柴油發電機活塞環對材料性能的技術要求
發布時間：2024-03-25 點擊：156
性能特點和作用說明
柴油發電機活塞環對材料性能的技術要求
柴油發電機活塞環是具有彈性的金屬開口圓環，按其功用不同可分為氣環和油環兩種。安裝在活塞頭部上端的是2、4道氣環，下端的是1、2道油環。活塞環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高速運動，特別是第一道環溫度可高達600k，因此，活塞環是發動機中工作環境惡劣、使用壽命最短的零件之一。
一、活塞環的類別
1、氣環
氣環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。除密封作用外，氣環還起傳熱作用。活塞頂部所吸收的熱量，大部分要通過氣環傳給汽缸壁（因活塞頭部并不接觸汽缸壁），再由外部的冷卻介質帶走。
氣環，特別是第一道氣環，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。因此要求氣環應有足夠的彈力，才能使環的四周緊貼在汽缸壁上，這時高壓燃氣就不可能通過氣環與汽缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環上端面的燃氣，使環緊壓在活塞環槽中，使下端面與環槽緊貼。進人環的內側面與環槽之間的燃氣，其壓力向外，使環更加貼緊汽缸壁。因此利用氣環本身的彈力和燃氣的壓力，即可阻止高壓燃氣的泄漏。
活塞環通常采用優質灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道氣環的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來，第一道氣環也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態下，環的外徑略大于汽缸直徑，裝人汽缸后，活塞環產生彈力壓緊在汽缸壁上，開口處應保留一定的間隙（稱為端隙或開口間隙，內燃機活塞環的開口間隙通為0.4~0.8mm)，以防止活塞環受熱膨脹時卡死在汽缸中?；钊h裝人環槽后，在高度方向也應有一定的間隙（稱為側隙，內燃機活塞環的側隙通常為0.08~0.16mm）。當活塞環安裝在活塞上時，應按規定將各環的開口處互相錯開120°~180°，并且活塞環開口應與活塞銷座孔錯開45°以上，以防活塞環裝入汽缸后產生漏氣現象。
2、油環
油環的作用
（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。
油環的安裝位置
通?；钊涎b有1~2道油環。采用兩道油環時，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，油環都可以將氣缸壁上多余的機油刮下來經活塞上的回油孔流回油底殼。常見的油環形式如圖2-6 5所示。目前廣泛應用的是組合式油環。組合式油環通常由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環組成，軸向襯環夾裝在第二與第三刮油鋼片之間，徑向襯環使三片刮油鋼片緊貼在氣缸壁上。
二、活塞環一般技術要求
1、化學成分與金相
活塞環廣泛使用各種牌號得鑄鐵。材質就是活塞環機械性能與使用壽命得基礎,因此在規定范圍內合理調整材料成分比例、嚴格控制造型與澆鑄工藝來確保活塞環具有符合設計要求得最佳金相組織。
2、熱處理
采用適當得熱處理方法,以調整活塞環得金相組織及消除加工應力。
3、剛度
活塞環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。在加工流程中應注意清潔、保護端面、防止碰傷。
5 、型線設計
為保證活塞環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、 消除應力
為保證形狀精度要求,加工中應采取合理得刀具角度與切削量,以減少加工殘留應力,并采用熱處理方法消除應力。
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性能與壽命得重要工藝手段。
8、 加工設備與檢測手段
由于活塞環形狀結構得復雜性與多樣化,尺寸精度又有較高得要求,同時生產批量一般較大,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備以及檢測手段。
二、活塞環對材料性能的要求
1、強度
抗彎強度就是活塞環受力折斷時得計算應力,它就是衡量強度高低得一個參數?；钊h在安裝與工作中,均受著彎曲應力,如抗彎強度達不到一定得值,則易于折斷。為適應發動機強化得發展,為了減少活塞環與缸壁摩擦所損耗得功率,在設計時,往往要求活塞環高度盡可能薄,但同時又要保證活塞環有足夠得彈力,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展趨勢（見表1）。
表1
種類
抗彎強度 mpa
單體鑄造活塞環
392～450
筒體鑄造活塞環
480～520
可鍛、半可鍛鑄鐵環
600~950
球墨鑄鐵環
900~1300
2、硬度
活塞環材料得硬度在一定程度上反映了材料得耐磨性。活塞環工作時,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規定了硬度允許范圍與同一片環得硬度差值。(見表２－３)
表2
種 類
硬 度
同一片環上得硬度差
合金鑄鐵環
環直徑≤150 mm
環直徑＞150 mm
98~108 ｈrb
９4~105 hrb
≤3 hrｂ
可鍛、半可鍛鑄鐵環及球墨鑄鐵環
98~110 hrｂ
按產品圖樣規定
鋼
環
經淬火、回火處理得環
冷軋材料環
不銹鋼環
400～580hv
≥367hv或按產品圖案規定
按產品圖樣規定
≤40ｈv
