Технология производства поршневых колец


Изготовление поршневых колец.

 

Поршневые кольца изготавливают из чугунных пустотелых цилиндрических отливок, которые перед механической обработкой подвергают искусственному старению для снятия внутренних искажений.

В судоремонтной практике получили распространение три способа изготовления колец: 1. двойной проточки, 2. одинарной проточки с использованием отливки эллиптической формы, 3. тормофиксациии замки.

Способ двойной проточки применяют в судовых условиях. При изготовлении колец этим способом первоначальные размеры маслоты определяют из формул:

где - наружный диаметр заготовки,

- наружный диаметр предварительной проточки заготовки.

а – припуск на механическую обработку на одну сторону (3-7мм.)

 

= 1,05 ; где - диаметр цилиндра, мм.

= - 2a; где - внутренний диаметр предварительной проточки заготовки (мм.)

= 1,01 - 2S; где S – радиальная толщина кольца, мм.

 

 

После предварительной проточки нарезают кольца с припуском по высоте.

 

H= h+ b; где H – предварительная высота заготовки, мм.

h – высота кольца: b = 0,15-0,2 мм - на шлифовку.

Затем в кольцах вырезают замки. Размер выреза рассчитывают по формуле:

А=(0,1-0,12) , где А – размер выреза, мм.

 

 

 

 

 

После этого кольцо стачивают и закрепляют в специальном приспособлении для наружной проточки на окончательный размер D = . В другом приспособлении кольца растачиваются на окончательный внутренний размер d = -2S, который зависит от глубины канавки на поршне с учетом утопания кольца в канавке. Далее торцы кольца окончательно шлифуются, припиливают стыки замков для установки необходимого теплового зазора.

Этот способ прост и доступен, но весьма трудоемок и дает большое количество отходов металла в стружку.

Способ одинарной проточки – более перспективен. При нем маслоту отливают в виде эллипса неправильной формы, одинаковой с формой обработанного готового кольца в его свободном состоянии. В начале изготавливают модель маслоты для поршневых колец с наружным диаметром и внутренним диаметром длиной не более 300 мм.

 

 

 

Модель разрезают по всей длине, разрез слегка разводят и в него вставляют деревянную вставку Sс отрезком. При этом модель принимает овальную форму. По модели отливают чугунные барабаны.

Торцы колец измеряют на плоскошлифованной стенке. Далее в кольцах вырезают замки, укладывают их в специальные приспособления в сжатом состоянии и на токарном станке проводят чистовую обработку колец по внутреннему и наружному диаметрам. Изготовленные таким способом поршневые кольца обладают более равномерной упругостью по всей окружности.

Термодификсация замка. При этом способе кольца, изготовление из цилиндрической маслоты с припуском на обработку 0,6 – 0,8 мм. по наружному и внутреннему диаметру и 0,1 – 0,15 мм. по торцам, разрезают дисковой фрезой. Затем их набирают на оправку, разводят стыки до ширины, равной пятикратной радиальной толщине кольца, и сжимают с торцов. Оправку с кольцам помещают в термопечь и нагревают до 580-620 0С, выдерживают 1,5 – 2 часа, затем температуру снижают до 350-400 0С и в дальнейшем охлаждают на воздухе. Затем кольца обрабатывают по наружным и внутреннему диаметрам и шлифуют.

Данный способ способствует хорошей первоначальной упругости изготовленных поршневых колец. Однако под действием высоких температур и переменных нагрузок остаточные напряжения быстро исчезают и кольца утрачивают это свойство.

 

Ремонт шатунов.

 

Наиболее характерными дефектами шатунов являются:1. Изгиб и скручивание. 2. Выработка посадочных мест под втулку верхней головки и под вкладыш нижний.3. Наклеп, забоины или деформация плоскости стыка нижней головки.4. Износ опорных поверхностей под головку и чайку шатунных болтов. 5. Износ шатунных болтов и подшипников шатуна.

При дефектации шатуны компрессоров проверяют магнитной или капиллярной дефектоскопией на присутствие трещин. При наличии трещин шатуны выбраковываются.

Предельно допустимые при эксплуатации овальность и конусность поверхностей А и В шатуна не должны превышать 0,1 мм. Износ постели шатунного вкладыша определяют после сборки нижней головки шатуна с калиброванной прокладкой в разъеме и обжатых шатунных болтах.

 

 

Овальность и конусность поверхности А устраняют шабрением. Частота поверхности должна быть не менее 6 класса. Овальность и конусность поверхности В ликвидируют шлифованием поверхности разъема нижней головки шатуна с последующей коллибровкой или разшлифовкой нижней головки шатуна на станке. При этом частота поверхности должна быть не менее 8 класса.

После механической обработки плоскостей разъема на плите с помощью индикатора проверяют параллельность плоскости разъема шатуна и крышки к образующей отверстия. Не параллельность плоскостей разъема относительно образующих допускается не более 0,06 мм. на 100мм. длины.

