一种新型包覆无油自润滑活塞及配套活塞环的制作方法

摘要

本发明提供了一种新型包覆无油自润滑活塞的制作方法，所述新型包覆无油自润滑活塞由活塞体及配套活塞环组成，活塞体上设置有自润滑包覆薄片，其特征是所述新型包覆无油自润滑活塞的制作方法包括如下步骤：S101、自润滑包覆薄片制作；S102、自润滑包覆薄片表面处理；S103、自润滑包覆薄片与活塞体粘接；S104、磨削加工；S105、配套活塞环毛坯制作；S106、配套活塞环铣床加工及人工修边；S107、配套活塞环加热整形；所述自润滑包覆薄片及配套活塞环由聚四氟乙烯添加碳纤维和聚苯酯制成，所述步骤S102中，使用了钠萘溶液作为表面处理液。使用本发明方法制作的新型包覆无油自润滑活塞，运动时摩擦系数小，动力衰减少，使用寿命长。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无油活塞的制作方法，更具体地说，它涉及一种新型包覆无油自润滑活塞及配套活塞环的制作方法。

背景技术：

现有无油润滑气体压缩机的活塞都采用无油结构，活塞的滑动性能比较差，活塞在运行时摩擦温度提高，容易加剧活塞的磨损，加大了活塞与各零部件之间的间隙，密封性能差，缩短了活塞的使用寿命。

现市场上出现了对活塞进行表面处理的技术，一般是涂覆具有润滑作用的混合物对活塞进行表面润滑处理。涂覆的混合物存在石墨、聚四氟乙烯等。石墨具有良好的润滑效果，一般在活塞的表面润滑处理都被作为一种优选的涂料材质，然而石墨没有很明显的粘性，在活塞表面经常遇到涂层不牢固，在活塞的往复运动中剥离等现象。而聚四氟乙烯存在蠕变现象，无法抵抗冷流，长期使用后磨耗加快。同时，现有涂覆方法均采用喷涂，喷涂工艺中会出现气泡，使涂层粘接不牢易脱落，这样大大降低了活塞的使用寿命，这种方法不易采用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种新型包覆无油自润滑活塞及配套活塞环的制作方法，所述新型包覆无油自润滑活塞由活塞体及自润滑包覆薄片两部分组成，其特征是所述新型包覆无油自润滑活塞的制作方法包括如下步骤：

S101、自润滑包覆薄片制作；

S102、自润滑包覆薄片表面处理；

S103、自润滑包覆薄片与活塞体粘接；

S104、磨削加工；

S105、配套活塞环毛坯制作；

S106、配套活塞环铣床加工及人工修边；

S107、配套活塞环加热整形。

所述自润滑包覆薄片及配套活塞环的制作原料，由聚四氟乙烯、碳纤维、聚苯酯制成，所述步骤S102中，使用了钠萘溶液作为表面处理液。

所述自润滑包覆薄片及配套活塞环的制作原料：聚四氟乙烯、碳纤维、聚苯酯的配比如下：

聚四氟乙烯60％(质量占比)

碳纤维25％(质量占比)

聚苯酯15％(质量占比)。

所述钠萘溶液由四氢呋喃溶液、精萘和金属钠化学反应制成。所述步骤S102中，自润滑包覆薄片表面处理方法为，将所述自润滑包覆薄片在钠萘溶液中浸泡15分钟以上，浸泡后取出，使用离子水及三氯乙烯清洗。

所述步骤S101中，还包括步骤：

S201、自润滑包覆薄片原料混合；

S202、自润滑包覆薄片压制；

S203、自润滑包覆薄片烧结；

S204、自润滑包覆薄片车削。

所述步骤S105中，还包括步骤：

S301、配套活塞环原料混合；

S302、配套活塞环压制；

S303、配套活塞环烧结。

所述步骤S201与S301中，原料混合使用了气流碰撞粉碎机，混合次数为2次，混合后静置24小时。

所述步骤S203与S303的烧结过程中，使用了高温烧结箱，高温烧结箱内设置有转盘及鼓风机，烧结过程包括初始升温阶段、缓慢升温阶段及恒温保持阶段三个阶段。所述初始升温阶段，升温速度60℃/小时，转盘旋转及鼓风机启动温度160℃，缓慢升温阶段起始温度327℃，升温速度30℃/小时，恒温保持阶段温度370℃，恒温保持时间10小时。

所述步骤S103中，使用结构胶进行自润滑包覆薄片与活塞体的粘接，胶层厚度为0.04～0.05mm，粘接后需加压及恒温加热，压强为0.05～0.1MPa，恒温加热温度为185℃，恒温时间为3小时。

所述步骤S107中，配套活塞环加热整形温度为230℃恒温，恒温保持时间4小时。

附图说明：

图1为本发明新型包覆无油自润滑活塞的制作步骤图

具体实施方式：

现结合附图对本发明进行详细介绍。

图1为本发明新型包覆无油自润滑活塞的制作步骤图，步骤如下：

步骤S101、自润滑包覆薄片制作：

首先，进行步骤S201、自润滑包覆薄片原料混合，聚四氟乙烯添加碳纤维和聚苯酯，比例如下：

将聚四氟乙烯(PTFE)粉末(质量比60％)，均匀加入碳纤维(C)(质量比25％)和聚苯酯(POB)(质量比15％)，手混均匀，放入气流碰撞粉碎机混合两遍，置放于不锈钢桶静止24小时。

