Материалы для изготовления поршней

Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом — перспективный материал для изготовления поршней двигателя Д-180

Новости

Скончалась Доктор технических наук, профессор Мысик Р.К
    29.07.2021

АО «Литмашдеталь» 25 лет!
    15.07.2021

Из-за экспортных пошлин показатели в отрасли могут ухудшиться
    28.06.2021

В.А. Изосимов — канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ),
В.И. Суркин -д-р техн. наук, профессор (ЧГАУ), Н.Н. Попков (ЧГАУ),
А.В. Изосимов — начальник техбюро (з-д «Челябэнергоремонт»)

Показаны перспективы применения чугуна с вермикулярным графитом для изготовления поршней тракторного двигателя Д-180.
Материалы, применяемые для изготовления цельнолитных поршней двигателей внутреннего сгорания, должны обладать достаточно высокими механическими свойствами. Эти требования в значительной степени противоположны, по необходимы, так как различные части поршня имеют различные назначения: верхняя часть (головка) воспринимает в основном силовую нагрузку, средняя и нижняя части (юбка) работают в основном на трение.
На заводах поршни изготавливают цельнолитыми и составными. Составная конструкция позволяет изготавливать головку и юбку поршня из различных материалов, головку — из жаропрочного, а юбку из антизадирного и износостойкого.
Создание новых конструкций современных двигателей и форсирование режимов рабо ты в целях повышения их мощности предполагает наличие надежных двигателей цилиндро поршневой группы и прежде всего поршней. Материал поршня должен обладать достаточ ной прочностью при рабочих температурах, износоустойчивостью, высокой теплопроводи мостью, небольшим коэффициентом линейного расширения и малой плотностью. Практически всем этим условиям не может удовлетворять ни один из существующих поршневых материалов. Поэтому выбор того или иного сплава поршней производят с учетом условий эксплуатации, размеров и конструкции поршня, то есть удовлетворять основные требования к материалу поршня часто в ущерб других, менее важным для данной конструкции.
Поршни из алюминиевых сплавов, которыми оснащаются современные автотракторные двигатели, уже не обеспечивают возможности дальнейшего форсирования и температуры в камере сгорания до 550-аС, а также повышение долговечности и надежности связаны с необ ходимостью замены алюминиевых сплавов сталью или высококачественными чугунами [1].
Основное препятствие к широкому применению тонкостенных поршней из стали — снижение антидетонационных характеристик двигателя, что вызвало необходимость умень шения степени сжатия.
Чугун лишен этих недостатков, отличается лучшими литейными свойствами и наиболее приемлем для замены алюминиевых сплавов.
Однако масса чугунного поршня не должна намного превышать массу алюминиевого. Поэтому создана конструкция, имеющая более тонкие стенки.
Проведены анализ физико-механических характеристик чугунов с различной формой графита. Определены их механические характеристики при разных температурах, теплофизические характеристики, термическая выносливость и технологические свойства. Чугуны с разной формой графита имеют различные значения параметров, способствующих повыше нию или понижению их сопротивления термоусталости. Анализ показал, что чугун с верми кулярным графитом (ЧВГ) и высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) наиболее перспективны.
В результате исследований установлено, что термическая выносливость ВЧШГ колеблется в пределах 1100-1400 циклов, ЧВГ -550-650, ковкого чугуна (КЧ) — 350-450, серого чу гуна (СЧ) -120-180 циклов до разрушения [2].
Сопротивление чугунов термической усталости является функцией

Ктт = f (( σ В , -л , -д , m ) / ( E , -б, вшцТ, k )),

где σ В предел прочности при растяжении, Мпа; -д — относительное удлинение, %; -л тепло проводность, Вт/(м.к.); вшцТ — градиент температур цикла, К; Е — модуль упругости I 04, Мпа; -б — коэффициент термического расширения *10 -6 , К -1 ; m — объемный фактор; k — коэффициент концентрации напряжений.

Из анализа табл. 1 следует, что для повышения надежности и долговечности поршней наиболее подходящим по комплексу свойств является ЧВГ. Он имеет достаточно высокие показатели физико-механических свойств и при повышенных температурах (табл. 2).

Таблица 1. Свойства чугунов с различной формой графита

Поршень

По́ршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Читать еще:  Чем плох атмосферный двигатель

Содержание

Строение

Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции

  • днище
  • уплотняющая часть
  • направляющая часть (юбка)

Для передачи усилия от поршня (или наоборот) может использоваться шток, либо кривошип, который соединяется с поршнем с помощью пальца. Другие способы передачи усилия используются реже. В некоторых случаях шток может играть роль направляющего устройства, в этом случае юбка не нужна.

