針對(duì)無(wú)襯套連桿的高磷化學(xué)鍍鎳(hpen)處理的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于處理無(wú)襯套連接桿(120)的方法，其中無(wú)襯套連接桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，細(xì)長(zhǎng)桿具有被配置成與活塞(111)連接的銷(xiāo)端以及被配置成與曲軸連接的曲柄端。銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔(200)。該方法包括清理銷(xiāo)端孔，通過(guò)彈性分隔物來(lái)掩蔽和固定銷(xiāo)端孔以及在銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上提供高磷鎳合金涂層。該方法可應(yīng)用于原始裝備或者經(jīng)歷改制過(guò)程的磨損的發(fā)動(dòng)機(jī)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】針對(duì)無(wú)襯套連桿的高磷化學(xué)鍍鎳(HPEN)處理

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及用于改善內(nèi)燃機(jī)的部件的耐磨性的方法，更具體地，涉及用高磷化學(xué)鍍鎳處理無(wú)襯套連桿的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的一系列爆燃，內(nèi)燃機(jī)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。這些爆燃致使發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在被稱為汽缸的封閉空間內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)活塞通常通過(guò)連桿被連接至曲軸，使得活塞的移動(dòng)導(dǎo)致曲軸的旋轉(zhuǎn)?；钊话惆ㄖ黧w，該主體具有冠部和從冠部下垂的裙部以定義活塞的主體的下半部。銷(xiāo)孔形成于裙部中。銷(xiāo)孔對(duì)應(yīng)于連桿一端處的類(lèi)似的孔。銷(xiāo)被放置成穿過(guò)對(duì)應(yīng)孔以將活塞附接至連桿。具有活塞銷(xiāo)孔的連桿的端部通常被稱為“銷(xiāo)端”。被緊固至曲軸的連桿的另一端通常被稱為“曲柄端”。
[0003]在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，當(dāng)來(lái)自爆燃的力被機(jī)械地轉(zhuǎn)移至曲軸時(shí)，每個(gè)連桿在對(duì)應(yīng)的活塞的負(fù)荷下承受巨大的應(yīng)力。通常，該應(yīng)力在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒壓力的情況下加大。在常規(guī)條件下，小端樞轉(zhuǎn)點(diǎn)接收最大量的應(yīng)力，因?yàn)槠湓趶纳现裹c(diǎn)到下止點(diǎn)的循環(huán)以及返回期間適應(yīng)于促進(jìn)連桿相對(duì)活塞銷(xiāo)和活塞裙部的角度運(yùn)動(dòng)。高負(fù)荷、溫度、氣壓以及位于該樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的慣性力的組合要求連桿的小端保持與強(qiáng)度、耐磨性、熱應(yīng)力以及潤(rùn)滑有關(guān)的提尚的特性。
[0004]為減少摩擦和促進(jìn)順暢的角度運(yùn)動(dòng)，通常在連桿的小端的孔和活塞銷(xiāo)之間采用青銅合金或?qū)訅阂r套。然而，襯套增加了該樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的重量并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的制造和組裝中要求有額外的步驟，這兩點(diǎn)通常是不合需要的。為了克服這些缺點(diǎn)，本領(lǐng)域中已研發(fā)出無(wú)襯套連桿。這些連桿通常被設(shè)計(jì)成鐵對(duì)鋼接觸，具有油膜作為隔離介質(zhì)。無(wú)襯套連桿因其制造的低初始成本而具有很大程度的吸引力。然而，油膜作為潤(rùn)滑油具有有限的效果，因此無(wú)襯套連桿在安裝后的早期磨損并不少見(jiàn)。
[0005]此外，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)其原始?jí)勖谋M頭并且返回改制時(shí)，無(wú)襯套連桿通常因?yàn)槌杀締?wèn)題大多不再進(jìn)行搶修，而所述成本問(wèn)題與在銷(xiāo)孔的有限尺寸限制內(nèi)的高質(zhì)量表面重修相關(guān)聯(lián)。在未獲得預(yù)期成功的情況下已探索的可能的搶修方法包括金屬沉淀和使用常規(guī)的襯套。金屬沉淀并不能在目標(biāo)孔的表面內(nèi)進(jìn)行高精度應(yīng)用，反而在有限尺寸的孔內(nèi)形成過(guò)多的材料堆積，而這些堆積必須通過(guò)另外的加工處理被移除，導(dǎo)致成本增加。類(lèi)似地，常規(guī)襯套的安裝因過(guò)多材料移除致使銷(xiāo)端減弱而導(dǎo)致具有高的失敗概率。