然后进行步骤S202、自润滑包覆薄片压制，压制成毛坯。

继续进行步骤S203、自润滑包覆薄片烧结，将压制的毛坯，摆放在高温烧结箱中，并留有一定的膨胀距离，加温烧结，烧结温度60℃/小时提升，160℃打开转盘，使转盘旋转，同时开启鼓风。当温度达到327℃时，以30℃/小时的温度提升，370℃恒温10小时后停止加热，关闭鼓风，关闭转盘，自然冷却。

最后进行步骤S204、自润滑包覆薄片的车削。车削成聚四氟乙烯薄片，待处理。

步骤S102、自润滑包覆薄片表面处理：

将四氢呋喃溶液加入精萘，搅拌使其充分溶解，充入氮气保护，将金属钠加入其中，慢慢搅拌，形成钠萘溶液。将裁成固定尺寸的自润滑包覆薄片浸入钠萘溶液，慢慢搅拌浸泡15分钟以上后取出，用85℃的离子水清洗晾干，再用三氯乙烯清洗晾干备用。

步骤S103、自润滑包覆薄片与活塞体粘接：

将本公司制备的耐高温结构胶均匀刮涂在活塞体裙部外表面，并将固定裁尺的自润滑包覆薄片涂胶，贴附在涂有胶层的活塞裙部外表面，装夹固定， 压强为0.01～0.05MPa，放在恒温箱加热至185℃。由于温度的升高，金属及自润滑包覆薄片分子热运动，金属及自润滑包覆薄片膨胀，压强升高，此时压强增加到0.05～0.1MPa。恒温3小时，自然冷却到室温，然后将固定夹具松开，(此时，胶层的厚度经过检测为0.04～0.05mm)。除去表面挤出的余胶，待加工。

胶层涂覆一定要均匀，粘接后的自润滑包覆薄片和活塞体裙部外表面中间的胶层不能有气泡，胶层要达到100％与两个不同表面之间接触，这样才能使高速运动的活塞的包覆(粘接)层不至于脱落！

步骤S104、磨削加工：

将包覆粘接好自润滑包覆薄片的活塞装夹在外圆磨上，进行磨削，加工到达到设计尺寸为止。

经过包覆聚四氟乙烯作为导向付的活塞，在缸套内频繁运动摩擦，产生的聚四氟乙烯磨耗，牢牢地贴在缸套上形成一种聚四氟乙烯膜，就相当于聚四氟乙烯与聚四氟乙烯之间的摩擦。

聚四氟乙烯(PTFE)与聚四氟乙烯摩擦，其摩擦系数小于或等于0.04，就和冰与冰的摩擦一样！

步骤S105、配套活塞环毛坯制作：

首先进行步骤S301、配套活塞环原料混合，聚四氟乙烯添加碳纤维和聚苯酯，比例如下：

将聚四氟乙烯(PTFE)粉末(质量比60％)，均匀加入碳纤维(C)(质量比25％)和聚苯酯(POB)(质量比15％)，手混均匀，放入气流碰撞粉碎机混合两遍，置放于不锈钢桶静止24小时。

然后进行步骤S302、配套活塞环压制：压制的毛坯直径要比实际尺寸的配套活塞环大，这样才能便于两个平面台阶和异形的加工。等于把设计的配套活塞环圆周展开，加上两个端面台阶和异形的尺寸还要留有切断修整的尺寸。

最后进行步骤S303、配套活塞环烧结：将压制的配套活塞环毛坯，摆放在高温烧结箱中，并留有一定的膨胀距离，加温烧结，烧结温度60℃/小时提升，160℃打开转盘，使转盘旋转，同时开启鼓风。当温度达到327℃时，以 30℃/小时的温度提升，370℃恒温10小时后停止加热，关闭鼓风，关闭转盘，自然冷却。

步骤S106、配套活塞环铣床加工及人工修边：

根据烧结后的配套活塞环尺寸，做装夹工具，装夹工具要能同时加工两个不同端面，这样才能提高加工效率。五轴铣床是加工两个端面的最好方法，加工速度快，效率高。

将加工图纸输入CNC直接就可以自动生成加工程序，然后单段空运转，检查程序是否正确。确认程序没问题，进行加工。加工完毕的配套活塞环，还要进行人工修理毛边。

步骤S107、配套活塞环加热整形：

将加工完毕的多个配套活塞环的半成品置入设计好的钢套内，两头固定后，放入恒温箱进行加热整形，温度控制在230℃，恒温4小时后停止恒温，待冷却到自然温度后取出，这样才能使加工后的配套活塞环成为正圆。这种配套活塞环配合新型包覆无油自润滑活塞，使用寿命比普通的聚四氟乙烯活塞环提高100倍以上！

这是在活塞(裙)部表面包覆(粘接)聚四氟乙烯薄片，和喷涂聚四氟乙烯薄膜是两种完全不同的工艺，两个完全不同的概念！