Изготовление поршней дизельных двигателей

Изготовление поршней дизельных двигателей

Наше предприятие открылось недавно, но опыт специалистов в области изготовления поршней огромный и стаж более 25 лет. Основное направление у нас на высокое качество поршней по всем существующим показателям. Поршни изготавливаются в новейших дизайнерских и конструкторских решениях.

Мы создаем высокотехнологичные поршни (под заказ: бензин, дизель, газ: пропан-бутан, метан; усиление, изменение конструкции
и прочее).

— Литьё под низким давлением.
— Литьё под высоким давлением методом жидкой штамповки.
— Термическая обработка (закалка и старение).
— Гарантия качества.

При серийном и массовом изготовлении поршней производители на многом экономят (электроэнергия, сырье «подешевле», технологии и пр.) и изготавливают по самой простой технологии (литье в кокиль при атмосферном давлении). При такой технологии высокого качества у поршней не добиться.

Все фирмы, выпускающие серийные поршни, не делают полный цикл термообработки, только старение. При такой термообработке поршни делаются твёрдыми, но и хрупкими (ломаются перемычки между кольцами, лопаются юбки у поршней).

У кованых поршней есть тоже плюсы и минусы. Эти поршни изготавливаются методом изотермической штамповки из деформируемых сплавов с крайне низким содержанием кремния и имеют большую твёрдость при большой пластичности. Они выдерживают огромные механические нагрузки. Но большой минус таких поршней в том, что у них большой коэффициент линейного расширения из-за недостатка кремния, который является основным легирующим элементом во всех поршнях. Кремний придаёт поршням твёрдость, износостойкость и низкий коэффициент линейного расширения.

Наши поршни изготавливаются методом высокого давления полужидкого металла в вакуумированную пресс-форму. Для двигателей большого литража поршни изготавливаются методом жидкой штамповки с последующей кристаллизацией. Все поршни проходят полный цикл термообработки. В дизельных и двухтактных двигателях повышенное содержание кремния (до 20%). После термообработки эти поршни с большим трудом поддаются механической обработке победитовыми резцами (чугун и сталь обрабатываются легче).

Отправка товара производится любой транспортной компанией по желанию Покупателя (Пони Экспресс, ТК Байт, СДЭК, Энергия, Деловые Линии, ПЭК, Роза Ветров Сибири, Байкал и пр.).

Источник

Поршни дизельных двигателей

Чугунная вставка в канавку первого компрессионного кольца

Такая мера увеличения эффективности и надежности компрессионных колец применяется с 1931 года, чаще такая вставка располагалась только на первом компрессионном кольце, в некоторых случаях и второе.

Вставки изготавливаются из аустенитного чугуна (обладает высокой кислотостойкостью, щелочестойкостью и жаропрочностью)к тому же имеет подобный коэффициент теплового расширения, особо стойкие к изнашиванию. В этой оправке из чугуна находится первое компрессионное кольцо, работающее в самых суровых условиях, а это очень высокая температура и давление так распространенное в дизельных двигателях.

Канал охлаждения в поршне

Чтобы охладить область вокруг камеры сгорания наиболее эффективно, учитывая высокие температуры вытекающими из высокой выходной мощности применяют различные типы охлаждающих каналов.

Вариант с отрытым каналом в поршне через который впрыскивается масло из головки шатуна

Поршни со втулками в бобышках

В поршнях FERROTHERM® рисунок вверху справа, днище поршня кольцевой пояс и часть бобышек сделанна из сплава стали несущая основную нагрузку, вторая отдельная часть это юбка из легкого алюминиевого сплава связанная с поршнем через бобышки. Охлаждающий канал головки поршня закрыт стальной пластиной. Такой тип поршня показывает отличные характеристики, низкое линейное расширение, низкий расход масла, повышенные нагрузки, из за высокой температуры днища поршня происходит лучшее сжигание топлива снижая токсичность выхлопа.

