Тема 4.5 Технология изготовления поршней.

Поршни двигателей изготовляются из чугуна литых и формируемых алюминиевых сплавов. В отдельных конструкциях крупных двигателей применяют чугунные поршни со стальной головкой. Условия работы поршня требуют строгой координации и точной обработки основных поверхностей.

Заготовки поршней из чугуна отливают в земляные формы. Крупные поршни отливают в вертикальном положении , днищем вниз, до того чтобы в верхней части в зоне отверстия под палец не было раковин, засоров и рыхлот. Поршни из литых алюминиевых сплавов отливают в кокиль или на машинах для литья под давлением. Заготовки для поршней из деформируемых алюминиевых сплавов штампуют на прессах и молотах.

Основные обрабатываемые пов-ти поршней явл-ся поверхностями тел вращения, и их обработка производится на токарных и расточных станках.

Ось отверстия под поршневой палец должна быть перпендикулярна образующей цилиндрической части поршня; допускаемое отклонение 0,01-0,015 мм на 100 мм длины пальца. Смещение оси отверстия под палец относительно оси поршня допускается в пределах 0,1-0,3 мм.

Неперпендикулярность плоскости канавок для поршневых колец к оси поршня допускается в пределах 0,02-0,03 мм, а чистота обработки должна быть не ниже 7-8 класса.

Днище поршня по контуру не должно иметь отклонений более 0,2-0,5 мм от заданной формы; чистота обработки должна быть не ниже 7-го класса.

Диаметр направляющей части поршня выполняется по 2-му классу точности с чистотой поверхности 9-10-го класса. Верхнюю , более нагреваемую часть поршня обрабатывают на конус или делают меньшего диаметра, чем направляющая часть юбки.

Отверстие под поршневой палец выполняется по 2-му классу точности у тихоходных двигателей и по 1-му классу у быстроходных . Чистота обработки должна быть не ниже 9-го класса.

Канавки для поршневых колец обрабатывают по 2-3-му классу точности.

Размер торца днища поршня до оси отверстия под палец, входящий в размерную цепь, определяющую размер камеры сжатия, выполняют с точностью от ±0,05до ±0,10 мм.

Обработка чугунного поршня больших размеров.

Очищенную от формовочной земли заготовку проверяют и размечают относительно внутренней поверхности. На донышке по разметке сверлится центровое отверстие. Заготовку закрепляют на токарном станке за прибыльную часть, выверяют, подпирают центом задней бабки и обрабатывают наружную поверхность, подрезают торец, предварительно подрезают канавки и отрезают прибыль. Затем, в патроне закрепляют за головку поршень, выверяют его по наружной обработанной поверхности и растачивают поясок в юбке.

Чистовую обработку производят на таком же станке, но деталь не зажимается в патроне, а плотно садится расточенным пояском юбки на выступ планшайбы.

Растачивание отверстия под поршневой палец производят на горизонтально- расточном станке; деталь базируют по подрезанному днищу. Для облегчения установки поршня на цилиндрической пов-ти размечают центровые риски.

При большом выпуске изделий чистовую обработку отверстия целесообразно вести на станках для тонкого растачивания, используя приспособление, исключающее разметку.

Канавки для поршневых колец предварительно прорезают резцами, конструкция которых аналогична конструкции отрезных резцов.

Для калибровки применяют тщательно доведённые по размеру и чистоте кромок резцы, обеспечивающие необходимую точность и чистоту поверхностей канавки.

При обработке поршней очень больших размеров производят шлифование канавок.

Проверку перпендикулярности стенок канавок производят от торцовой поверхности днища поршня, обработанной за одну установку с наружной поверхностью. Для этого в канавку плотно устанавливают пластину и индикатором проверяют её параллельность поверхности контрольной плиты.

Проверка перпендикулярности оси отверстия под палец к оси поршня также производится от его днища. Проверка производится по контрольной оправке, вставляемой в отверстие.

Схема технологического процесса обработки чугунного поршня больших размеров.