Изгиб и скручивание шатуна проверяют с помощью контрольных валиков на проверочной плите. Нижнию головку шатуна с валиком устанавливают на призмах. Под верхнюю головку ставят подставку. Разность расстояний между валиками, замеренных микроштихмассом с двух сторон покажет величину изгиба шатуна. Непараллельность осей поверхностей А и В допускается не более 0,02 мм. на 100 мм. длины. Разность расстояний от плиты до верхней образующей контрольного валика верхней головки шатуна, замеренных индикатором с двух сторон, покажет величину скручивания. Отклонения от общей плоскости осей поверхностей А и В допускается не более 0,06 мм. на 100 мм. длины.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Производство поршневых колец | Завод поршневых колец Технолит. Изготовление поршневых колец

Назначение, условия работы, конструктивные особенности.

Поршневое кольцо, при всей его кажущийся простоте – одна из важнейших деталей в машиностроении. Ведь для работы двигателя внутреннего сгорания, поршневого компрессора или турбокомпрессора  требуется надежное уплотнение рабочей камеры от прорыва газов, качественный съём и отвод смазки из рабочей зоны. Для этих целей используют поршневые кольца. 

По своему назначению поршневые кольца делят на компрессионные (рисунок 1) и маслосъемные (рисунок 2). Компрессионные кольца могут оснащаться дополнительной проточкой – скребком, который служит для усиления эффекта удаления масла со стенок цилиндра.

Типы, основные параметры и размеры поршневых колец регламентированы ГОСТ 621—87 «Кольца поршневые двигателей внутреннего сгорания. Общие технические условия»

Поршневые кольца различаются по конструкции замков (рисунок 3).

Материал и способы получения заготовок.

Завод поршневых колец «Технолит» изготавливает поршневые и уплотнительные кольца из специального легированного чугуна различных марок:

- Чугун ПВГ (аналог СЧ36) – чугун перлитного класса с равномерно-распределенным пластинчато-вермикулярным графитом,  имеющий высокие механические свойства, хорошую упругость и износостойкость. Из такого материала изготавливаем поршневые кольца для компрессоров, уплотнительные кольца для трансмиссий и гидравлических машин.

- Чугун ВЧШГ (аналог ВЧ80-ВЧ100) – высококачественный высокопрочный чугун с шаровидным графитом перлитного класса,  имеющий близкую к сталям пластичность, высокую упругость и износостойкость. Из такого материала производим поршневые кольца для локомотивных и судовых двигателей, турбокомпрессоров, двухтактных двигателей. Благодаря шаровидному графиту, равномерно распределенному по всему сечению кольца, кольца из такого чугуна не уступают по износостойкости хромированным аналогам.

К качеству отливок ввиду сложных условий работы поршневых колец предъявляются более высокие требования, чем к большинству других отливок из чугуна аналогичных марок. Литые заготовки получаем новым уникальным методом литья намораживанием, благодаря чему достигаем высокого  качество материала поршневых колец.

Благодаря высоким скоростям кристаллизации и однонаправленному теплоотводу (рисунок 4), в отливке образуется высокодисперсная, ориентированная перпендикулярно поверхности теплоотвода микроструктура (рисунок 5). При этом, в готовом поршневом кольце, дендриты – кристаллы (рисунок 6 а, б), наиболее сильно противостоящие износу располагаются в плоскости, перпендикулярной поверхности трения (рисунок 6 в). Такое строение слитка характерно только для литья намораживанием и наиболее оптимально для противостояния износу деталей типа тел вращения. В результате износостойкость поршневых колец, полученным методом литья намораживанием минимум на 30-40% выше, чем у колец получаемых другими методами литья.  

Рисунок 4. Принцип формирования отливки при литье намораживанием

Рисунок 5. Общая схема областей и зон в затвердевающем слитке при литье намораживанием

Рисунок 6. Дендриты  – схематически; фото; в поршневом кольце

Изготовление поршневых колец.

Несмотря на кажущуюся простоту, технология изготовления поршневых колец является одной из сложнейших задач машиностроения. Высокие требования к точности размеров, форме и взаимному расположению поверхностей поршневых колец призваны обеспечить безупречное прилегание кольца к стенке цилиндра, а также установку канавку поршня с требуемыми минимальными зазорами. Дополнительной сложностью для металлообработки является нежесткостью конструкции кольца.

Точность размеров на основные поверхности выдерживается по квалитету 7. Шероховатость наружной цилиндрической поверхности кольца Ra — 2,5 мкм. Такая шероховатость обеспечивает хорошую приработку  к зеркалу цилиндра.

Шероховатость торцовых поверхностей кольца Ra  = 0,63 мкм. Такая шероховатость обеспечивает легкое перемещение колец в канавках поршня, а также предотвращает износ торцов колец и стенок канавок. Высокая точность расстояния между торцами улучшает условия уплотнения поршня.

Изготовление поршневых колец производим на новых токарных центрах  MAZAK, DMG, Victor  и др., с использованием инструмента ведущих мировых производителей.  При этом обеспечиваем высокую точность обработки и 100% прилегание кольца к зеркалу цилиндра.

Важнейшим показателем для поршневого кольца является сила, с которой кольцо оказывает  давление на зеркало цилиндра. Эта величина рассчитывается для каждого типа колец, и зависит от множества факторов: материала колец, материала гильзы, условий работы и т.д. При этом упругость кольца должна быть достаточной для обеспечения уплотнения рабочей камеры, съёма и отвода смазки, но при этом не вызывать повышенный износ кольца и гильзы.