Оптимизированный поршень MONOTHERM®

Поршни MONOTHERMR

Поршень MONOTHERM® появился в результате развития THERM®. Эти поршни дизелей полносттью изготовлены из сплава стали с очень точно оптимизированным весом. Применяются в двигателях с очень маленькой высотой сжатия меньше 50% от диаметра цилиндра. Качество обработки на высшем уровне. Масса поршня близка к массе аналогичного поршня из алюминиевого сплава, рассчитанного на такую же нагрузку. Используются в дизельных двигателях с пиковым давлением в цилиндре до 20Мпа.

Оптимизированный MONOTHERM поршень

В оптимизированных поршнях MONOTHERM®, поршневая юбка связана с бобышками со всех сторон, верхний край юбки так же имеет связь с головкой поршня, что увеличивает его устойчивость к нагрузкам. Выдерживает давление в цилиндре до 25 МПа.

Поршни MonoXcompR

Чтобы противостоять еще большему давлению на поршень и выдерживать еще большую температуру в камере сгорания компания MAHLE разработала поршень MonoXcomp®; имеющий сложное строение и состоит из нескольких частей.

Головка поршня и его юбка изготавливается из различных металлов, что позволяет выбирать необходимые значения прочности и стойкости к температуре и окислительным реакциям подбираю необходимые материалы и возможность производить эти части кованными.

Читайте также:  Двигатель от машины двойника

Такая компоновка поршня позволяет выдерживать давление больше чем 25 Мпа, тонкие стенки в области стержня так же образуют охлаждающий канал с циркулирующим маслом и эффективно отводят тепло от высоко нагруженных температурных зон, не распространяя высокую температуру на остальные части поршня.

Две части поршня позволяют выполнить большой канал для охлаждения, таким образом получается 2 контура охлаждения- в области стержня(в середине поршня) и в кольцевом поясе, эти каналы соединены между собой.

Соединительный элемент двух деталей поршня(стержень) в состоянии выдерживать инерционные нагрузки даже при 3000 об/мин, в другом случае, когда происходит такт рабочего хода, вся нагрузка передаётся через опорные элементы, не нагружая соединительные детали. Высота поршня может составлять менее 60% от его диаметра.

Поршень MonoXcomp® для грузовика

Поршни MonoWeld®

Детали стального поршня сварены трением и носят название MonoWeld®
Структура более жесткая, чем поршень MONOTHERM®. По сравнению с MonoXcomp®, поршень MonoWeld® так же имеет обширные каналы охлаждения, но не имеет дополнительного канала в центре. Рассчитаны на нагрузку до 25 МПа.

Поршень MonoWeld® для грузовика

Поршни для двухтактных двигателей

Поршни двухтактных двигателей подвержены более высокой температуре потому что за два оборота коленчатого вала происходит два рабочих хода, в четырех тактных в этом же промежутке совершается всего один рабочий ход. К тому же поршень управляет фазами газообмена, клапанов там нет. Поршни делают из гиперэвтектического сплава AlSi.

Какой тип поршня используется в двигателе, конечно имеет большое значение, он рассчитан для определенных режимов и должен соответствовать некоторым критериям, проще говоря Сила поршня способность эффективно отводить тепло, выдерживать переменную нагрузку и многое другой.

Источник

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ

ПОРШЕНЬ

В конструкции поршня принято выделять следующие элементы (рис. 5.1):

головку 1 и юбку 2. Головка включает днище З, огневой (жаровой) 4 и уплотняющий 5 пояса. Юбка поршня состоит из бобышек б и направляющей части.

На рис. 5.2 и 5.3 представлены наиболее типичные в настоящее время Конструкции поршней автотракторных двигателей различного типа.

Сложная конфигурация поршня, быстро меняющиеся по величине и направлению тепловые потоки, воздействующие на его элементы, приводят к неравномерному распределению температур по его объему и, как следствие, к значительным переменным по времени локальным термическим напряжениям и деформациям (рис. 5.4).

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОСНОВНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ПОРШНЯ

При проектировании поршня используются статистические данные по конструктивным параметрам его элементов, отнесенным к диаметру цилиндра 1) (рис. 5.5, табл. 5.1).

Высота поршня Н определяется в основном высотой головки h При малой Н существенно возрастает влияние на характер движения поршня несоблюдение при производстве и эксплуатации зазоров, допускаемых между его элементами и зеркалом цилиндра, что может интенсифицировать процессы перекладин, нарушение газо- и маслоуплотнения, повышенные износы стенок канавок компрессионных колец.