Поршень может быть односторонним или двухсторонним. В последнем случае поршень имеет два днища.

Днище

Форма днища зависит от выполняемой поршнем функции. К примеру, в двигателях внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов, конструкции двигателя и других факторов. При вогнутой форме днища образуется наиболее рациональная камера сгорания, но в ней более интенсивно происходит отложение нагара. При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры сгорания. В некоторых двухтактных двигателях днище поршня выполняется в виде выступа-отражателя для направленного движения продуктов сгорания при продувке. Расстояние от днища поршня до канавки первого компрессионного кольца называют огневым поясом поршня. В зависимости от материала, из которого сделан поршень, огневой пояс имеет минимально допустимую высоту, уменьшение которой может привести к прогару поршня вдоль наружной стенки, а также разрушению посадочного места верхнего компрессионного кольца.

Функции уплотнения, выполняемые поршневой группой, имеют большое значение для нормальной работы поршневых двигателей. О техническом состоянии двигателя судят по уплотняющей способности поршневой группы. Например, в автомобильных двигателях не допускается, чтобы расход масла из-за угара его вследствие избыточного проникновения (подсоса) в камеру сгорания превышал 3% от расхода топлива. При выгорании масла наблюдается повышенная дымность отработавших газов и двигатели снимаются с эксплуатации вне зависимости от удовлетворительности мощностных и других его показателей. [1]

Уплотняющая часть

Днище и уплотняющая часть образуют головку поршня. В уплотняющей части поршня располагаются компрессионные и маслосъёмные кольца. В некоторых конструкциях поршней из алюминиевых сплавов в его головку залит ободок из коррозионностойкого чугуна (нирезиста), в котором прорезана канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца. Нирезистовую вставку под верхнее поршневое кольцо имеют, в частности, поршни двигателей, выпускаемых ТМЗ (Тутаевский моторный завод). Благодаря этому значительно увеличивается износостойкость поршня. Кольцевые каналы для маслосъемных колец выполняются со сквозными отверстиями, через которые масло, снятое с зеркала цилиндра, поступает внутрь поршня и стекает в поддон картера двигателя.

Направляющая часть

Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Так как масса поршня у приливов оказывается большей, чем в других частях юбки, температурные деформации при нагреве в плоскости бобышек также будут наибольшими. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.

Материалы

К материалам, применяемым для изготовления поршней автотракторных двигателей, предъявляются следующие требования:

  • высокая механическая прочность;
  • малая плотность;
  • хорошая теплопроводность;
  • малый коэффициент линейного расширения;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • хорошие антифрикционные свойства.

Для изготовления поршней применяются серые чугуны и алюминиевые сплавы.

Чугун

Алюминий

Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей имеют алюминиевые поршни.

Достоинства алюминиевых поршней:

  • малая масса (как минимум на 30 % меньше по сравнению с чугунными);
  • высокая теплопроводность (в 3-4 раза выше теплопроводности чугуна), обеспечивающая нагрев днища поршня не более 250 °C, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет повысить степень сжатия в бензиновых двигателях;
  • хорошие антифрикционные свойства.

Недостатки

Недостатками алюминиевых поршней являются:

  • большой коэффициент линейного расширения (примерно в 2 раза больше, чем у чугуна),
  • значительное снижение механической прочности при нагреве (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 % против 10 % у чугуна).

Недопустимые для нормальной работы двигателя зазоры между стенками цилиндров и алюминиевыми поршнями устраняются конструктивными мероприятиями, основными из которых являются:

  • придание юбке поршня овальной или овально-конусной формы;
  • изоляция тронковой (направляющей) части поршня от наиболее нагретой его части (головки);
  • косой разрез юбки по всей длине, обеспечивающий пружинящие свойства стенок;
  • Т- и П-образные прорези в юбке поршня не на полную её длину в сочетании с её овальностью;
  • компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна.
Читать еще:  Audi контрактный двигатель что это

Применение

Две основные проблемы, решаемые при проектировании моторов:

  1. как избежать повышенного износа поршня,
  2. как избежать прогара поршня.

Обе эти проблемы возникают вследствие желания конструкторов максимально облегчить поршень, поскольку это позволяет улучшить показатели моторов и компрессоров.

Д-160, Д-180

Цена: Уточняйте у менеджера

Доставка по всей России

Поршень КМЗ Д160-1004015 (51-03-40)

Поршень двигателя Д160

Диаметр 150 мм.
Две канавки под маслосъемные кольца. Три канавки под компрессионные кольца (наклонные и прямоугольные). Камера сгорания тороидальная, без рассекателя.
Материал поршня: алюминиевый сплав АК12М2МгН.
Покрытие: олово.
Масса поршня 4,300 кг.
В упаковке комплекта поршневой: 2 шт.

