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一种 活塞销及其制作方法

阅读：195发布：2023-02-21

专利汇可以提供一种活塞销及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种活塞销及其制作方法，所述活塞销分为微动摩擦区和滑动摩擦区，所述微动摩擦区位于所述活塞销的两端外圆表面，所述滑动摩擦区位于两个所述微动摩擦区之间，所述活塞销外圆表面设有布油织构，所述微动摩擦区设抗挤压织构，所述滑动摩擦区设滑动减摩织构。所述布油织构为沿活塞销周向均布的螺旋微凹槽。所述抗挤压织构为均布在所述微动摩擦区的抗挤压微凹腔，所述滑动减摩织构为均布在所述滑动摩擦区的滑动减摩微凹腔，所述抗挤压微凹腔和滑动减摩微凹腔的形状均为半球形或抛物线形或圆柱形。本发明将润滑油泵送至整个活塞销表面，极大地改善活塞销润滑条件，能够有效提升配合区域承载能力。，下面是一种活塞销及其制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种活塞销，所述活塞销分为微动摩擦区(20)和滑动摩擦区(30)，所述微动摩擦区(20)位于所述活塞销的两端外圆表面，所述滑动摩擦区(30)位于两个所述微动摩擦区(20)之间，其特征在于，所述活塞销外圆表面设有布油织构，所述微动摩擦区(20)设抗挤压织构，所述滑动摩擦区(30)设滑动减摩织构。
2.根据权利要求1所述的活塞销，其特征在于，所述布油织构为沿活塞销周向均布的螺旋微凹槽(15)。
3.根据权利要求2所述的活塞销，其特征在于，所述螺旋微凹槽(15)数量N为2～5；所述螺旋微凹槽(15)的螺距L15＝0.2L～L，其中L为活塞销长度；螺旋微凹槽宽度B15为15～100μm；螺旋微凹槽深度H15为1～20μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的活塞销，其特征在于，所述抗挤压织构为均布在所述微动摩擦区(20)的抗挤压微凹腔(25)，所述滑动减摩织构为均布在所述滑动摩擦区(30)的滑动减摩微凹腔(35)，所述抗挤压微凹腔(25)和滑动减摩微凹腔(35)的形状均为半球形或抛物线形或圆柱形。
5.根据权利要求4所述的活塞销，其特征在于，所述抗挤压微凹腔(25)截面最大直径D25为20～300μm；所述抗挤压微凹腔(25)深度H25为5～30μm；所述微动摩擦区(20)的轴向长度为L20，所述抗挤压织构在所述微动摩擦区(20)的轴向长度为L2，且L2＝(0.5～1)L20。
6.根据权利要求4所述的活塞销，其特征在于，所述抗挤压微凹腔(25)矩形阵列在所述微动摩擦区(20)，所述抗挤压织构的所述
抗挤压织构的其中，a25为矩形阵列在圆周方向的偏
距，b25为矩形阵列在轴向的偏距，e25为相邻两列的抗挤压微凹腔(25)圆周方向的列偏距。
7.根据权利要求4所述的活塞销，其特征在于，所述滑动减摩微凹腔(35)截面最大直径D35为20～300μm；所述滑动减摩微凹腔(35)深度H25为1～20μm；所述滑动摩擦区(30)的轴向长度为L30，所述滑动减摩织构在所述滑动摩擦区(30)的轴向长度为L3，且L3＝(0.5～1)L30。
8.根据权利要求4所述的活塞销，其特征在于，所述滑动减摩微凹腔(35)矩形阵列在所述滑动摩擦区(30)，所述滑动减摩织构的
所述滑动减摩织构的其中，a35为矩形阵列在圆周方
向的偏距，b35为矩形阵列在轴向的偏距，e35为相邻两列的滑动减摩微凹腔(35)圆周方向的列偏距。
9.一种根据权利要求5-8任一项所述的活塞销的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：加工活塞销；激光加工布油织构；激光加工抗挤压织构和滑动减摩织构。
10.根据权利要求9所述的活塞销的制作方法，其特征在于，加工活塞销后表面达到的粗糙度范围为：Ra≤0.8μm，Rz≤3.2μm，Rpk≤0.15μm，Rvk≤0.4μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；
所述激光加工布油织构中具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-
1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2，
108W/cm2]，脉冲光斑重叠率[40％，90％]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；
所述激光加工抗挤压织构和滑动减摩织构中具体激光加工参数：激光波长532nm或
1064nm，离焦量[-1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2，108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

说明书全文

一种活塞销及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃机技术领域或者润滑设备领域，特别涉及一种活塞销及其制作方法。

背景技术

[0002] 活塞销是内燃机机中最重要、受力情况最复杂的核心部件之一，在重型柴油机中活塞销的关键性尤为突出，其质量优劣直接影响到内燃机的可靠性。由于润滑不充分导致的摩擦条件恶劣及磨损加剧是引起的表面磨损或咬死是活塞销的主要失效形式之一。