Высота головки поршня определяет его габариты и массу, в связи с чем ее выбирают минимально необходимой для обеспечения нормального температурного режима ее элементов. Особое внимание при этом обращается на температуру в зоне канавки верхнего компрессионного кольца и в бобышках поршня.

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ

Для изготовления поршней автотракторных ДВС в настоящее время в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы.

Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня и, следовательно, уменьшить инерционны нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы и КШМ. При этом упрощается также проблема уменьшения термического со противления элементов поршня, что в сочетании с хорошей теплопроводностью, свойственной данным материалам, позволяет уменьшать теплонапряженность деталей поршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов следует отнести малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами.

Однако поршням из алюминиевых сплавов присущ ряд серьезных недостатков, основными из которых являются невысокая усталостная прочность, уменьшающаяся при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, меньшая, чем у чугунных поршней, износостойкость, сравнительно большая стоимость.

Увеличение содержания Si в сплаве приводит к уменьшению коэффициента линейного расширения, к повышению термо- и износостойкости, но при этом ухудшаются его литейные качества и растет стоимость производства.

Для улучшения физико-механических свойств силуминов в них вводят различные легирующие добавки. добавка в алюминиево-кремниевый сплав до 6% меди приводит к повышению усталостной прочности, улучшает теплопроводность, обеспечивает хорошие литейные качества и, следовательно, меньшую стоимость изготовления. Однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Использование в качестве легирующих добавок натрия, азота, фосфора увеличивает износостойкость сплава. Легирование никелем, хромом, магнием повышает жаропрочность и твердость конструкции.

Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают путем отливки в кокиль или горячей штамповкой. После механической обработки они подвергаются термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для предупреждения коробления при эксплуатации. Кованые поршни пока используются реже, чем литые.

Чугун в качестве материала для поршней по сравнению с алюминиевым сплавом обладает следующими положительными свойствами: более высокими твердостью и износостойкостью, жаропрочностью, одинаковым коэффициентом линейного расширения с материалом гильзы. Последнее позволяет существенно уменьшить и стабилизировать по режимам работы зазоры в сочленении юбка поршня — цилиндр. Однако большая плотность не позволяет использовать его широко для поршней высокооборотных автомобильных двигателей. Данный недостаток может быть частично нивелирован включением в структуру чугуна шаровидного графита, что позволяет отливать элементы поршня существенно меньшей толщины. Как следует из сказанного выше, ни силумины, ни чугун в полной мере не являются оптимальными материалами для изготовления поршней.

Читайте также:  Как помыть двигатель иномарки

В связи с этим в настоящее время ведется активная работа по использованию для поршней керамических материалов, которые наилучшим образом отвечают требованиям, предъявляемым к материалам поршневой группы. Это малая плотность при высокой прочности, термо-, химико- и износостойкости, низкой теплопроводности и необходимом значении коэффициента линейного расширения.

Один из практических способов использования керамики состоит в изготовлении деталей поршня из металло- или полимерокомпозиционных материалов. Матрицей (основой) первого типа материалов является алюминий или магний, а в качестве наполнителя используют керамические и металлические порошки или волокла пористых материалов. Основу полимерокомпозиционных материалов составляют полимерные материалы с наполнителем из волокон углерода, стекла, порошков металлов или керамики. Они обладают малой плотностью, высокими антифрикционными свойствами и применяются для элементов с небольшими тепловыми нагрузками, например для изготовления юбки поршня.

Перспективным является армирование элементов поршня керамическими волокнами из оксида алюминия и диоксида кремния.

При содержании в основном материале до 40. 50% оксида алюминия получается аморфное керамическое волокно с диаметром 2. 3 мкм, успешно работающее при температуре 1200. 1300°С. Если содержание оксида алюминия превышает 70%, получается структура волокна, приближающаяся к кристаллической, что способствует высокой термической стабильности изделия.

Основными проблемами, сдерживающими широкое использование керамики для изготовления поршней автотракторных двигателей, являются хрупкость, низкая прочность на изгиб, склонность к трещинообразованию и усталости, а также высокая стоимость.

