4.2. Виготовлення заготовок поршневих кілець

Для виготовлення кілець застосовуються два види заготовок:

1) індивідуальні заготовки за формою кільця у вільному стані;

2) трубчасті заготовки (маслоти).

Маслота, яка має вигляд короткої труби з фланцем чи потовщенням на одному кінці для кріплення при обробці, може виготовлятися литтям у сирі земляні форми, у сухі безопокові форми чи відцентровим способом. Такі заготовки використовуються переважно для виробництва поршневих кілець мотоциклетних двигунів.

а	б
в	г

Рис.4.1. Стальні пластинчасті поршневі кільця: а – плоскі; б - тарілчасті; в - комплект маслознімного поршневого кільця; г - компресійні поршневі кільця.

Для автомобільних двигунів поршневі кільця виготовляють з індивідуальних заготовок: у кожній опоці формують 6...10 кілець з ливниковим отвором у центрі опоки. Кількість опок, які одночасно встановлюють одна на одну для заливання – 12...18. Ливникові отвори утворюють центральний канал, від якого в кожній опоці відгалужуються живильники до форм кілець (рис.4.2). Після охолодження і вибивання опок заготовка має вигляд стояка, від якого відгалужуються виливка окремих кілець. Їх легко відламують від стояка, після чого очищають.

Форма моделі повинна відповідати формі поршневого кільця у вільному стані.

Сучасні технології дозволяють забезпечити високу якість індивідуальних заготовок (щільну дрібнозернисту структуру і рівномірну твердість) і уникнути дефектів лиття (відбілювання, виділення структурно вільного фериту тощо). У таких заготовках забезпечено мінімальний припуск на механічну обробку, особливо на зовнішній і внутрішній поверхні. Це забезпечує не тільки економію металу і збільшення продуктивності механічної обробки, але і високу якість поршневих кілець, тому що зі збільшенням радіальної товщини напруги при обробці кілець зростають, а при цьому можливі залишкові деформації і поломки заготовки.

Рис.4.2. Ливарна форма для виливка індивідуальних заготовок кілець.

Припуск на обробку торців кілець - 0,2...0,3 мм на сторону, допуск на висоту - не більше 0,15 мм. Сумарний припуск на обробку зовнішньої і внутрішньої поверхонь (тобто на радіальну товщину кільця) при безкопірному методі обробки повинен бути 0,8...1,2 мм; при копірному методі припуск збільшується на 20 відсотків і більше.

Застосування індивідуальних заготовок кілець знижує трудомісткість механічної обробки та зменшує відходи металу в стружку в 2...3 рази. Проте загальні витрати металу при виготовленні індивідуальних виливків трохи більші, ніж при виробництві маслот.

4.3. Особливості механічної обробки чавунних поршневих кілець

Конструктивні особливості поршневих кілець і високі вимоги до них обумовлюють застосування спеціальних процесів виготовлення.

Методи виготовлення поршневих кілець класифікують за способом формоутворення, тобто за способом задання кільцю заданої форми у вільному стані. В автомобілебудуванні застосовують такі методи:

1) метод формоутворення при литті (безкопірний);

2) копірний метод;

3) метод термофіксації.

Безкопірний метод полягає в наступному: суцільну заготовку виконують за формою кільця у вільному стані з припуском на обробку. Такі заготовки після обробки торців і вирізання замка стискають у круглому рознімному барабані, у такому стані закріплюють на оправці по торцях і потім обточують зовнішню циліндричну поверхню. Для забезпечення рівномірної радіальної товщини кільця знову стискають у спеціальному циліндрі і розточують внутрішню поверхню. Чистову обробку зовнішньої поверхні кілець здійснюють так само, як попереднє обточування.

Точність форми виливок поршневих кілець залежить від багатьох факторів: точності моделей, температури металу при заливанні і рівномірності його охолодження, якості формувальних матеріалів, однорідності набивання опок тощо, тому індивідуальні виливки кілець мають значні відхилення за формою і розмірами. У результаті цього оброблені кільця можуть мати значні відхилення від заданої форми у вільному стані, відхилення від заданої епюри радіальних тисків, а отже - і неповне прилягання до стінок циліндра.

Для забезпечення високої точності форми поршневих кінець у вільному стані застосовують копірний метод, при якому зовнішню поверхню індивідуальної заготовки попередньо обточують по копіру, який відповідає теоретичній формі кільця у вільному стані.

Характерні плани операцій при обробці поршневих кілець двома методами наведені в табл.4.1.

Термічну обробку заготовок виконують для зняття залишкових напруг, щоб зменшити короблення кілець при припрацьовуванні і підвищити їхню тепломіцність. Вона складається з нагрівання до 550 ^оС, витримки при цій температурі протягом 30 хв, охолодження разом з печею до температури 400 ^оС і охолодження на повітрі.

Сутність методу термофіксації полягає в тому, що оброблене кругле кільце (з невеликим припуском на чистову обробку по зовнішній поверхні) розрізають тонкою фрезою, потім його кінці розводять до утворення трохи більшого просвіту, ніж зазор у замку у вільному стані. При цьому кругла заготовка приймає форму кільця у вільному стані, що відповідає рівномірному розподілу радіальних тисків. Для надання кільцю форми, яка відповідає корегованій епюрі радіальних тисків, кільця встановлюють на оправку, перетин якого відповідає розрахунковій формі кільця у вільному стані. У такому стані кільця стискують по торцях, нагрівають до 600 °С, витримують годину й охолоджують на повітрі. У процесі термічної обробки значна частина напруг, які виникли при розтягуванні кільця на оправку, знімається і при цьому фіксується форма кільця у вільному стані.

Метод термофіксації звичайно використовується у серійному виробництві при виготовленні кілець із маслот. У масовому виробництві переважає безкопірний метод.

Таблиця 4.1