№№	Операции.	Оборудование.	Приспособления.	Инструмент.
1	Разметка заготовки.	Разметочная плита	Призмы, клинья.	Рейсмус.
2	Сверление и зенкование центрового отверстия по разметке.	Радиально-сверлильный станок.	Прижимные планки и болты.	Сверло, зенковка.
3	Предварительное обтачивание наружной цилиндрической пов-ти, подрезание торца, канавок для поршневых колец и отрезание прибыли.	Токарный станок.	Четырёхкулачковый патрон, вращающийся центр.	Резцы.
4	Разметка отверстия под поршневой палец.	Разметочная плита.	Призмы.	Рейсмус.
5	Предварительное растачивание отверстия под поршневой палец, подрезание внутренних бобышек.	Горизонтально-расточной станок.	Прижимные планки и болты.	Резцы, борштанга.
6	Термическая обработка: снятие напряжений.	Термическая печь.	-	-
7	Гидравлические испытания.	Установка для гидроиспытаний.	Заглушки.	-
8	Подрезание и растачивание юбки.	Токарный станок.	Патрон, люнет.	Резцы.
9	Чистовая обработка наружной пов-ти, канавок и плоскости торца(днища).	Токарный станок.	Центрирующая оправка, центр.	Резцы.
10	Шлифование наружной пов-ти.	Круглошлифовальный станок.	Оправка, центр.	Шлифовальный круг.
11	Удаление выступа для центрового отверстия. Обра- ботка фасонной пов-ти днища.	Токарный станок.	Приспособление с зажимом через отверстие для пальца, копир.	Резцы.
12	Сверление смазочных отверстий, отверстий для рымов.	Радиально- сверлильный станок.	Подставка, накладные кондукторы.	Свёрла, метчики, зенковки.
13	Обработка выемок для клапанов на днище поршня.	Горизонтально-расточной станок.	Подставка.	Фасонные фрезы, шаблон.
14	Растачивание отверстия под поршневой палец и выточек.	То же или станок для тонкого растачивания.	Для установки ( база- днище).	Борштанга, резцы.
15	Обработка «холодильников»	Карусельный станок	Подставка для установки поршня.	Резец.
16	Подгонка по массе ( весу) за счёт подрезания растачивания юбки.	Токарный станок.	Для установок с зажимом через отверстия для пальца.	Резец.
17	Слесарная- запиливание галтелей на выемках, зачистка заусенцев, притупление острых кромок.	-	Подставка.	Напильники, шабер.
18	Контроль- проверка размеров и технических требований.	Контрольная плита.	Оправки, призмы.	Набор контрольных инструментов.

Обработка алюминиевого поршня.

Заготовка поршня отливается из алюминиевого сплава и подвергается т/о ( закалке и старению), придающей детали высокие механические свойства и хорошую обрабатываемость. Во избежание разностенности обработка детали обработка детали на первой операции ведётся от внутренних поверхностей, которые остаются необработанными в готовой детали. Для этого применяют различные приспособления, кулачкам которых придана форма, обеспечивающая хорошую ориентировку и прочное закрепление детали.

При установке поршня в таком приспособлении одновременно с обработкой базовых пов-тей ( торца и расточки юбки) производится сверление центрового отверстия сверлильной головки, установленной вместо пиноли задней бабки.

Наружную пов-ть и канавки обрабатывают на многорезцовом станке. Для упрощения и ускорения настройки станка набор резцов для подрезания канавок собирают в специальной державке и в собранном виде устанавливают и закрепляют в резцедержателе станка.

На станках для окончательной обработки при ступенчатой наружной пов-ти продольное обтачивание производят несколькими резцами. В случае с конической или овальной поверхности обтачивание ведут по копиру. Обработку фасонной пов-ти днища также производят при помощи копировальных устройств.

Для обработки цилиндрических пов-тей и канавок поршней в массовом пр-ве широко применяют многошпиндельные токарные п/автоматы.

Для предварительной м/о отверстий под поршневой палец применяют агрегатные односторонние и двусторонние станки.

Чистовую обработку отверстия под поршневой палец производят на станках для тонкого растачивания.

