擦力来阻挡燃气和润滑油的进入。
综上所述，活塞环通过合理的结构设计和密封原理，确保了发动机的正常工作。
它们有效地密封了气缸与活塞之间的空隙，减少了燃气泄漏和润滑油进入燃烧室的风险。
3. 活塞环的表面处理活塞环的表面处理对其密封性能和耐磨性能起着重要的影响，常见的表面处理方式包括以下几种：3.1 钝化处理钝化处理是一种能够增强活塞环自身耐腐蚀性能的表面处理方法。
通过将活塞环浸泡在钝化溶液中，利用钝化剂与活塞环表面发生化学反应，形成一层致密的氧化物膜。
这层氧化物膜可以防止活塞环表面因化学反应而产生腐蚀，提高其耐腐蚀性。