Материал поршня должен быть возможно малой плотности, иметь низкий коэффициент линейного расширения, обладать износостойкостью, высокой теплопроводностью, в том числе при повышенных температурах, иметь хорошую обрабатываемость. При этом важными являются комплексные характеристики материала, а не только отдельные его свойства. Так, уровень термических напряжений зависит от величины Еt и т.д. В зависимости от назначения двигателя и типа конструкции поршня могут быть применены различные материалы. Поршни двигателей многих типов, прежде всего автомобильных и тракторных, изготовляют из легких сплавов литьем в кокиль или штамповкой. В первом случае применяются эвтектические силумины типа 4Л25 (11-13% Si) и заэвтектические. содержащие присадки меди, никеля, магния и марганца. Поршни штампуют из сплавов АК4 и АК4-1, отличающихся высокими прочностными свойствами при повышенных темперах.

Несмотря на то, что масса поршней из алюминиевого сплава меньше массы поршней из чугуна, последний также применяется для изготовления поршней быстроходных двигателей. Из легированного серого и высокопрочного чугунов типов СЧ 24-СЧ 45 и ВЧ 45-5 изготовляют поршни форсированных тепловозных и среднеоборотных двигателей. При повышенной по сравнению с алюминиевыми сплавами температуре плавления чугуна устраняется обгорание кромок на поверхностях, обращенных к камере сгорания.

В составных поршнях для изготовления головки применяют жаростойкие стали типа 2ОХЗМВФ. На изготовление из стали переходят, если максимальная температура в наиболее нагретых зонах поршня превышает ориентировочно 450С. В ряде случаев (накладки поршней двухтактных двигателей) применяют высоколегированные жаропрочные стали. В табл. 11 приведены некоторые теплофизические и механические характеристики ряда материалов поршней с учетом зависимости их от температуры.

Источник

Поршень двигателя: конструктивные особенности

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

Поршни могут быть:

Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

Поршневые кольца: виды и состав

Уплотняющая часть поршня включает в себя поршневые кольца, обеспечивающие плотность соединения поршня с цилиндром. Техническое состояние двигателя определяется его уплотняющей способностью. Зависимости от типа и предназначения двигателя выбирается число колец и их расположение. Наиболее распространенной схемой является схема из двух компрессионных и одного маслосъемного колец.

Читайте также:  Минитрактор с запорожским двигателем

Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

На маслосъемное кольцо возлагается функция удаления излишков масла со стенок цилиндра и препятствование его проникновению в камеру сгорания. Оно отличается наличием множества дренажных отверстий. В конструкциях некоторых колец предусмотрены пружинные расширители.

Форма направляющей части поршня (иначе, юбки) может быть конусообразной или бочкообразной, что позволяет компенсировать его расширение при достижении высоких рабочих температур. Под их воздействием форма поршня становится цилиндрической. Боковую поверхность поршня с целью снижения вызванных трением потерь покрывают слоем антифрикционного материала, в этих целях используется графит или дисульфид молибдена. Благодаря отверстиям с приливами, выполненным в юбке поршня, осуществляется крепление поршневого пальца.

Состав поршневой группы

Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

Отвод излишков тепла от поршня

Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

Видео про четырёхтактный двигатель — принцип работы:

Источник

Поршни производства «Мотордеталь»

Поршни выпускаются диаметром от 76 до 150 мм.

Типы поршней

Данная конструкция поршня имеет наименьшую массу в сравнении с другими исполнениями, что дает преимущество при выборе формы поршня.

Поршень с термо-
регулирующей вставкой

Специальная вставка позволяет обеспечить стабильность размеров и геометрии поршня при нагреве (позволяет уменьшить тепловой зазор между поршнем и цилиндром, что ведет к снижению шумности работы двигателя).

Поршень с вставкой под верхнее компрессионное кольцо

Обеспечивается требуемая долговечность наиболее нагруженной части поршня — канавки верхнего компрессионного кольца.