В месте расположения отверстий под поршневой палец на цилиндрической пов-ти поршня обычно делают выемки –«холодильники» . «Холодильники» в алюминиевых поршнях небольших размеров выполняют при отливке, в поршнях больших размеров «холодильники» обрабатывают анна токарных или круглошлифовальных станках при установке поршня эксцентрично оси шпинделя или по копиру.

Обработка поршневых колец.

Поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания предотвращают утечку газов из камеры сгорания в картер через зазор между поршнем и гильзой, обеспечивают необходимое сжатие воздуха в цилиндре, устраняют попадание масла в камеру сгорания. Они должны хорошо прилегать к стенкам цилиндра, сохранять упругие св-ва при нагревании и обладать хорошими антифрикционными св-ми и изностостойкостью.

Поршневые кольца делят на компрессионные и маслосъёмные.

Кольца изготовляют из мелкозернистого серого легированного и природнолегированного чугуна марки СЧ-21-40 . применяются также кольца из высокопрочного чугуна, низколегированной стали, а также металлокерамические кольца, изготовленные из железного порошка с графитом и медью, и кольца со вставками из мягких антифрикционных материалов.

Для ускорения приработки колец их наружную пов-ть подвергают свинцеванию, лужению, железнению, оксидированию или фосфатированию.

Основные требования , которым должны удовлетворять поршневые кольца :

1. Твёрдость НRВ для колец Ø до 150 мм должна быть 96÷107, а для колец Ø более 150 мм 92÷105.

2. Наружная цилиндрическая пов-ть верхнего компрессионного кольца четырёхтактных дизелей с Ø менее 200 мм, работающего в наиболее напряжённых условиях , с целью улучшения условий смазки и повышения износостойкости должна быть покрыта пористым хромом.

3. Колебания радиальной толщины в одном пальце не должны превышать 0,1 мм при Ø до 150 мм; 0,2 мм при Ø свыше 150 мм.

4. Чистота обработки торцовых пов-тей должна быть не ниже 8-го класса, а наружной пов-ти цилиндрического кольца не ниже 6-го класса.

5. Радиальный зазор ( просвет) между кольцом и контрольным калибром допускается на дуге 45º не более, чем в двух местах в пределах 0,03 мм для колец Ø до 150 мм и 0,05 мм для колец бол большего Ø.

6. Коробление торцовых пов-тей для колец Ø до 150 мм не должно превышать 0,03 мм, от 150 до 400 мм 0,05 мм и Ø более 400 мм 0,07 мм.

Оно проверяется пропусканием колец под действием силы тяжести между двумя полированными стальными плитами, скрепленными на заданном расстоянии, а крупных колец – на контрольной плите щупом.

7. Кольцо по высоте выполняется по 2 или 3-му классу точности.

Зазор в замке и упругость колец проверяют при сжатии их силами, перпендикулярными к диаметральной линии , проходящей через замок, до получения в замке зазора указывают в чертеже.

Упругость колец проверяют двумя способами: сжатием кольца между двумя плоскостями или сжатием кольца упругой лентой.

Заготовки колец отливают в виде барабанов ( маслот) на несколько колец, а также в виде индивидуальной заготовки на одно кольцо, которая имеет овальную форму, соответствующую форме кольца в свободном состоянии. Заготовки отливают с небольшими припусками на обработку.

Схема технологического процесса обработки чугунного поршня больших размеров.