Гильза КМЗ 51-01-82 (D 150) фосфатированная

Гильза к двигателю Д160.
Материал — специальный легированный чугун. Особенность материала — плотная структура материала гильз, обеспечивающая их долговечность.
Метод изготовления — центробежное литье.
Масса гильзы 13,560 кг.
В упаковке комплекта поршневой: 1 шт.

Гильза КМЗ 51-01-82 (D 150)

Гильза к двигателю Д160.
Материал — специальный легированный чугун. Особенность материала — плотная структура материала гильз, обеспечивающая их долговечность.
Метод изготовления — центробежное литье.
Масса гильзы 13,560 кг.
В упаковке комплекта поршневой: 1 шт.

Поршневой палец КМЗ Д160-1004020А (D 150)

Поршневой палец к двигателю Д160.
Материал — легированная сталь.
Производится термообработка-улучшение (объемная закалка и высокий отпуск). Рабочая поверхность пальцев закаливается токами высокой частоты на глубину 1,5-2,5 мм с последующим низким отпуском.
Масса поршневого пальца 1,710 кг.
В упаковке комплекта поршневой: 4 шт.

Поршневые кольца СТ-51-03-122СП

Поршневые кольца к двигателю Д160 (D 150).

Состав комплекта поршневой Д160 (D 150)

Гильза цилиндров КМЗ 51-01-82 (D 150)
Гильза цилиндров КМЗ 51-01-82 (D 150) фосфатированная
Поршень КМЗ Д160-1004015 (51-03-40)
Палец поршневой КМЗ Д160-1004020А
Поршневые кольца СТ-51-03-122СП (D 150)

Все детали поршневой Д160 оптимизированы по геометрии и материалам для работы в комплекте

Применяемость комплекта поршневой Д160 (D 150)

Двигатели: ЧТЗ Д-160-01.

Техника: трактор Т-170,-108, -180.

Поршень КМЗ Д 160-1004015-145 (51-03-23)

Поршень двигателя Д160 диаметром 145 мм.
Две канавки под маслосъемные кольца. Три канавки под компрессионные кольца (наклонные и прямоугольные). Камера сгорания тороидальная, без рассекателя.
Материал поршня: алюминиевый сплав АК12М2МгН.
Покрытие: олово.
Масса поршня 4,300 кг.
В упаковке: 2 шт.

Гильза КМЗ 01466-2 (D 145) фосфатированная

Гильза к двигателю Д160, диаметр 145 мм.
Материал гильзы — специальный легированный чугун. Особенность материала — плотная структура материала гильз, обеспечивающая их долговечность.
Метод изготовления гильзы — центробежное литье.
Масса гильзы 13,600 кг.
Гильз в упаковке: 1 шт.

Гильза КМЗ 01466-2 (D 145)

Гильза к двигателю Д160, диаметр 145 мм..
Материал гильзы — специальный легированный чугун. Особенность — плотная структура материала гильз, обеспечивающая их долговечность.
Метод изготовления — центробежное литье.
Масса гильзы 13,600 кг.
Гильзы в упаковке 1 шт.

Поршневой палец КМЗ Д160-1004020-145А (на поршень D 145)

Поршневой палец к двигателю Д160. Материал — легированная сталь. Производится термообработка-улучшение (объемная закалка и высокий отпуск). Рабочая поверхность пальцев закаливается токами высокой частоты на глубину 1,5-2,5 мм с последующим низким отпуском.
m=1,640 кг.
В упаковке: 4 шт.

Поршневые кольца СТ-51-03-115СП

Поршневые кольца к двигателю Д160 (D145).

Состав комплекта
поршневая Д 160 (D 145)

Гильза цилиндров КМЗ 01466-2 (D145)
Гильза цилиндровКМЗ 01466-2 (D145) фосфатированная
Поршень КМЗ Д160-1004015-145 (51-03-23)
Палец поршневой КМЗ Д160-1004020-145А
Поршневые кольца СТ-51-03-115СП (D145)

Все детали поршневой Д 160 (D145) — гильза, поршень, палец, кольца — оптимизированы по геометрии и материалам для работы в комплекте

Применяемость поршневой Д160 (D 145)

Двигатели: ЧТЗ Д-160.

Читать еще:  Шатуны в двигателе что это

Техника: трактор Т-130.