 Специальная технология термической фиксации, разработанная на заводе «Технолит» позволяет получить требуемую упругость кольца с заданной эпюрой давлений, обеспечивающей равномерное давление кольца на стенки гильзы цилиндра.

www.tehnolit.by

Технология изготовления хромированных стальных поршневых колец.

Стальные L-образные хромированные кольца должны обеспечивать специальную эпюру давлений на зеркало цилиндра, что достигается переменным сечением кольца, обеспечиваемым специальным копиром. Копиры изготовляются для каждого размера поршневого кольца.

Технология изготовления стальных хромированных колец следующая:

1. Изготовление заготовки (рис. 39).

Материал заготовки сталь 40X.

2. Точение по копиру. Наибольший размер 65,6 +0.1 –0.5 мм.

3. Расточка по копиру, выдержав радиальную толщину 2,9 – 0,1 мм

4. На токарном станке нарезать заготовки высотой 3,4— 0,1 мм.

5. Произвести закалку и отпуск до НRс = 43—11 в термофиксаторе.

6. Плоское шлифование размер 3-0.05 мм каждого кольца.

7. Вырезка замка на отрезном круге. Припилить замок под стопор до размера 2+0,1 –0,15мм в стакане Ø62,25.

8. В специальных приспособлениях (оправках):

а) расточить кольца до 0 57+0,05

б) обточить до Ø61,б-0,02

в) снять острые кромки с углов R=0.3мм

9. Набор колец надеть на оправку под хромирование. Замки зачеканить свинцом. Биение по диаметру допускается не более 0,05 мм.

10. На оправке под хромирование шлифовать до Ø61,45-0,02 мм

11. Хромировать. Толщина хрома не менее 0,17 мм на сторону.

12. Снова шлифовать на этой же оправке до Ø61,75+0,03

13. Готовые кольца расточить под L-образное сечение (рис. 40) в специальном стакане с гайкой, удерживающей кольцо.

14. Обезводородить кольца. Кольца готовы. Дальнейшее обращение с кольцами должно быть аккуратным. Их поюмещают в коробку или специальный стакан, лишний раз не берут в руки до установки на поршень.

Поршневой палец.

Для уменьшения веса поршневой палец нужно облегчить, сделав выборку металла на его металонагруженных концах (рис. 41)

 

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

При имеющихся в настоящее время хороших маслах мазка из бензина с маслом является вполне удовлетворительной для соревнований по мотокроссу. Но важно помнить, что подшипнику нижней головки шатуна не хватает смазки, поэтому надо его смазывать как можно больше. С этой целью диаметр внутренних дисков маховика должен быть на уровне наружного диаметра нижней головки шатуна (рис. 42), т. е. максимально малый диаметр щек коленчатого вала.

Другой важной особенностью конструкции кроссовых двигателей является сравнительно короткий шатун. Изменение диаметра маховиков н длины шатуна влечет за собой изменение некоторых других факторов (фаз газораспределения, скорости поршня, давления в картере и пр.).

Следует учесть эти моменты при подготовке двигателя к серьезным соревнованиям.

 

Шатун.

Для лучшей смазки нижней головки шатуна и уменьшения сопротивления впуска желательно, чтобы сечение шатуна было овальным (рис.43,а).

Толщина шатуна 4—5 мм вполне достаточна для двигателей классов 125—175 см3 и 5—6 мм для самых мощных двигателей классов 250—500 см3

Шатун двутаврового сечения можно модернизировать путем опиловки (рис. 43,6) со стороны впускного окна и последующей полировки.

Для улучшения смазки пальца можно снять часть металла. Это помогает маслу просачиваться к пальцу, кроме того, несколько снижает вес. Для длительных высоких оборотов двигателя нужно заменить обычную простую втулку игольчато-роликовым подшипником (рис. 44). Это улучшает (гарантирует от заеданий) работу поршневого пальца.

Если такой возможности нет, то следует сделать зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна для диаметра пальца 14 мм — на 0,02—0,03 мм больше, а для Ø15—16 мм — на 0,03—0,04 мм. Не надо бояться стуков, на две гонки втулки хватит. При плотной втулке потеря мощности до 0,6 л. с. и возможен задир втулки, ее проворачивание. Шатун изготовляется обычно из стали 12ХНЗА, 18ХНВА или

других сталей, обладающих нужными качествами (возможностью термообработки до НRс =59 — 63 ед.).

Верхнюю b нижнюю головки шатуна калят и цементируют на глубину 0,8—1 мм с последующей шлифовкой и доводкой до нужной чистоты и размера.

Остальная часть шатуна не калится, но обрабатывается до зеркального блеска (рис. 45).

Палец нижней головки шатуна делается полым с одной стороны (отверстие Ø6мм), и по центру беговой дорожки роликов сверлится одно отверстие Ø1,2 -1,5 мм для улучшения смазки подшипника шалуна (рис. 46). Материал пальца сталь 18ХНЗА. Твердость его НRс = 64—63 ед.