[0003] 中国专利CN201710427459.3，公开了一种活塞销孔超声加工工艺及装置，使活塞销孔表面粗糙度在原来的基础上提高了一个等级，有效降低了销孔内圆面的粗糙度值。但活塞销在较高温度下承受巨大的非对称交变载荷和一定的冲击载荷，长期高温和应力作用导致活塞销体积变化，使活塞销和活塞销孔间间隙改变，润滑条件变差；同时光滑表面不利于润滑介质粘附在活塞销表面，难以形成润滑介质油膜，不利于活塞销与连杆小头孔衬套间的相对滑动，势必加剧磨损，影响内燃机性能。故单纯降低表面粗糙度对提升活塞销运行润滑性能、降低磨损的作用有限。

[0004] 中国专利CN201710561680.8，公开了一种带活塞销润滑结构的活塞，在销孔的内壁上开设第一油道，在本体的侧壁上设置有油环槽，油环槽向本体的轴线方向凹陷油环槽的下平面上开设有第二油道，第二油道与第一油道连通，使得油环槽从缸孔上刮下油液进入第二油道，并通过第一油道抵达销孔，可一定程度提高活塞销与销孔之间的润滑摩擦性能。但润滑油只对活塞销局部进行润滑，难以起到整个活塞销面布油的效果，且该方案极大地复杂了活塞制造工艺，提高了制造成本，此外内部多个油道的结构增大了后期质检、检修、故障排查等工作量。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种活塞销及其制作方法，将润滑油泵送至整个活塞销表面，极大地改善活塞销润滑条件，能够有效提升配合区域承载能力。

[0006] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

[0007] 一种活塞销，所述活塞销分为微动摩擦区和滑动摩擦区，所述微动摩擦区位于所述活塞销的两端外圆表面，所述滑动摩擦区位于两个所述微动摩擦区之间，所述活塞销外圆表面设有布油织构，所述微动摩擦区设抗挤压织构，所述滑动摩擦区设滑动减摩织构。

[0008] 进一步，所述布油织构为沿活塞销周向均布的螺旋微凹槽。

[0009] 进一步，所述螺旋微凹槽数量N为2～5；所述螺旋微凹槽的螺距L15＝0.2L～L，其中L为活塞销长度；螺旋微凹槽宽度B15为15～100μm；螺旋微凹槽深度H15为1～20μm。

[0010] 进一步，所述抗挤压织构为均布在所述微动摩擦区的抗挤压微凹腔，所述滑动减摩织构为均布在所述滑动摩擦区的滑动减摩微凹腔，所述抗挤压微凹腔和滑动减摩微凹腔的形状均为半球形或抛物线形或圆柱形。

[0011] 进一步，所述抗挤压微凹腔截面最大直径D25为20～300μm；所述抗挤压微凹腔深度H25为5～30μm；所述微动摩擦区的轴向长度为L20，所述抗挤压织构在所述微动摩擦区的轴向长度为L2，且L2＝(0.5～1)L20。

[0012] 进一步，所述抗挤压微凹腔矩形阵列在所述微动摩擦区，所述抗挤压织构的所述抗挤压织构的其中，a25为矩形阵列在圆周方向的偏距，b25为矩形阵列在轴向的偏距，e25为相邻两列的抗挤压微凹腔圆周方向的列偏距。

[0013] 进一步，所述滑动减摩微凹腔截面最大直径D35为20～300μm；所述滑动减摩微凹腔深度H25为1～20μm；所述滑动摩擦区的轴向长度为L30，所述滑动减摩织构在所述滑动摩擦区的轴向长度为L3，且L3＝(0.5～1)L30。

[0014] 进一步，所述滑动减摩微凹腔矩形阵列在所述滑动摩擦区，所述滑动减摩织构的所述滑动减摩织构的其中，a35为矩形阵列在圆周方向的偏距，b35为矩形阵列在轴向的偏距，e35为相邻两列的滑动减摩微凹腔圆周方向的列偏距。

[0015] 一种活塞销的制作方法，包括如下步骤：加工活塞销；激光加工布油织构；激光加工抗挤压织构和滑动减摩织构。

[0016] 进一步，加工活塞销后表面达到的粗糙度范围为：Ra≤0.8μm，Rz≤3.2μm，Rpk≤0.15μm，Rvk≤0.4μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；

[0017] 所述激光加工布油织构中具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2，
108W/cm2]，脉冲光斑重叠率[40％，90％]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；

[0018] 所述激光加工抗挤压织构和滑动减摩织构中具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2，108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

[0019] 本发明的有益效果在于：

[0020] 1.本发明所述的活塞销，通过分布在整个活塞销外圆表面的布油织构的毛细作用，将润滑油泵送至整个活塞销表面，极大地改善活塞销润滑条件。

[0021] 2.本发明所述的活塞销，通过分布在活塞销与活塞销孔配合表面的抗挤压织构，具有大面积占有率和大深径比的特征，易形成抗挤压油膜，能够有效提升配合区域承载能力。

[0022] 3.本发明所述的活塞销，布置在活塞销与连杆小头孔衬套配合表面的滑动减摩织构，能够在配合表面形成润滑油膜，改善润滑状况，兼具收集磨损颗粒的能效，降低磨损。