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柴油發電機活塞環對材料性能的技術要求
柴油發電機活塞環是具有彈性的金屬開口圓環，按其功用不同可分為氣環和油環兩種。安裝在活塞頭部上端的是2、4道氣環，下端的是1、2道油環。活塞環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高速運動，特別是第一道環溫度可高達600k，因此，活塞環是發動機中工作環境惡劣、使用壽命最短的零件之一。
一、活塞環的類別
1、氣環
氣環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。除密封作用外，氣環還起傳熱作用。活塞頂部所吸收的熱量，大部分要通過氣環傳給汽缸壁（因活塞頭部并不接觸汽缸壁），再由外部的冷卻介質帶走。
氣環，特別是第一道氣環，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。因此要求氣環應有足夠的彈力，才能使環的四周緊貼在汽缸壁上，這時高壓燃氣就不可能通過氣環與汽缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環上端面的燃氣，使環緊壓在活塞環槽中，使下端面與環槽緊貼。進人環的內側面與環槽之間的燃氣，其壓力向外，使環更加貼緊汽缸壁。因此利用氣環本身的彈力和燃氣的壓力，即可阻止高壓燃氣的泄漏。
活塞環通常采用優質灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道氣環的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來，第一道氣環也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態下，環的外徑略大于汽缸直徑，裝人汽缸后，活塞環產生彈力壓緊在汽缸壁上，開口處應保留一定的間隙（稱為端隙或開口間隙，內燃機活塞環的開口間隙通為0.4~0.8mm)，以防止活塞環受熱膨脹時卡死在汽缸中?；钊h裝人環槽后，在高度方向也應有一定的間隙（稱為側隙，內燃機活塞環的側隙通常為0.08~0.16mm）。當活塞環安裝在活塞上時，應按規定將各環的開口處互相錯開120°~180°，并且活塞環開口應與活塞銷座孔錯開45°以上，以防活塞環裝入汽缸后產生漏氣現象。
2、油環
油環的作用
（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。
油環的安裝位置
通?；钊涎b有1~2道油環。采用兩道油環時，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，油環都可以將氣缸壁上多余的機油刮下來經活塞上的回油孔流回油底殼。常見的油環形式如圖2-6 5所示。目前廣泛應用的是組合式油環。組合式油環通常由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環組成，軸向襯環夾裝在第二與第三刮油鋼片之間，徑向襯環使三片刮油鋼片緊貼在氣缸壁上。
二、活塞環一般技術要求
1、化學成分與金相
活塞環廣泛使用各種牌號得鑄鐵。材質就是活塞環機械性能與使用壽命得基礎,因此在規定范圍內合理調整材料成分比例、嚴格控制造型與澆鑄工藝來確保活塞環具有符合設計要求得最佳金相組織。
2、熱處理
采用適當得熱處理方法,以調整活塞環得金相組織及消除加工應力。
3、剛度
活塞環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。在加工流程中應注意清潔、保護端面、防止碰傷。
5 、型線設計
為保證活塞環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、 消除應力
為保證形狀精度要求,加工中應采取合理得刀具角度與切削量,以減少加工殘留應力,并采用熱處理方法消除應力。
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性能與壽命得重要工藝手段。
8、 加工設備與檢測手段
由于活塞環形狀結構得復雜性與多樣化,尺寸精度又有較高得要求,同時生產批量一般較大,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備以及檢測手段。
二、活塞環對材料性能的要求
1、強度
抗彎強度就是活塞環受力折斷時得計算應力,它就是衡量強度高低得一個參數?；钊h在安裝與工作中,均受著彎曲應力,如抗彎強度達不到一定得值,則易于折斷。為適應發動機強化得發展,為了減少活塞環與缸壁摩擦所損耗得功率,在設計時,往往要求活塞環高度盡可能薄,但同時又要保證活塞環有足夠得彈力,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展趨勢（見表1）。
表1
種類
抗彎強度 mpa
單體鑄造活塞環
392～450
筒體鑄造活塞環
480～520
可鍛、半可鍛鑄鐵環
600~950
球墨鑄鐵環
900~1300
2、硬度
活塞環材料得硬度在一定程度上反映了材料得耐磨性。活塞環工作時,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規定了硬度允許范圍與同一片環得硬度差值。(見表２－３)
表2
種 類
硬 度
同一片環上得硬度差
合金鑄鐵環
環直徑≤150 mm
環直徑＞150 mm
98~108 ｈrb
９4~105 hrb
≤3 hrｂ
可鍛、半可鍛鑄鐵環及球墨鑄鐵環
98~110 hrｂ
按產品圖樣規定
鋼
環
經淬火、回火處理得環
冷軋材料環
不銹鋼環
400～580hv
≥367hv或按產品圖案規定
按產品圖樣規定
≤40ｈv
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