性能特點和作用說明
柴油發(fā)電機活塞環(huán)對材料性能的技術(shù)要求
柴油發(fā)電機活塞環(huán)是具有彈性的金屬開口圓環(huán)，按其功用不同可分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。安裝在活塞頭部上端的是2、4道氣環(huán)，下端的是1、2道油環(huán)。活塞環(huán)在工作時受到汽缸中高溫、高壓燃氣的作用，并在潤滑很困難的條件下在汽缸內(nèi)高速運動，特別是第一道環(huán)溫度可高達600k，因此，活塞環(huán)是發(fā)動機中工作環(huán)境惡劣、使用壽命最短的零件之一。
一、活塞環(huán)的類別
1、氣環(huán)
氣環(huán)的功用是保證活塞與汽缸壁之間的密封，防止活塞上部的高壓氣體漏入曲軸箱。當密封不良時，壓縮沖程中的氣體漏出較多，使壓縮終了的壓力降低，對于內(nèi)燃機會造成啟動困難。高溫燃氣漏人曲軸箱還會使活塞溫度升高，機油因受熱而氧化變質(zhì)。除密封作用外，氣環(huán)還起傳熱作用。活塞頂部所吸收的熱量，大部分要通過氣環(huán)傳給汽缸壁（因活塞頭部并不接觸汽缸壁），再由外部的冷卻介質(zhì)帶走。
氣環(huán)，特別是第一道氣環(huán)，除了隨活塞沿汽缸壁作高速往復直線運動外，還受到高溫和高壓燃氣的壓力以及潤滑條件差等因素的影響，從而使氣環(huán)的力學性能降低，彈性下降，而且會引起潤滑油的炭化，甚至可能造成拉缸和漏氣。因此要求氣環(huán)應(yīng)有足夠的彈力，才能使環(huán)的四周緊貼在汽缸壁上，這時高壓燃氣就不可能通過氣環(huán)與汽缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環(huán)上端面的燃氣，使環(huán)緊壓在活塞環(huán)槽中，使下端面與環(huán)槽緊貼。進人環(huán)的內(nèi)側(cè)面與環(huán)槽之間的燃氣，其壓力向外，使環(huán)更加貼緊汽缸壁。因此利用氣環(huán)本身的彈力和燃氣的壓力，即可阻止高壓燃氣的泄漏。
活塞環(huán)通常采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環(huán)的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道氣環(huán)的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來，第一道氣環(huán)也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態(tài)下，環(huán)的外徑略大于汽缸直徑，裝人汽缸后，活塞環(huán)產(chǎn)生彈力壓緊在汽缸壁上，開口處應(yīng)保留一定的間隙（稱為端隙或開口間隙，內(nèi)燃機活塞環(huán)的開口間隙通為0.4~0.8mm)，以防止活塞環(huán)受熱膨脹時卡死在汽缸中。活塞環(huán)裝人環(huán)槽后，在高度方向也應(yīng)有一定的間隙（稱為側(cè)隙，內(nèi)燃機活塞環(huán)的側(cè)隙通常為0.08~0.16mm）。當活塞環(huán)安裝在活塞上時，應(yīng)按規(guī)定將各環(huán)的開口處互相錯開120°~180°，并且活塞環(huán)開口應(yīng)與活塞銷座孔錯開45°以上，以防活塞環(huán)裝入汽缸后產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。
2、油環(huán)
油環(huán)的作用
（1）布油潤滑∶將機油均勻地刮配到氣缸壁上
（2）刮油∶將多余的機油刮下，回流到油底殼。
（3）輔助密封∶輔助密封氣體。
油環(huán)的安裝位置
通常活塞上裝有1~2道油環(huán)。采用兩道油環(huán)時，下面一道多安裝在活塞裙部的下端。無論活塞下行還是上行，油環(huán)都可以將氣缸壁上多余的機油刮下來經(jīng)活塞上的回油孔流回油底殼。常見的油環(huán)形式如圖2-6 5所示。目前廣泛應(yīng)用的是組合式油環(huán)。組合式油環(huán)通常由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環(huán)組成，軸向襯環(huán)夾裝在第二與第三刮油鋼片之間，徑向襯環(huán)使三片刮油鋼片緊貼在氣缸壁上。