[0023] 4.本发明所述的活塞销，通过布油织构、抗挤压织构、滑动减摩织构的耦合作用形成集成增益能效，有效改善活塞销运行状况，提升系统寿命和稳定性。

[0024] 5.本发明所述的活塞销的制作方法，通过激光烧蚀作用在活塞销表面形成激光硬化层，省去了后续表面淬火工序，节能环保。附图说明

[0025] 图1为本发明所述的活塞销立体图。

[0026] 图2为本发明所述的活塞销外表面展开后螺旋微凹槽分布图。

[0027] 图3为本发明所述的螺旋微凹槽的剖视图。

[0028] 图4为本发明所述的活塞销外表面展开后微动摩擦-滑动摩擦分区图。

[0029] 图5为本发明所述的抗挤压微凹腔分布图。

[0030] 图6为本发明所述的抗挤压微凹腔截面图。

[0031] 图7为本发明所述的滑动减摩微凹腔分布图。

[0032] 图8为本发明所述的滑动摩擦微凹腔截面图。

[0033] 图中：

[0034] 15-螺旋微凹槽；20-微动摩擦区；25-抗挤压微凹腔；30-滑动摩擦区；35-滑动减摩微凹腔；

具体实施方式

[0035] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0036] 如图1-图4所示，本发明所述的活塞销，所述活塞销分为微动摩擦区20和滑动摩擦区30，所述微动摩擦区20位于所述活塞销的两端外圆表面，所述滑动摩擦区30位于两个所述微动摩擦区20之间，其特征在于，所述活塞销外圆表面设有布油织构，所述微动摩擦区20设抗挤压织构，所述滑动摩擦区30设滑动减摩织构。所述微动摩擦区20为活塞销与活塞销孔配合区域，单边配合表面沿轴线方向配合长度为L20；所述滑动摩擦区30为活塞销与连杆小头孔衬套配合区域，配合表面沿轴线方向配合长度为L30。

[0037] 如图2和图3所示，所述布油织构为沿活塞销周向均布的螺旋微凹槽15。所述螺旋微凹槽15数量N为2～5；所述螺旋微凹槽15的螺距L15＝0.2L～L，其中L为活塞销长度；螺旋微凹槽宽度B15为15～100μm；螺旋微凹槽深度H15为1～20μm。

[0038] 所述抗挤压织构为均布在所述微动摩擦区20的抗挤压微凹腔25，所述滑动减摩织构为均布在所述滑动摩擦区30的滑动减摩微凹腔35，所述抗挤压微凹腔25和滑动减摩微凹腔35的形状均为半球形或抛物线形或圆柱形。

[0039] 如图5和图6所示，所述抗挤压微凹腔25截面最大直径D25为20～300μm；所述抗挤压微凹腔25深度H25为5～30μm；所述微动摩擦区20的轴向长度为L20，所述抗挤压织构在所述微动摩擦区20的轴向长度为L2，且L2＝(0.5～1)L20。所述抗挤压微凹腔25矩形阵列在所述微动摩擦区20，所述抗挤压织构的所述抗挤压织构的其中，a25为矩形阵列在圆周方向的偏距，
b25为矩形阵列在轴向的偏距，e25为相邻两列的抗挤压微凹腔25圆周方向的列偏距。

[0040] 如图7和图8所示，所述滑动减摩微凹腔35截面最大直径D35为20～300μm；所述滑动减摩微凹腔35深度H25为1～20μm；所述滑动摩擦区30的轴向长度为L30，所述滑动减摩织构在所述滑动摩擦区30的轴向长度为L3，且L3＝(0.5～1)L30。所述滑动减摩微凹腔35矩形阵列在所述滑动摩擦区30，所述滑动减摩织构的所述滑动减摩织构的其中，a35为矩形阵
列在圆周方向的偏距，b35为矩形阵列在轴向的偏距，e35为相邻两列的滑动减摩微凹腔35圆周方向的列偏距。

[0041] 本发明所述的活塞销的制作方法，包括如下步骤：加工活塞销；激光加工布油织构；激光加工抗挤压织构和滑动减摩织构。

[0042] 步骤1，选择完成机械加工、获得外形尺寸的活塞销，且未进行表面淬火处理；

[0043] 步骤2，对选定的活塞销外圆表面进行前处理，前处理后表面达到的粗糙度参数范围：Ra≤0.8μm，Rz≤3.2μm，Rpk≤0.15μm，Rvk≤0.4μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；

[0044] 步骤3，利用固体激光器或光纤激光器，按照布油织构的设计方案对前处理后的活塞销外圆表面进行布油形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2，
108W/cm2]，脉冲光斑重叠率[40％，90％]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；

[0045] 步骤4，利用固体激光器或光纤激光器，按照抗抗挤压织构和滑动减摩织构的设计方案对布油织构后的活塞销外圆配合表面进行减摩形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm，1.2mm]，脉冲宽度[50ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

[0046] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

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