Похожие статьи:

poznayka.org

Способ изготовления поршневого кольца из легкого сплава

 

Способ изготовления поршневого кольца из легкого сплава предназначен для производства поршневых колец двигателей внутреннего сгорания и т.п. Поршневое кольцо изготавливается по упрощенной технологии, заключающейся в получении заготовки кольца по его размерам в свободном состоянии методом штамповки и покрытии его поверхностей методом микродугового оксидирования. Изобретение упрощает технологию изготовления колец.

Изобретение относится к энергомашиностроению, конкретно к производству поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов и других поршневых машин и агрегатов.

Известны способы изготовления поршневых колец, описанные в кн. В.П. Молдаванов, А.Р. Пикман, В.Х. Авербух "Производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания"; К. Энглиш "Поршневые кольца", т. 1, 2, М., 1962 г.; "Трение и теплопередача в поршневых кольцах ДВС". Справочное пособие под ред. Р. М. Петриченко, Изд-во ЛГТУ, 1990 г. В них описаны способы изготовления чугунных и стальных компрессионных и маслосгонных колец с покрытиями и без них.

Недостатками вышеприведенных способов является чрезвычайная сложность технологий изготовления их, относительно малая надежность в работе из-за свойств материала колец и покрытий и соответственно долговечность и эффективность их применения.

Известны также способы получения поршневых колец из легких сплавов, например, алюминиевых. Однако технология их изготовления аналогична описанной - К. Энглиш "Поршневые кольца", т. 1, с. 570, М., 1962 г., имеет те же недостатки и требует применения надежных антифрикционных и износостойких покрытий, т. к. применяющийся процесс покрытия хромом является экологически вредным и ненадежным.

За прототип принят традиционный способ изготовления поршневого кольца, описанный в кн. В.П. Молдованова, А.Р. Пикмана, В.Х. Авербуха "Производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания".

Согласно прототипу изготовление кольца включает ряд необходимых процессов: индивидуальная или маслотная отливка заготовок чугунных колец, последующая многооперационная сложная цепочка механической обработки (точение, шлифование, фрезерование) с термической обработкой, а также покрытие колец хромом, молибденом или металлокерамикой с приработочным покрытием - лужением или другим. Образование покрытий на поверхностях кольца в свою очередь является сложным и экологически вредным процессом.

Аналогичными недостатками обладает известный способ изготовления поршневых колец из стали и других материалов, описанный в той же книге.

При этом надежность покрытий, описанных в прототипе, достаточно низка из-за сколов, отслаивания, коррозии, а следовательно, и долговечность колец мала и их эффективность из-за больших износов и механических потерь в парах трения с сопряженными деталями (гильза, поршень).

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологии изготовления, повышение надежности и долговечности поршневых колец, эффективности их работы.

Задача изобретения - создание простого, экологически чистого способа изготовления легких, надежных и эффективных поршневых колец.

Поставленная задача решается следующим образом.

Cпособ изготовления поршневого кольца из легкого металла или сплава включает механическую обработку и образование износостойкого покрытия.

Согласно изобретению способ предусматривает изготовление поршневого кольца по его размерам в свободном состоянии методом штамповки из листа легкого металла или сплава, например, алюминия необходимой толщины. Это позволяет исключить многие традиционные процессы изготовления - заготовок, их обработки, механической и термической, а также применение вредных процессов создания покрытий на рабочих поверхностях колец, так как вместо традиционных процессов предлагается для образования износостойкого антифрикционного покрытия на поверхностях кольца использовать микродуговое оксидирование (МДО), в результате которого создается слой керамики (Al2O3) толщиной до 150 мкм, обладающий рядом преимуществ перед хромированием, молибденированием и другими, а именно: - процесс МДО экологически чистый; - обеспечивает высокую прочность покрытия и адгезию с основным металлом; - покрытие имеет высокую твердость (до 2500 НВ) против 100 НВ для хрома; - покрытие в парах трения с традиционными материалами имеет более низкий коэффициент трения; - повышается коррозионная и эрозионная стойкость поршневого кольца; - энергоемкость процесса изготовления таких колец значительно ниже, чем традиционных способов; - ускоряется процесс изготовления предлагаемых колец.

Таким образом, предварительная оценка затрат на изготовление при традиционном способе и предлагаемым показывает их уменьшение в несколько раз. При этом снижаются эксплуатационные расходы на ремонты и горюче-смазочные материалы за счет применения надежных, долговечных и эффективных поршневых колец в двигателях типа СМД (4ЧН12/14).

Способ изготовления поршневого кольца из легкого сплава, включающий механическую обработку и износостойкое покрытие, отличающийся тем, что в качестве механической обработки используют штамповку, износостойкое покрытие создают микродуговым оксидированием ее поверхности.

www.findpatent.ru

Способ изготовления поршневых колец

 

Использование: в области порошковой металлургии для изготовления поршневых колец. Сущность изобретения: шихту, состоящую из железного порошка с добавками 1,3% графита, 2% меди и 3,5% стеарата цинка, прессуют путем уплотнения ее отдельных объемов дискретными усилиями при давлении 700 МПа, заготовку спекают при температуре 1100oC в течение 1,5 ч, затем спеченную заготовку разрезают в сечении, определяемом с учетом градиента плотности порошкового материла, и термофиксируют кольца нагревом на вставке при температуре 600oC в течение 1,5 ч с последующей механической обработкой.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления поршневых колец.