№№	Операции.	Оборудование.	Приспособления.	Инструмент.
1	Разметка заготовки.	Разметочная плита.	Призмы, клинья.	Рейсмус.
2	Сверление и зенкование центрового отверстия по разметке.	Радиально- сверлильный станок.	Прижимные планки и болты.	Сверло, зенковка.
3	Предварительное обтачивание наружной цилиндрической пов-ти, подрезание торца, канавок для поршневых колец и отрезание прибыли.	Токарный станок.	4-кулачковый патрон, вращающийся центр.	Резцы.
4	Разметка отверстия под поршневой палец.	Разметочная плита.	Призмы.	Рейсмус.
5	Предварительное растачивание отверстия под поршневой палец, подрезание внутренних бобышек.	Горизонтально- расточной станок.	Прижимные планки и болты.	Резцы, борштанга.
6	Термическая обработка: снятие напряжений.	Термическая печь.	-	-
7	Гидравлические испытания.	Установка для гидроиспытания.	Заглушки.	-
8	Подрезание и растачивание юбки.	Токарный станок.	Патрон, люнет.	Резцы.
9	Чистовая обработка наружной пов-ти, канавок и плоскости торца (днища).	Токарный станок.	Центрирующая оправка, центр.	Резцы.
10	Шлифование наружной пов-ти.	Круглошлифоваль- ный станок.	Оправка, центры.	Шлифовальный круг.
11	Удаление выступа для центрового отверстия. Обработка фасонной пов-ти днища.	Токарный станок.	Приспособление с зажимом через отверстие для пальца, копир.	Резцы.
12	Сверление смазочных отверстий, отверстий для рымов.	Радиально- сверлильный станок.	Подставка, накладные кондукторы.	Фасонные фрезы, шаблон.
13	Обработка выемок для клапанов на днище поршня.	Горизонтально- расточной станок.	Подставка.	Фасонные фрезы, шаблон.
14	Растачивание отверстия под поршневой палец и выточек.	То же или станок для тонкого растачивания.	Для установки ( база-днище).	Борштанга, резцы.
15	Обработка «холодильников».	Карусельный станок.	Подставка для установки поршня.	Резец.
16	Подгонка по массе ( весу) за счёт подрезания растачивания юбки.	Токарный станок.	Для установки с зажимом через отверстия для пальца.	Резец.
17	Слесарная – запиливание галтелей на выемках, зачистка заусенцев, притупление острых кромок.	-	Подставка.	Напильники, шабер.
18	Контроль- проверка размеров и технических требований.	Контрольная плита.	Оправки, призмы.	Набор контрольных инструментов.

Изготовление колец из маслот с вырезкой замка.

Метод изготовления колец из маслот с вырезкой замка применяется в мелкосерийном производстве. Заготовкой для колец служит чугунный барабан (маслота).

Маслоту закрепляют в патроне, обтачивают и растачивают с припуском на дальнейшую обработку , после чего разрезают на кольца. Затем размечают, фрезеруют и припиливают замок и шлифуют торцовые поверхности. После шлифования торцов кольца собирают в стяжной хомут из стальной ленты пачкой закрепляют на планшайбе токарного или карусельного станка, растачивают внутреннюю и обтачивают наружную поверхности.

При обработке колец крупных размеров замок на сжатом кольце перед растачиванием и обтачиванием соединяется заклёпкой.

Для уменьшения влияния неравномерного припуска обтачивание наружной и внутренней поверхности производят в два прохода; это обеспечивает правильную форму кольца. После обработки колец проверяют их прилегание к стенкам цилиндров. Затем окончательно припиливают замок, снимают фаски и при необходимости шлифуют торцы.

Схема технологического процесса обработки колец из маслот с вырезкой замка.

№№	Операция.	Оборудование.	Приспособление.	Инструмент.
1	Черновое обтачивание и растачивание маслоты , и разрезание на кольца.	Токарный или карусельный станок.	Универсальный патрон.	Резцы.
2	Разметка замка.	Разметочная плита.	-	Рейсмус, линейка.
3	Фрезерование замка по разметке.	Вертикально- фрезерный станок.	Прижимные планки и болты.	Торцовая фреза.
4	Слесарная –пригонка замка ( соединение замка заклёпкой).	Верстак.	Тиски.	Напильник.
5	Шлифование торцов.	Плоскошлифовальный станок.	Магнитный стол.	Шлифовальный круг.
6	Предварительное обтачивание.	Токарный станок.	Планшайба, прижимные болты и планки.	Резцы, хомут для сборки колец в пачку.
7	Чистовое обтачивание и растачивание колец.	Токарный станок.	Планшайба, прижимные болты и планки.	Резцы, хомут для сборки колец в пачку.
8	Слесарная- пригонка замка, снятие фасок.	Верстак.	-	Контрольное кольцо, напильник.
9	Окончательный контроль.	Контрольная плита.	-	-

Изготовление колец из маслот с термофиксацией.