[0006]根據(jù)本公開(kāi)的無(wú)襯套連桿的處理的方法解決了本領(lǐng)域所提及的上述和/或其它問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]公開(kāi)的無(wú)襯套連接桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，該細(xì)長(zhǎng)桿具有被配置成與活塞連接的銷(xiāo)端以及被配置成與曲軸連接的曲柄端。銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔。在銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上提供高磷鎳合金涂層。
[0008]公開(kāi)用于改制磨損的無(wú)襯套連接桿的方法，其中每個(gè)磨損的無(wú)襯套連接桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，該細(xì)長(zhǎng)桿具有被配置成與活塞連接的銷(xiāo)端以及被配置成與曲軸連接的曲柄端。銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔。該方法包括清理銷(xiāo)端孔，通過(guò)彈性分隔物來(lái)掩蔽和固定銷(xiāo)端孔以及在銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上提供高磷鎳合金涂層。
[0009]公開(kāi)用于處理多個(gè)無(wú)襯套連接桿的方法，其中每個(gè)無(wú)襯套連接桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，該細(xì)長(zhǎng)桿具有被配置成與活塞連接的銷(xiāo)端以及被配置成與曲軸連接的曲柄端。銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔。該方法包括清理每個(gè)無(wú)襯套連桿的銷(xiāo)端孔，通過(guò)彈性分隔物來(lái)掩蔽和固定每個(gè)銷(xiāo)端孔，堆疊多個(gè)無(wú)襯套連桿，使得銷(xiāo)孔對(duì)齊并且在每個(gè)銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上提供高磷鎳合金涂層。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的方法的可被處理的發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)襯套連桿的剖面圖。
[0011]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的方法的可被處理的銷(xiāo)端孔的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出發(fā)動(dòng)機(jī)102。發(fā)動(dòng)機(jī)102被描繪在圖1中并且在本文中被描述為柴油內(nèi)燃機(jī)。然而，可以設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)102可以采用任何其它類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)諸如，例如，汽油或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢栽O(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)102可包括任何數(shù)量的燃燒室并且燃燒室可被設(shè)置為“直線”構(gòu)造、“V形”構(gòu)造或任何其它常規(guī)構(gòu)造。
[0013]發(fā)動(dòng)機(jī)102可包括發(fā)動(dòng)機(jī)組104，該發(fā)動(dòng)機(jī)組至少部分地定義汽缸108和設(shè)置在汽缸108內(nèi)的汽缸套110。燃燒室112可以形成于汽缸套110內(nèi)，并且活塞111可被定位成在燃燒室112內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)組104可以還包括燃燒空氣入口(未示出)、空氣吹掃通道(未示出)以及可以與燃燒室112連通的排氣出口(未示出)?；钊?11可以包括將活塞111連接至桿組件118的活塞銷(xiāo)116。
[0014]桿組件118可以包括細(xì)長(zhǎng)的連桿120、頂蓋122以及多個(gè)連桿螺栓123。連桿120可包括第一端部124和相對(duì)的第二端部125。第一端部124可以包括容納軸承128的開(kāi)口126。軸承128可具有的尺寸被設(shè)計(jì)成用于接收活塞銷(xiāo)116。第二端部125可以包括具有半圓形軸承部分132和一對(duì)肩部133的托架130。頂蓋122可還包括半圓形軸承部分134，該部分連同半圓形軸承部分132可以定義圓形開(kāi)口 136，用于接收發(fā)動(dòng)機(jī)102的曲軸(未示出)。圓形開(kāi)口 136可還包括軸承138。軸承138可以是由可塑性材料例如鋁制造的摩擦型軸承。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是任何其它合適的材料均可替代地用于軸承138。頂蓋122可以包括一對(duì)肩部140，該對(duì)肩部可被設(shè)置成大體與開(kāi)口 136的相對(duì)側(cè)上的肩部133平行。
[0015]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的方法的可被處理的銷(xiāo)端孔200的示意圖。內(nèi)徑205是通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳溶液進(jìn)行處理的表面。本公開(kāi)的方法保護(hù)涂覆高磷化學(xué)鍍鎳材料的表面203。
[0016]本公開(kāi)可涉及通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳而為發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供耐磨涂層的方法。在一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳處理無(wú)襯套連桿的方法。具體地，本公開(kāi)的方法涉及輕型無(wú)襯套連接桿的銷(xiāo)孔的處理。本公開(kāi)還涉及通過(guò)其銷(xiāo)孔的新穎的預(yù)處理方法來(lái)延長(zhǎng)連桿的第一設(shè)計(jì)壽命的方法。在另一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及搶修磨損的無(wú)襯套連桿的改進(jìn)的方法，其中無(wú)襯套連桿經(jīng)歷不規(guī)則的銷(xiāo)孔磨損或銷(xiāo)孔冠部修整。
[0017]在一個(gè)方面，根據(jù)本公開(kāi)的方法包括以下步驟，即清理待被處理的孔，以確?？谆旧喜缓秃推渌廴疚?；通過(guò)精密粗鏜將孔制備成預(yù)定內(nèi)徑和表面光潔度；使用彈性分隔物掩蔽目標(biāo)孔并將其固定，以確保電鍍過(guò)程并不影響非目標(biāo)區(qū)域；通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳電鍍孔；將電鍍孔精密珩磨成原始打印內(nèi)徑和期望的表面光潔度；去毛邊并且清理被處理的孔；過(guò)程中的檢查和審計(jì)測(cè)定以確保被涂覆孔的質(zhì)量和一致性；以及按要求在組裝之前預(yù)潤(rùn)滑配偶件。
[0018]在許多示例性實(shí)施例中，本公開(kāi)要求在處理之前清理目標(biāo)孔的表面。清理可包括各種過(guò)程，并且所選的清理過(guò)程的持續(xù)時(shí)間和類(lèi)型可以根據(jù)待被處理的無(wú)襯套連桿是原始部件還是使用的部件而改變。例如，目標(biāo)孔的表面可以通過(guò)化學(xué)溶劑諸如丙酮而去油。另選的，目標(biāo)孔可以通過(guò)包括堿性和/或酸性洗滌的電化過(guò)程進(jìn)行清理?？梢允褂脟娡枨謇怼⑷ビ?、溶劑洗滌、電化學(xué)清理或任何其它合適的技術(shù)。
[0019]在許多示例性實(shí)施例中，通過(guò)準(zhǔn)確的測(cè)量和精鏜將目標(biāo)孔制備為預(yù)定的直徑、填充圖案以及表面光潔度。在許多示例性實(shí)施例中，通過(guò)“彈性分隔物”固定和掩蔽目標(biāo)孔。彈性分隔物是指耐化學(xué)腐蝕材料件，其按形狀和大小形成以準(zhǔn)確地覆蓋在加工處理中將不被電鍍的銷(xiāo)孔區(qū)域。示例性形狀是油炸圈餅樣形狀、盤(pán)樣形狀以及墊圈形狀?？梢允褂脤?duì)高磷化學(xué)鍍鎳溶液耐化學(xué)腐蝕的任何彈性材料?？梢允褂玫膹椥圆牧系姆歉F舉式清單包括氯丁橡膠、橡膠、氟橡膠以及EPDM (三元乙丙橡膠)。
[0020]在許多示例性實(shí)施例中，本公開(kāi)提供在同一時(shí)間同時(shí)電鍍多于一個(gè)連桿的方法。在這些示例性實(shí)施例中，固定的和掩蔽的無(wú)襯套連桿垂直地堆疊，從而確保目標(biāo)孔彼此對(duì)齊。該堆疊被夾緊為支持面。在某些實(shí)施例中，桿的堆疊被夾緊通過(guò)曲柄孔。在一個(gè)實(shí)施例中，六個(gè)無(wú)襯套連桿堆疊并且同時(shí)進(jìn)行電鍍。在另一個(gè)實(shí)施例中，九個(gè)無(wú)襯套連桿堆疊并且同時(shí)進(jìn)行電鍍。桿的數(shù)量以及它們以何種方式夾緊和電鍍可以是不同的。
[0021]化學(xué)鍍鎳是化學(xué)還原過(guò)程，其取決于在不使用電能的情況下，水溶液(包含化學(xué)還原劑)內(nèi)的鎳離子的催化還原過(guò)程以及鎳金屬的后續(xù)沉淀。在化學(xué)鍍鎳過(guò)程中，由溶液中的化學(xué)還原劑提供鎳金屬離子還原及其沉積的驅(qū)動(dòng)力。化學(xué)鍍鎳，即磷化學(xué)鍍鎳的最常見(jiàn)形式，產(chǎn)生磷鎳合金涂層。化學(xué)鍍鎳涂層內(nèi)的磷含量可以不同。本公開(kāi)涉及使用高磷化學(xué)鍍鎳處理無(wú)襯套連桿。高磷化學(xué)鍍鎳提供抗高度腐蝕，從而使其適于高腐蝕性的酸性環(huán)境諸如石油鉆探和煤礦開(kāi)采。高磷化學(xué)鍍鎳中的典型的磷濃度大于10%。在某些實(shí)施例中，高磷化學(xué)鍍鎳溶液具有范圍在約10%到約13%的磷濃度?？缮藤?gòu)獲得的高磷化學(xué)鍍鎳溶液可用于本公開(kāi)的方法中。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，一旦無(wú)襯套連桿堆疊時(shí)，期望的高磷化學(xué)鍍鎳溶液量便注入由對(duì)齊的目標(biāo)孔所形成的井內(nèi)。允許該溶液在足以實(shí)現(xiàn)約0.0001英寸至約0.0008英寸范圍之間的涂層厚度的時(shí)間段內(nèi)與孔反應(yīng)并且電鍍孔。更具體地，已發(fā)現(xiàn)約0.0001英寸至約0.0003英寸的最終涂層厚度是可取的。用于電鍍的高磷化學(xué)鍍鎳溶液的量可取決于各種參數(shù)，包括待被處理的無(wú)襯套連桿的數(shù)量、表面條件、期望的涂層厚度以及溶液的具體應(yīng)用和濃度。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的處理方法還提供被處理孔的后處理。后處理步驟的非限制性示例包括精密珩磨電鍍孔以實(shí)現(xiàn)被處理孔的期望的最終直徑和表面光潔度、去毛邊以及清理。
[0024]工業(yè)實(shí)用性