В технологии порошковой металлургии известен способ изготовления деталей с отверстиями V и VII степени сложности или фильтров, заключающийся в засыпке шихты порошков в матрицу, ее холодном прессовании дискретными усилиями, например за счет автономного перемещения различных пресс-элементов, извлечении заготовки из матрицы, спекания.

Наиболее близким, взятым за прототип к предлагаемому способу, является способ изготовления поршневых колец. Способ включает засыпку шихты порошков в матрицу, холодное прессование, извлечение заготовки из матрицы, ее спекание с последующим вторичным холодным прессованием, формированием замка путем разрезания порошковой заготовки в любом сечении, ее термофиксирование на оправке, окончательную механическую обработку по торцам, наружной и внутренней поверхностям.

Недостатком этого способа являются технологические трудности изготовления поршневых колец, связанные с невозможностью их изготовления с разной плотностью по объему, что исключает изготовление поршневых колец с заданной эпюрой упругих сил, оказывающей влияние на износ пары поршневое кольцо - цилиндр.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи изготовления порошковых поршневых колец с эпюрой радиальных упругих сил, обеспечивающей минимальный износ пары поршневое кольцо цилиндр.

В технике известны способы изготовления порошковых поршневых колец, а также способы холодного прессования порошков дискретными усилиями, например, для обеспечения одинаковой плотности по объему прессуемой порошковой заготовки.

В предлагаемом способе изготовления поршневых колец образование замка осуществляют разрезанием спеченной порошковой заготовки в сечении, определяемом с учетом созданного в процессе холодного прессования градиента плотности порошкового материала, что влияет на эпюру радиальных упругих сил и при определенном ее виде приводит к уменьшению износа пары поршневое кольцо - цилиндр. Таким образом, сравнивая заявляемый способ с прототипом можно сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

При изучении других технических решений не обнаружено применение метода выбора места разрезания порошковой заготовки с учетом градиента плотности порошкового материала. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Известно, что поршневые кольца используются как при изготовлении двигателей внутреннего сгорания, так и при их ремонте. Потребность в кольцах возрастает с каждым годом. В настоящее время следует ожидать увеличения потребления поршневых колец при ремонтах двигателей автомобилей.

Регулируя плотности отдельных объемов порошкового материала, а также выбирая место разрезания спеченного кольца, можно уменьшить износ пары поршневое кольцо цилиндр, применяя предлагаемый способ изготовления.

Следовательно предлагаемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Пример. Изготовление порошковых поршневых колец по предлагаемому способу осуществляли в лаборатории Волго-донского филиала Новочеркасского политехнического института. Предварительно приготовленную шихту порошков, состоящую из железного порошка с добавками 1,3% графита, 2% меди, и 3,5% стеарата цинка, засыпали в матрицу. С использованием гидравлического пресса марки П-125 проводили холодное прессование шихты путем уплотнения ее отдельных объемов дискретными усилиями. Давление прессования составляло 700 МПа. Извлекали из матрицы порошковую заготовку и спекали ее при температуре 1100oC в течение 1,5 ч. Разрезали спеченную заготовку поршневого кольца в сечении, определяемом с учетом градиента плотности порошкового материала, и термофиксировали кольца нагревом на вставке при температуре 600oC в течение 1,5 ч. Окончательно обрабатывали механическим способом плоскости и наружную и внутреннюю цилиндрические поверхности.

Технический эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в увеличении срока службы колец благодаря более равномерному износу пары поршневое кольцо цилиндр вследствие изготовления колец с требуемой эпюрой радиальных упругих сил.

Способ изготовления поршневых колец, включающий холодное прессование шихты путем дискретного приложения усилия, извлечение заготовки, ее спекание, формирование замка путем разрезания заготовки, термофиксирование, окончательную механическую обработку, отличающийся тем, что разрезание заготовки осуществляют в сечении, определяемом с учетом градиента плотности порошкового материала.

www.findpatent.ru

Способ получения поршневых колец

 

Использование, машиностроение, в частности производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания компрессоров, насосов и тп Сущность отливки для поршневых колец изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас.%: С 3.45 - 3,75; Si 1.70 - 2,10,Мп 0,70 - 120, Сг 0.40 - 0,60; Fe остальное; чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас.% и фосфора не более 0,14 мас.%; далее осуществляют термообработку и механическую обработку 1 табл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам

1 (21) 5050953/02 (22) 29.0492 (46) 30.1193 Бюл. Йя 43 — 44 (71) Государственное производственное объединение "Владимирский тракторный завод" (72) Апександров НМ; Сапрыкин С.Т„Демский ИА;

Александров АН. (73) Акционерное общество".Владимирский тракторный завод" (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ (19} RU (11) 2003694 t l (51) 5 С 1С1 08 С22С37 00 (57) Использование: машиностроение, в частности производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов и т.п.

Сущность: отливки для поршневых колец изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас%: С 3.45 — 3,75; Si 1,70 — 2,1 0;Мп 0,70 — 1ЯО; Cr

0,40 — 0,60; Fe остальное; чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас% и фосфора не более 0,14 мас%; далее осуществляют термообработку и механическую обработку. 1 табл.