В категории Цилиндро — поршневые группы вас может заинтересовать:

Поршень двигателя

Поршень – деталь, которая часто используется в различных технических устройствах. Везде, где требуется преобразование давления рабочего тела (газа либо жидкости) в возвратно-поступательное и далее во вращательное движение, присутствует поршень. В компрессорах, различных гидравлических и пневматических агрегатах эта деталь — центральный компонент.

Рис. 1. Поршни производства SM Motorenteile Gmbh

Историческая справка. Первый поршневой ДВС был создан инженером Ленуаром во Франции в далеком 1861 году. До этого изобретения поршни были в паровых машинах и различных насосах.

В ДВС деталь выполняет такие функции:

— воспринимает давление газов для передачи возникающих усилий шатуну;

— герметизирует пространство камеры сгорания;

— отводит и передает цилиндру излишки тепла.

Независимо от используемого топлива условия работы в ДВС диктуют особые требования к материалам, технологиям и конструктивным элементам поршня.

Какие же это условия?

Они довольно жесткие:

— высокая температура и давление;

— интенсивные знакопеременные инерционные нагрузки.

Для изготовления поршней ДВС используются прочные, термостойкие и одновременно легкие материалы. Это особые сплавы алюминия или специальные сорта стали.

Деталь имеет сложную форму и жесткие допуски геометрических параметров, для ее изготовления используется высокотехнологичное оборудование.

Технологии, применяемые для формообразования поршня – литье или штамповка с дальнейшей механической обработкой.

Конструкция

Разница в конструкции поршней для разных ДВС зависит от их типа (дизельный или бензиновый), типа смесеобразования и других, присущих каждому агрегату, особенностей. Однако существуют и общие для всех поршней принципы их устройства.

Рис. 2. Поршень двигателя внутреннего сгорания

Обычный поршень ДВС состоит из 3-х основных частей:

— днище, непосредственно воспринимающее мощный тепловой поток и давление газов;

— уплотняющая часть, герметизирующая камеру сгорания и отводящая излишки тепла;

— направляющая часть, обеспечивающая положение поршня и передающая боковую нагрузку на стенку цилиндра.

Бензиновые ДВС имеют поршень с плоской головкой, оснащенной специальными канавками. Для дизелей характерна сложная форма поршня, камеры в головке которого создают завихрение, обеспечивая качественное смесеобразование. Юбка изготавливается конусообразной или криволинейной формы для компенсации теплового расширения. На юбке имеются отверстия для поршневых колец. С шатуном поршень соединяется с помощью поршневого пальца.

Топливная смесь в цилиндре сжимается днищем и воспламеняется. Образовавшиеся газы значительно увеличиваются в объеме и перемещают поршень. Перемещаясь, он вращает коленвал, передавая крутящий момент на трансмиссию.

Основная информация о поршне двигателя наносится на его нерабочие поверхности в верхней или внутренней частях.

Информация (метки) на верхней части поршня содержит такие данные:

Рис. 3. Информация на верхней части поршня

Размер (диаметр) поршня.
Монтажный зазор.
Товарный знак (марка) производителя.
Направление установки (монтажа).

Рис. 4. Направление установки поршней для силового агрегата, расположенного спереди автомобиля (направление FRONT)

Рис. 5. Направление установки поршней для силового агрегата, установленного сзади автомобиля (направление BACK)

Номер отливки
Располагается на внутренней части поршня.

Рис. 6. Размещение номера отливки на поршнях Kolbenschmidt

Рис. 7. Размещение номера отливки на поршнях MAHLE

Номер отливки помогает идентифицировать тип двигателя, когда другие указания отсутствуют.
Производители поршней
Поршни производят компании, выпускающие комплекты деталей моторной группы. Как правило, они обладают серьезным технологическим потенциалом, который позволяет производить продукцию с соблюдением довольно жестких требований международных стандартов качества и спецификаций автопроизводителей. Так, например, немецкая SM Motorenteile Gmbh производит такие компоненты моторной группы:
— поршни ДВС и компрессоров;
— гильзы цилиндров;
— поршневые кольца;
— клапаны;
— вкладыши;
— распредвалы;
— шатунные втулки;
— головки блока цилиндров.

Можно выделить таких основных производителей поршней автомобильных ДВС, продукция которых пользуется популярностью на рынке Украины:
— AE (США);
— GLYCO, Kolbenschmidt, Mahle, SM Motorenteile (Германия);
— Nural, Yenmak, Mopart (Турция).
Интернет магазин Автозапас предлагает поршни и другие запчасти моторной группы известных производителей для легковых и легких коммерческих авто.
Обращайтесь! Наши специалисты помогут подобрать необходимые запчасти по оптимальной цене.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector