Лекція 3. Виготовлення поршнів

3.1. Конструктивно-технологічні особливості поршнів

Умови роботи поршнів двигунів внутрішнього згоряння ставлять високі вимоги до поршнів (жароміцність, міцність, теплопровідність, зносостійкість, мала вага).

Поршні сучасних автомобільних двигунах виготовляються з міднокремнистих алюмінієвих сплавів – силумінів (типу АЛ25 і АЛ10). Тільки поршні деяких стаціонарних дизелів виготовляють з чавунів, які мають більшу жароміцність і міцність.

Рис.3.1. Армовані виливки алюмінієвих поршнів

Поршні бувають з суцільними чи з вирізаними юбками циліндричної форми круглого чи овального перерізу. Велика вісь овалу розташовується перпендикулярно осі отвору під палець, різниця розмірів великої і малої осей - 0,15...0,30 мм. У середній частині юбки, паралельно осі поршня чи під невеликим кутом до неї виконують прорізи, які полегшують пружинення тієї частини поршня, яка розширюється, при нагріванні під час роботи. Крім того, під нижніми канавками поршневих кілець (паралельно їм) часто виконують горизонтальні прорізи - на сторонах юбки, які відповідають великій осі овалу. Ці прорізи частково роз'єднують масивну головку поршня і її тонкостінну юбку, полегшуючи пружинення останньої і зменшуючи теплопередачу від головки до юбки. У чавунних поршнях прорізи не виготовляють.

Поршні чотиритактних двигунів мають плоскі днища чи днища з вирізами під клапани (при похилому верхньому розташуванні клапанів у головці). Для утворення раціональної камери згоряння, створення спрямованого потоку робочої суміші і кращого продування поршні часто виконують з опуклими чи увігнутими днищами різної форми.

Для поліпшення процесу припрацювання юбки поршня до дзеркала циліндра і створення проміжного антифрикційного шару багато поршнів автомобільних двигунів після механічної обробки покривають тонким шаром (0,04...0,06 мм) чистого олова.

Технічні умови на виготовлення автомобільних поршнів регламентовані стандартами. Основні з них:

1. Точність обробки зовнішніх поверхонь:

а) діаметр головки поршня - 10..11 квалітети;

б) ширина поршневих канавок - 8...9 квалітети;

в) внутрішній діаметр канавок під кільця - 10...11 квалітети;

г) діаметр юбки - 7 квалітет.

Оброблені поршні за діаметрами юбок сортують на розмірні групи. Циліндри двигунів (чи гільзи) також маркують номером розмірної групи – для забезпечення селективного складання циліндро-поршневої групи. Сортувальний допуск у кожній групі у стільки разів менший допуску на обробку деталі, на скільки розмірних груп розсортовані деталі. Це дає можливість знизити вимоги до точності обробки юбки поршня і забезпечити створення оптимальних зазорів між поршнем і циліндром.

Крім вимог до точності діаметрів юбки, на кресленнях проставляють допуски на відхилення від правильності форм поверхні (овальність, конусність тощо) у межах 0,2...0,3 від поля допуску на діаметр.

2. Точність обробки отворів під поршневий палець - 5...6 квалітети.

Похибки форми цих отворів допускаються в межах 0,4...0,5 від поля діаметрального допуску. Через специфічні умови роботи плаваючого пальця, зазначена вище точність обробки недостатня, тому на робочих кресленнях наводять додаткові вказівки по розбиванні поршнів на 3...5 груп по розмірах цього отвору (через 0,002...0,003 мм). Для цього застосовують сортувальні автомати, які вимірюють і сортують пальці з точністю до 0,5 мкм.

3. Точність розташування елементів поршня:

а) вісь отвору під палець повинна знаходитися в площині, перпендикулярній до осі поршня; допустимі відхилення - 0,03...0,06 мм на довжині 100 мм;

б) відстань осі отвору під палець від днища поршня - 0,1...0,12 мм;

в) неперпендикулярність стінок канавок під кільця до зовнішньої твірної головки поршня допускається в межах 0,02...0,05 мм на 100 мм;

г) зовнішні поверхні головки і внутрішні основи канавок повинні бути концентричні і паралельні осі поршня; допустимі відхилення - 0,08...0,12 мм.

4. Шорсткість оброблених поверхонь юбки Rz=0,63 мкм, бічних поверхонь поршневих канавок - Rz=2,5...1,25 мкм. Поверхня отвору під палець повинна відповідати шорсткості Rz=0,63...0,32 мкм.

5. Допуски по масі залежать від класу двигуна (числа обертів колінчастого вала, числа і розташування циліндрів тощо) і коливаються у межах 0,5..1,5 відсотка від маси обробленого поршня.