2003694

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в производстве компрессоров и насосов.

Известен способ, применяемый многими заводами для отливки поршневых колец, где в качестве материала используют комплексно легированный фосфористый чугун следующего состава, мас,;,:

Углерод 3,6-3,9

Кремний 2,3-2,9

Марганец 0,5-0,8

Фосфор 0,3-0,6

Хром 0,15 — 0,35

Сера тах. 0,09

Никель 0,10-0,25

Молибден 0,25 — 0,50

Медь не более 0,35

Титан не более 0,25

Железо Остальное

Недостатком этого способа является то, что полученные кольца имеют низкую износостойкость (1,0 — 3,0 тыс,м,ч.), недостаточные антизадирные свойства, выкрашивание абразивных частиц в связи со значительным их количеством в микроструктуре металла, что обуславливает повышенный абразивный износ как самих поршневых колец, так и других деталей двигателя (цилиндров, поршней). При Применении таких колец, особенно в качестве верхнего компрессионного кольца, необходимо применение покрытия для повышения износостойкости кольца и защиты деталей ЦПГ от действия выкрашивающихся абразивных частиц фосфидной эвтектики.

По своему назначению и по технической сущности задаче соответствует способ, в котором материалом для колец служит кобальтовый чугун (2) следующего химического состава, мас,7(:

Углерод 3,5-4,0 .Кремний 2,4-3,0

Марганец 0,4-0,8

Хром 0,1 — 0,25

Никель 0,05-0,2

Молибден 0,12-0,35

Сера 0,01-0,1

Фосфор 0,3-0,7

Кобальт 0,05 — 0,25

Железо Остальное

Недостатками этого способа являются; высокая стоимость материала из-за большого количества легирующих элементов, дефицитность и высокая цена кобальта: полезность в составе чугуна содержания фосфора (0,3-0,6 мас; ) современными исследованиями антифрикционных чугунов не подтверждается (2) .

20

40 зующий в микроструктуре металла поршневых колец первородный аустенит, Такая

45 микроструктура снижает трение, износ и

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является получение поршневых колец ВПЧ (высокопрочного чугуна) (3), применяемого для верхних компрессионных колец; его химический состав, мас. g,:

Углерод 2,8-3,4

Кремний 2,8-3,2

Марганец 0,6-0,8

Магний 0,04 — 0,07

Сера 0,04

Фосфор 0,1

Медь 0,3-0,7

Никель 0,3-0,7

Железо Остальное

Недостатками такого способа являются обязательное применение на кольцах защитного покрытия, низкая износостойкость в случае местного износа покрытия или его отслаивания, высокая стоимость исходных материалов и высокая трудоемкость изготовления в связи с дороговизной легирующих материалов и модификаторов и в связи с необходимостью обеспечения высокой точности при нанесении на кольцо иэносостойкого покрытия (4) .

Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств изготовляемых поршневых колец и удешевление их производства.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве материала для изготовления поршневых колец применяется цилиндровый чугун ВТЗ. получаемый из шихты с передельным (низкокремнистым) чугуном беэ литейного (кремнистого) чугуна (4) . В микроструктуре металла поршневых колец из этого чугуна включения графита имеют более благоприятную форму по сравнению с металлом прототипов, а вместо нескольких легирующих элементов присутствует только хром в количестве 0,4-0,6 мас, (, обрасклонность к задирам в паре трения (5) и (6) и позволяет обойтись беэ защитного покрытия, Металл, применяемый в заявляемом способе для изготовления колец — цилиндровый чугун ВТ3, обладает высокими литейными и технологическими свойствами, что позволяет значительно снизить трудоемкость и себестоимость изготовляемых иэ него поршневых колец. Благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам такого материала поршневые кольца из него применяются без нанесения на них защитного покрытия. Используемый в заявляемом способе чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, серу. фосфор

2003694

55 при следующем содержании компонентов, мас. :

Углерод 3,45 — 3,75

Кремний 1,7 — 2,1

Марганец 0,7 — 1,2

Хром 0,4 — 0,6

Сера 0.12 (не более)

Фосфор 0,14 (не более)

Железо Остальное.

Пример. В качестве маслоты для изготовления поршневых колец(компрессионных верхних, вторых и третьих компрессионных, малосьемных) были использованы отливки цилиндров двигателя воздушного охлаждения (внутренний диаметр отливки

99 мм, длина 250 мм, толщина тела 12 мм).

Маслоты (цилиндры) были отлиты "по сухому", в оболочковых формах; заливка производилась в вертикальном положении четырьмя дождевыми питателями. Металл для маслот(цилиндров) выплавлялся в дуговой 3-х тонной печи из шихты с применением передельного чугуна. Расчет шихты для плавки чугуна и технология плавки были выполнены в соответствии с инструкцией (4), Маслоты перед изготовлением из них поршневых колец прошли термообработку — отпуск при 550 — 600 С в течение 2 ч.