二、活塞環(huán)一般技術(shù)要求
1、化學成分與金相
活塞環(huán)廣泛使用各種牌號得鑄鐵。材質(zhì)就是活塞環(huán)機械性能與使用壽命得基礎(chǔ),因此在規(guī)定范圍內(nèi)合理調(diào)整材料成分比例、嚴格控制造型與澆鑄工藝來確保活塞環(huán)具有符合設(shè)計要求得最佳金相組織。
2、熱處理
采用適當?shù)脽崽幚矸椒?以調(diào)整活塞環(huán)得金相組織及消除加工應(yīng)力。
3、剛度
活塞環(huán)就是一個剛度差得彈性零件,加工時必須合理安排工藝流程、注意裝夾方法,以保證加工時工件具有足夠得剛度,達到尺寸、形狀與粗糙度要求。
4、保護端面
活塞環(huán)兩個端面就是重要得工藝基準面,也就是零件工作面,有較高得平度與粗糙要求。在加工流程中應(yīng)注意清潔、保護端面、防止碰傷。
5 、型線設(shè)計
為保證活塞環(huán)具有合理得缸壁壓力分布,采用恰當形狀曲線凸輪,仿形制造模具及加工外圓面就是十分重要得。
6、 消除應(yīng)力
為保證形狀精度要求,加工中應(yīng)采取合理得刀具角度與切削量,以減少加工殘留應(yīng)力,并采用熱處理方法消除應(yīng)力。
7、性能與壽命
各種表面處理與處理前后得加工成為提高活塞環(huán)性能與壽命得重要工藝手段。
8、 加工設(shè)備與檢測手段
由于活塞環(huán)形狀結(jié)構(gòu)得復雜性與多樣化,尺寸精度又有較高得要求,同時生產(chǎn)批量一般較大,最好采用工序集中得高效率、高精度得自動與半自動專用設(shè)備以及檢測手段。
二、活塞環(huán)對材料性能的要求
1、強度
抗彎強度就是活塞環(huán)受力折斷時得計算應(yīng)力,它就是衡量強度高低得一個參數(shù)。活塞環(huán)在安裝與工作中,均受著彎曲應(yīng)力,如抗彎強度達不到一定得值,則易于折斷。為適應(yīng)發(fā)動機強化得發(fā)展,為了減少活塞環(huán)與缸壁摩擦所損耗得功率,在設(shè)計時,往往要求活塞環(huán)高度盡可能薄,但同時又要保證活塞環(huán)有足夠得彈力,這就對材料提出更高得抗彎強度要求;同時,為防止折斷,對材料得堅韌性亦也一定要求,所以采用抗彎強度比灰鑄鐵、大得多得球墨鑄鐵、半可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵等材料有發(fā)展趨勢（見表1）。
表1
種類
抗彎強度 mpa
單體鑄造活塞環(huán)
392～450
筒體鑄造活塞環(huán)
480～520
可鍛、半可鍛鑄鐵環(huán)
600~950
球墨鑄鐵環(huán)
900~1300
2、硬度
活塞環(huán)材料得硬度在一定程度上反映了材料得耐磨性。活塞環(huán)工作時,它與氣缸壁摩擦面之間不可避免地會有夾雜物,盡管輸入得油與空氣均經(jīng)過濾清,這些夾雜物仍然起著研磨劑得作用,形成磨料磨損。故需硬度高、抗磨料磨損能力強得材料,但硬度過高,不僅加工困難而且易于拉缸、同時,與其相匹配得氣缸套,對硬度也提出了限制。因此,jｂ/t ５1１０5—１９99規(guī)定了硬度允許范圍與同一片環(huán)得硬度差值。(見表２－３)
表2
種 　類
硬 度
同一片環(huán)上得硬度差
合金鑄鐵環(huán)
環(huán)直徑≤150 mm
環(huán)直徑＞150　mm
98~108 ｈrb
９4~105 hrb
≤3 hrｂ
可鍛、半可鍛鑄鐵環(huán)及球墨鑄鐵環(huán)
98~110 hrｂ
按產(chǎn)品圖樣規(guī)定
鋼
環(huán)
經(jīng)淬火、回火處理得環(huán)
冷軋材料環(huán)
不銹鋼環(huán)
400～580hv
≥367hv或按產(chǎn)品圖案規(guī)定
按產(chǎn)品圖樣規(guī)定
≤40ｈv

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