Технология изготовления колец из маслот с термофиксацией применяется в серийном и крупносерийном производствах. Маслоты, из которых изготовляют кольца, для устранения деформации от зажима в патроне отливают с фланцами или лапками и подвергают т/о для снятия напряжений.

Маслоту подрезанным и расточенным фланцем закрепляют на планшайбе и обрабатывают. Разрезание её на отдельные кольца производят с помощью державки со ступенчатым расположением резцов.

На маслосъёмных кольцах с канавками последние протачивают перед отрезанием. Так как величина замка у колец обычно составляет ≈0,5 мм, а разрезание производят фрезой толщиной 1,5-2 мм, увеличение зазора в замке компенсируют увеличением припуска по наружному Ø. Приспособление для разрезания аналогично приспособлению для калибровки замка.

Для придания кольцу упругих свойств производят термофиксацию. Кольца надевают на оправку. Растачивание между концами колец фиксируется сухарём , размер которого несколько больше размера замка в свободном состоянии.

Кольца зажимают по торцам, нагревают в электропечи до температуры 560-600ºС и охлаждают на воздухе. После термофиксации кольца имеют овальную форму и при сжатии до круглой формы обладают необходимой упругостью. Затем выборочно проверяют упругость , твёрдость и остаточную деформацию колец.

Для обтачивания кольца по наружному Ø кольцо устанавливают на оправку. При обтачивании набора колец оправку и кольца центрируют установочным стаканом. Конические кольца обтачивают в приспособлении по одному.

Изготовление колец из индивидуальной отливки.

Изготовление поршневых колец из индивидуальных отливок широко применяется в массовом производстве. Вследствие малого сечения отливки обеспечивается хорошая структура материала и упругие свойства детали. Отлитая заготовка имеет форму, близкую к форме готового кольца в свободном состоянии. На заготовке при отливке получаются метки в месте выреза замка.

Из индивидуальных отливок кольца изготовляют двумя методами: с обтачиванием наружной поверхности по копиру до разрезания или обтачиванием наружной поверхности разрезанного и сжатого до заданной величины замка кольца. Обтачивание по копиру обеспечивает более правильное распределение давления кольца на стенки цилиндра.

Обдирку торцовых внутренних и наружных поверхностей производят на специальных станках.

Торцовые плоскости обрабатывают при пропускании колец между двумя плоскими шлифовальными дисками, наклеенными на стальные планшайбы;

Внутреннюю пов-ть обрабатывают предварительно шлифовальным кругом, на который одновременно надевается 10-20 колец.

Предварительное и чистовое шлифование плоскостей производится на плоскошлифовальных станках разных типов.

Вырезание замка производится двумя фрезами в месте. Отмеченном метками , полученными при отливке. Выполнение остальных операций существенно не отличается от выполнения операций , применяемых при обработке колец из маслот.

Если кольцо подвергается хромированию, то наружная пов-ть не обтачивается , а шлифуется , острые кромки закругляются и кольцо подвергается хромированию и притирке. При изготовлении маслосъёмных колец производится фрезерование или сверление маслоотводящих отверстий.

Контроль.

У готовых колец проверяют высоту, радиальную толщину , прилегание к контрольному еольцу ( на просвет) , упругость и величину замка.

Высоту и радиальную толщину колец проверяют скобами, микрометрами или рычажными приборами.

Зазор в замке кольца, вложенного в калибр ( кольцо номинального Ø), проверяют щупом, упругость – в приспособлении , установленном на пружинные весы.

Радиальный зазор проверяют таким образом: кольцо вставляют в калибр и , освещая лампой снизу, определяют наличие и расположение зазоров. Зазор определяют щупом или на глаз. Для более точного определения величины зазора применяют приспособления с фотоэлементом.

В массовом пр-ве широко используют контрольные автоматы для проверки колец и сортировки их по упругости, высоте, величине зазора в замке, радиальной толщине и радиальному зазору.