Поршневые кольца (из маслот) изготовлены для ЦПГ двухцилиндрового дизельного двигателя Д21А1, мощностью 25 л.с, при

1800 обор(мин. Для сравнительных испытаний использован новый серийный двигатель с поршневыми кольцами из комплексно-легированного фосфористого чугуна. Сначала этот двигатель был испытан с серийными ЦПГ в течение 260 моточасов; затем испытанные ЦПГ были заменены новыми ЦПГ с установленными в них опытными поршневыми кольцами, изготовленными из маслот, отлитых из цилиндрового чугуна, по заявляемому способу. В обоих случаях цилиндры, смонтированные в ЦПГ, были изготовлены из цилиндрического чугуна ВТЗ.

На поверхностях опытных поршневых колец никаких защитных покрытий не делалось, Испытания двигателя с опытными поршневыми кольцами проводилась в течение 520 моточасов.

Характеристики показателей двигателей после сравнительных испытаний приведены в таблице.

Технико-зкономическая эффективность изобретения

Изготовление поршневых колец по предложенному способу иэ специального цилиндрового чугуна (цилиндрового ВТЗ) благодаря высоким противоизносным свой5

35 ствам этого чугуна повышает срок службы

ЦПГ двигателей, тем самым повышая надежность при их эксплуатации, сокращает сроки простоев тракторов и другой техники, работающей с двигателями внутреннего сгорания, сокращается расход запасных частей (не только поршневых колец, но и других деталей ЦПГ).

Второй крупный источник эффективности — экономия стоимости на материалах от упрощения технологии литья (маслоты вместо индивидуальной отливки колец), упрощения механической обработки, исключения металлопокрытия при производстве поршневых колец.

Третий источник зкономии — возможность перехода в производстве двигателей на изготовление единых групп цилиндров и поршней (на техзаводах, где еще "по-старинке" продолжается изготовление нескольких групп этих деталей), Этот переход становится возможным в связи с тем, что скорости роста зазоров между цилиндром и поршнем, а также между торцами поршневых колец и канавками под кольца в поршнях, уменьшаются (по сравнению с теми, которые имеются в случае применения колец — аналогов).

Четвертый источник экономии — сокращение трения абразивного (вызываемого частицами фосфидной эвтектики, выкрашиваемой кольцами) и трения от "схватывания" с ферритом, в структуре предложенных колец связанного в первородном аустените, что позволяет рассчитывать на снижение расхода смазочного масла на угар и на снижение удельного расхода топлива на единицу мощности двигателя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 668968, кл. С 22 С 37/10, 1978.

2. Крагельский И.B. Трение и износ, М,:

Машиностроение, 1968, с. 447, 3. Долецкий Н.П. и др. Увеличение ресурса машин технологическими методами.

M. Машиностроение, 1978, с. 77 — 85, 4. Александров Н.М, и др. Передельный доменный чугун в производстве чугунного литья. M.: kNVIMALU, 1980, с. 35 — 37.

5. Фоминых И.П. и Панова Е.M. Использование ниэкокремнистого чугуна в ваграночной плавке. — Литейное производство, 1980, М 9, с. 23-25.

6. Бунин К.Fl. и др. Исследование устойчивости первородного аустенита чугунных отливок. Оптимизация металлургических процессов. М.: Металлургия, 1970, с. 177184.

2003694

hkhL п/и. Характеристики

Единица измеречия

Двигатель Д21А1 М

1237847-90г.

Примечание в серийном

ПГ с опытной

ПГ

260

520

78

85

3.75

0,26

$$ оттоп.

0,21

25,0

520*

*) Подсчитан по испытаниям в МИС за . 1983 мкм

Составитель В.Климов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор С.Кулакова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3309

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Продолжительность испытаний

Температура масла в картере

Условный механический

КПД

Расход смазочного масла на угар

Износ поршневых колец в замке за 500 ч

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ

КОЛЕЦ, включающий изготовление отливки из чугуна, термическую и механическую обработку, отличающийся тем, что отливки изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас. $:

Углерод 3,45 - 3,75

Кремний 1,70 " 2,10

Марганец 1,70- 1,20

Хром 0,40 - 0,60

Железо Остальное причем чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас. u фосфора не более 0,14 мас, ь.

    

www.findpatent.ru

Способ изготовления поршневых колец

 

Использование: производство поршневых двигателей, компрессоров и поршневых насосов. Сущность изобретения: осуществляют предварительную обработку наружной, внутренней и торцовых поверхностей. Затем производят формообразующую копирную обработку этих поверхностей и вырезают замок, после чего осуществляют финишную операцию. Последняя выполняется путем поверхностно-пластического деформирования (ППД) до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. ППД осуществляют , например, гидродробеструйной обработкой, которой могут обрабатывать одновременно несколько поршневых колец, сжатых в пакет при нулевом зазоре в замке. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве поршневых двигателей, компрессоров и поршневых насосов.

Известны способы изготовления поршневых колец, включающие операции по- лучения заготовок индивидуальным литьем или отливкой маслот из чугунов различных марок, механической обработки, нанесения антифрикционных покрытий на наружные поверхности колец. Финишной обработкой колец является их притирка к специальным притирам, выполненным по размерам цилиндровой втулки.

За прототип принят способ изготовления поршневых колец, заключающийся в получении кольцевой заготовки, предварительной обработки ее наружной, внутренней и торцовых поверхностей, формообразующей копирной обработке и вырезке замка с заданным размером для кольца в свободном состоянии.