Поршень с каналом
масляного охлаждения

Первоначально использовался в высокофорсированных дизельных двигателях. В настоящее время применяется и в бензиновых двигателях с наддувом. Конструкцией поршня обеспечена максимальная эффективность охлаждения головки поршня.

Конструкция поршней

Особенности производства

Все поршни производятся методом литья в кокиль. Благодаря этому обеспечивается наиболее качественная структура материала. Примеси удаляются, а механические свойства металла равномерно распределяются по всему объему детали.

Таблица основных сплавов, применяемых при производстве поршней «Мотордеталь»

АК12ММгН Базовый сплав. АК12 ММгН обладает оптимальным сочетанием таких свойств, как износостойкость и жаропрочность, имеет высокую теплопроводность.
АК13М3МгН2 Сплав по своим свойствам аналогичен АК12 ММгН. Отличается повышенным содержанием меди и никеля. Поршень из данного вида сплава обладает большей прочностью, термостойкостью, стойкостью к прогоранию и повышенной теплопроводностью.
АК13М5МгН2 Данный сплав обладает наибольшей прочностью среди сплавов данного типа. По своим свойствам сплав аналогичен АК12 ММгН, но в отличие от АК13М3МгН2 имеет большее содержание меди. Благодаря этому поршни из данного сплава обладают особо высокой прочностью.
KS1275 Запатентованный сплав немецкого концерна Kolbenschmidt KS1275 применяется при литье поршней для бензиновых и дизельных двигателей. Имеет высокую теплопроводность, износостойкость и жаропрочность.
KS1295 Увеличенное содержание никеля и меди в запатентованном компанией Kolbenschmidt сплаве KS1295 придает изделию наибольшую прочность и жаростойкость. Благодаря своим свойствам поршни из этого вида сплава выдерживают колоссальные нагрузки в мощных дизельных двигателях.
АК18 Базовый заэвтектический сплав. Жаростойкий, имеет высокую твердость. Благодаря износостойкости оптимален для изготовления поршней грузовых и тракторных дизельных двигателей. Обладает низким коэффициентом температурного расширения
АК21М3Н1 Обладает всеми положительными свойствами сплава АК18. Благодаря увеличенному содержанию меди и никеля отличается повышенной прочностью и теплопроводностью. Низкий коэффициент теплового расширения данного сплава позволяет уменьшить тепловой зазор между поршнем и цилиндром.

Эвтектический сплав — сплав, в котором основной (алюминий) и легирующий (кремний) компоненты находятся в равновесии

Заэвтектический сплав — сплав, состав которого имеет избыток легирующего элемента по сравнению с составом эвтектического сплава.

Отливки поршней подвергаются специальной термической обработке для снятия внутренних напряжений (материал поршня становится более пластичным и упругим).

Механическая обработка поршней осуществляется на автоматических линиях, что обеспечивает стабильность свойств и параметров (форма внешней поверхности, камеры сгорания каждого отдельно взятого поршня при крупносерийном производстве.

На боковой поверхности поршней производства «Мотордеталь», посредством специальной механической обработки, создаётся микрорельеф. Он снижает потери на трение между поршнем и цилиндром (как следствие — увеличение долговечности, снижение расхода топлива). На боковую поверхность поршней «Мотордеталь» наносится инновационное антифрикционное покрытие NANOFRIKS (Нанофрикс). Оно позволяет снизить потери на трение и наиболее ярко проявляет свои свойства в режимах недостаточного смазывания: при пуске двигателя и при снижении вязкости моторного масла. Нанофрикс увеличивает ресурс поршней и, как следствие, двигателя в целом.

На поршнях производится фосфатирование, повышающее твёрдость поверхности, увеличивающее её износостойкость и коррозионную стойкость.

Поршни, предназначенные для современных легковых двигателей, имеют анодированное днище и анодированную канавку под верхнее поршневое кольцо.

Анодирование увеличивает прочность, твердость и жаростойкость материала поршня и повышает износостойкость канавки поршневого кольца. При этом длительное время сохраняются оптимальные условия работы поршневых колец, что увеличивает ресурс поршня.

Обозначения на поршне

156001, Россия, г. Кострома, ул. Московская, д.105.

Источник

Ответы на популярные вопросы
Adblock
detector