[0025]在一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及耐磨無(wú)襯套連桿，其具有表現(xiàn)出提供較高耐磨性的高磷鎳合金涂層的銷(xiāo)孔。根據(jù)本公開(kāi)的方法的預(yù)處理新的無(wú)襯套連桿可減少磨損并且提供延長(zhǎng)的第一設(shè)計(jì)壽命，而不添加與常規(guī)襯套相關(guān)聯(lián)的成本和重量。磷成分保持潤(rùn)滑并且支持油膜保留，而鎳成分在配以硬軸或銷(xiāo)時(shí)提供耐用的基礎(chǔ)。在一個(gè)實(shí)施例中，被處理的無(wú)襯套連桿為原始制造部件并且提供可以長(zhǎng)于傳統(tǒng)連桿的第一設(shè)計(jì)壽命。在另一個(gè)實(shí)施例中，被處理的無(wú)襯套連桿為由粉末金屬制造的原始制造部件。
[0026]在另一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及改制或搶修無(wú)襯套連桿，從而提供高磷鎳合金涂層。搶修無(wú)襯套連桿可提供擴(kuò)展的耐磨性，通常等于或大于改制發(fā)動(dòng)機(jī)所預(yù)期的耐磨性。公開(kāi)過(guò)程的使用可允許在改制過(guò)程期間搶修磨損的連桿，而不是被認(rèn)為是廢棄零件。
[0027]因此，本公開(kāi)涉及通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳處理原始裝備并且修復(fù)磨損無(wú)襯套連桿的改善的方法。本公開(kāi)的方法可涉及通過(guò)堆疊被掩蔽的連桿而同時(shí)電鍍多個(gè)無(wú)襯套連桿，使得對(duì)齊的孔形成“反應(yīng)室”，其中可添加高磷化學(xué)鍍鎳溶液用于電鍍。因此，本公開(kāi)的方法允許高磷電鍍?nèi)芤旱挠行褂靡约霸试S同時(shí)處理多個(gè)連桿的有效加工處理。
[0028]本說(shuō)明書(shū)和實(shí)例應(yīng)當(dāng)僅被認(rèn)為是示例性的，本公開(kāi)的真實(shí)范圍由隨附的權(quán)利要求及其等效形式來(lái)指明。從說(shuō)明書(shū)和本文公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)踐考慮，本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。本說(shuō)明書(shū)和實(shí)例應(yīng)當(dāng)僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由隨附的權(quán)利要求來(lái)指明。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)襯套連桿(120)，其包括: 細(xì)長(zhǎng)桿，其具有被配置成與活塞(111)連接的銷(xiāo)端，以及被配置成與曲軸連接的曲柄端，其中所述銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔(200)，以及所述銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上的高磷鎳合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)襯套連桿，其中所述高磷鎳涂層包括量大于約10%的磷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)襯套連桿，其中所述高磷鎳涂層包括量范圍從約10%到約13%的磷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)襯套連桿，其中所述高磷鎳涂層具有范圍從約0.0001英寸到約0.0008英寸的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)襯套連桿，其中所述高磷鎳涂層具有范圍從約0.0001英寸到約0.0003英寸的厚度。
6.—種用于改制磨損的無(wú)襯套連桿(120)的方法，其中每個(gè)磨損的無(wú)襯套連桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，該細(xì)長(zhǎng)桿具有被配置成與活塞(111)連接的銷(xiāo)端以及被配置成與曲軸連接的曲柄端，其中所述銷(xiāo)端包括具有內(nèi)徑的孔(200)，所述方法包括: 清理所述銷(xiāo)端孔； 通過(guò)彈性分隔物來(lái)掩蔽和固定所述銷(xiāo)端孔；以及 在所述銷(xiāo)端孔的內(nèi)徑上提供高磷鎳合金涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過(guò)高磷化學(xué)鍍鎳提供所述高磷鎳合金涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述高磷鎳涂層包括量大于約10%的磷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述高磷鎳涂層包括量范圍從約10%到約13%的磷。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述高磷鎳涂層具有范圍從約0.0001英寸到約.0.0008英寸的厚度。
【文檔編號(hào)】F16C5/00GK104487720SQ201380036641
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】B·J·科斯基, G·D·卡斯特納, M·A·懷特 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司