К недостаткам известного способа относятся низкая производительность операции притирки и невозможность получения высокого качества поршневых колец, что проявляется в следующем.

Прилегание нового поршневого кольца к цилиндровой втулке происходит не по всей поверхности, а по отдельным точкам. Характер эпюры напряжений в сечении кольца не способствует быстрому закрыванию серповидных микрощелей в процессе притирки кольца.

Упругость поршневого кольца по мере его работы в условиях эксплуатации постепенно уменьшается. Для обеспечения плотного прилегания кольца к цилиндровой втулке и уменьшения вероятности залегания кольца в канавке поршня кольцо должно иметь запас упругости, максимум которой приходится на начало работы, что неблагоприятно сказывается на процессе его приработки и долговечности изделий.

Напряжение растяжения на наружной поверхности поршневого кольца в процессе работы снижает его усталостную прочность и износостойкость.

Целью изобретения является повышение производительности за счет сокращения времени на финишную операцию притирки колец, а также повышение качества изделий и долговечности.

Это достигается тем, что перед финишной операцией притирки обработку наружной поверхности поршневых колец производят путем поверхностно-пластического деформирования до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

Поршневое кольцо является специфической деталью, реализующей одновременно функции пружины и элемента пары трения. Гидродробеструйная обработка наружной поверхности поршневого кольца струей, направленной радиально к его оси, создает тонкий наклепанный слой материала кольца, испытывающего напряжения сжатия. При наличии такого слоя кольцо сворачивается, что проявляется в уменьшении величины замка в свободном состоянии. Контактные давления кольца, вставленного в цилиндровую втулку, будут также меньше, что благоприятно сказывается на условиях трения пары кольцо-втулка в период приработки.

Характерной особенностью поршневого кольца, изготовленного по предлагаемому способу, является быстрая притираемость. Это происходит потому, что при изнашивании сжатого слоя в точке контакта кольца с втулкой напряжения в сечении кольца перераспределяются, кольцо в этой точке как бы распрямляется, происходит уменьшение давления выступающей точки кольца на втулку. Такое самопроизвольное регулирование давления кольца на стенки втулки приводит к быстрому закрытию микрощелей между кольцом и втулкой по всему периметру.

По мере изнашивания сжатого поверхностного слоя кольцо разворачивается и восстанавливает свою расчетную упругость, которая обеспечивает для приработанных поверхностей нормальные условия трения и герметизации поршня в цилиндре.

Гидродробеструйная обработка поршневого кольца, сжатого до нулевого зазора в замке, повышает эффективность способа. Обработка нескольких колец, сжатых в пакет, повышает производительность процесса.

На чертеже приведены результаты испытаний двух поршневых колец двигателя ЗИЛ-130 в виде зависимостей изменения силы упругости Q, прикладываемой к концам кольца при их смыкании, и размера замка А в свободном состоянии кольца от величины радиального износа кольца t.

Кривые 1 и 2 характеризуют изменение Q и А соответственно по мере износа серийного кольца, изготовленного по известному способу. Кривые 3 и 4 характеризуют те же параметры для опытного кольца, изготовленного по новому способу.

В примере выполненное по серийной технологии первое кольцо имело параметры А 16,5 мм, Q 23 Н, второе кольцо А 16,2 мм, Q 22 Н. После гидродробеструйной обработки второго кольца в оправке, удерживающей его в сжатом состоянии, стеклянными шариками диаметром 1 мм при давлении в подающей магистрали установки 0,2 мПа в течение 26 с (два полных оборота кольца относительно сопла установки) параметры второго кольца изменились и составили А 13,5 мм, Q 19 Н.

Контрольное (первое) и опытное (второе) кольца подвергались изнашиванию абразивной шкуркой по наружной поверхности при вращении кольца, зажатого в оправку, на токарном станке. Износ периодически контролировался взвешиванием кольца и пересчитывался в линейный размер радиального износа. Результаты измерений приведены на чертеже.

Сопоставляя кривые 1 и 3, 2 и 4, видно, что для изготовленного по известному способу кольца по мере его износа размер замка остается постоянным, а упругость Q постепенно уменьшается. Кольцо, подвергнутое гидродробеструйной обработке, по мере износа на глубину наклепанного слоя распрямляется, что сопровождается увеличением размера замка и упругости. Максимальное значение Q 20,2 Н в опыте наблюдалось при износе на глубину t0,1 мм, после чего за счет уменьшения размера сечения кольца упругость снижалась. Размер замка достигал исходного значения А 16,2 мм при глубине износа t0,3 мм.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ, заключающийся в получении кольцевой заготовки, предварительной обработке ее наружной, внутренней и торцовых поверхностей, формообразующей копирной обработке, вырезке замка и финишной операции притирки колец, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения времени на финишную операцию притирки колец, а также качества изделий и долговечности, перед финишной операцией притирки обработку наружной поверхности поршневых колец производят путем поверхностно-пластического деформирования до получения в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхностно-пластическое деформирование осуществляют гидродробеструйной обработкой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что гидродробеструйную обработку производят одновременно для нескольких колец, сжатых в пакет при нулевом зазоре в замке.

Рисунок 1

www.findpatent.ru


Смотрите также