Лекція 3. Виготовлення поршнів

3.1. Конструктивно-технологічні особливості поршнів

Умови роботи поршнів ДВЗ ставлять високі вимоги до поршнів (міцність, теплопровідність, жароміцність, стійкість до спрацювання, мала вага). Тому поршні сучасних автомобільних двигунах виготовляють з алюмінієвих сплавів – силумінів (зокрема, АЛ10, АЛ25 тощо).

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 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 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.

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

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

Основними з встановлених технічних умов на виготовлення автомобільних поршнів є:

1. Точність обробки зовнішніх поверхонь:

- діаметр головки поршня - 10..11 квалітети;

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

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

- діаметр юбки - 7 квалітет.

Оброблені поршні за діаметрами юбок сортують на розмірні 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, встановлюють 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. Для плаваючого пальця така точність обробки недостатня, тому встановлюють додаткові вказівки на розбивання поршнів на 3...5 груп за розмірами 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:

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

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

- неперпендикулярність стінок канавок під кільця до зовнішньої твірної головки поршня - 0,02...0,05 мм на 100 мм;

- 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 R_z=0,63 мкм, бічних поверхонь поршневих канавок - R_z=2,5...1,25 мкм. Поверхня отвору під палець повинна відповідати шорсткості R_z=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.