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活塞環(huán)主要分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。
活塞環(huán)的作用
氣環(huán)的作用是保證氣缸與活塞間的密封性,防止漏氣,并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁,由冷卻水帶走;油環(huán)起布油和刮油的作用,下行時刮除氣缸壁上多余的機(jī)油,上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸中燃燒掉,又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外,油環(huán)還能起到輔助封氣的作用。
活塞環(huán)的工作條件及性能要求
活塞環(huán)工作時受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔茫瑴囟容^高(尤其是,溫度可達(dá)600K)。活塞環(huán)在氣缸內(nèi)做高速運(yùn)動,加上高溫下部分機(jī)油出現(xiàn)變質(zhì),使活塞環(huán)的潤滑條件變差,難以保證液體潤滑,磨損嚴(yán)重。因此,要求活塞環(huán)彈性好,強(qiáng)度高、耐磨損。
活塞環(huán)的間隙
活塞環(huán)會在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象,而周期性的往復(fù)運(yùn)動又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形。因此,為了保證正常的工作,活塞環(huán)在氣缸內(nèi)應(yīng)該具有以下間隙。
d—活塞環(huán)內(nèi)徑;B—活塞環(huán)寬度
■ 端隙又稱開口間隙,是指活塞環(huán)在冷態(tài)下裝入氣缸后,該環(huán)在上止點(diǎn)時,環(huán)的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。
■ 側(cè)隙又稱邊隙,是指活塞環(huán)裝入活塞后,其側(cè)面與活塞環(huán)槽之間的間隙。第道環(huán)因?yàn)楣ぷ鳒囟雀?,間隙較大,一般為0.04~0.10mm;其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)側(cè)隙比氣環(huán)小。
■ 背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后,活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙,一般為0.50~1.00mm。油環(huán)背隙較氣環(huán)大,有利于增大存油間隙,便于減壓泄油。
活塞環(huán)的泵油作用
由于側(cè)隙和背隙的存在,當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時,活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是,活塞下行時,活塞環(huán)靠在環(huán)槽的上方,活塞環(huán)從缸壁上刮下來的機(jī)油充入環(huán)槽下方;當(dāng)活塞上行時,活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方,同時將機(jī)油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運(yùn)動,就將缸壁上的機(jī)油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用,使機(jī)油竄入燃燒室,會使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機(jī)油消耗,并且還可能在環(huán)槽(尤其是第道氣環(huán)槽)中形成積炭,使環(huán)卡死,失去密封作用,甚至折斷活塞環(huán)。
氣 環(huán)
■ 氣環(huán)的密封機(jī)理
活塞環(huán)有一個切口,且在自由狀態(tài)下不是圓環(huán)形,其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑大些,因此,它隨活塞一起裝入氣缸后,便產(chǎn)生彈力而緊貼在氣缸壁上。
活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟?,壓緊在環(huán)槽的下端面上,于是燃?xì)獗憷@流到環(huán)的背面,并發(fā)生膨脹,其壓力下降。同時,燃?xì)鈮毫Νh(huán)背的作用力使活塞環(huán)更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃?xì)?,從第道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時,又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上,于是,燃?xì)庥掷@流到這個環(huán)的背面,再發(fā)生膨脹,其壓力又進(jìn)一步降低。
如此繼續(xù)進(jìn)行下去,從后一道氣環(huán)漏出來的燃?xì)?,其壓力和流速已?jīng)大大減小,因而泄漏的燃?xì)饬恳簿秃苌倭恕R虼?,為?shù)很少的幾道切口相互錯開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置,就足以對氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。
氣環(huán)的斷面形狀及各環(huán)間隙處的氣體壓力
■ 氣環(huán)的切口
氣缸內(nèi)的燃?xì)饴┤肭S箱的主要通路是活塞環(huán)的切口,因此,切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對于漏入曲軸箱的燃?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊?,切口間隙過大,則漏氣嚴(yán)重,使發(fā)動機(jī)功率減?。婚g隙過小,活塞環(huán)受熱膨脹后就有可能卡死或折斷。切口間隙值一般為0.25~0.8mm。第道氣環(huán)的溫度,因而其切口間隙值。
氣環(huán)的切口形狀
直角形切口工藝性好;階梯形切口的密封性好,但工藝性較差;斜口形切口,斜角一般為30°或45°,其密封作用和工藝性均介于前兩種之間,但其銳角部位在套裝入活塞時容易折損;圖中(d)為二沖程發(fā)動機(jī)活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口,壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘,是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動的。
■ 氣環(huán)斷面形狀
氣環(huán)的斷面形狀
■ 矩形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、散熱性好、廢品率低;缺點(diǎn)主要是有泵油作用,容易造成機(jī)油消耗量過大并有可能形成燃燒室積炭。另外,矩形環(huán)的刮油性、磨合性及密封性較差,現(xiàn)代汽車基本不采用。
■ 錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是與氣缸壁的接觸為線接觸,密封和磨合性能較好,刮油作用明顯,容易形成油膜以改善潤滑;缺點(diǎn)是傳熱性能較差。錐面環(huán)主要應(yīng)用在除第道環(huán)外的其他環(huán)。
■ 扭曲環(huán)是當(dāng)代汽車發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán),主要是因?yàn)榕でh(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)之外,還能減小泵油作用,減輕磨損、提高散熱性能。安裝扭曲環(huán)時應(yīng)特別注意:內(nèi)圓切槽向上,外圓切槽向下,不能裝反。
■ 梯形環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是能把沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出,從而避免了活塞環(huán)被黏結(jié)而出現(xiàn)折斷,同時其密封性能優(yōu)越,使用壽命長;缺點(diǎn)主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負(fù)荷較大的柴油發(fā)動機(jī)上使用較多。
■ 桶面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善潤滑,對活塞在氣缸內(nèi)擺動的適應(yīng)性好,接觸面積小,有利于密封;缺點(diǎn)是凸圓弧面加工困難,多用于強(qiáng)化柴油發(fā)動機(jī)的第道環(huán)。
油 環(huán)
油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。
普通油環(huán)是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽,在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環(huán)上唇的上端面外緣一般均有倒角,可以使油環(huán)向上運(yùn)動時能夠形成油楔。機(jī)油可以把油環(huán)推離氣缸壁,從而易于進(jìn)入油環(huán)的切槽內(nèi)。下唇的下端面外緣不倒角,這樣向下刮油能力較強(qiáng)。鼻式油環(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力更強(qiáng),但加工較困難。
油環(huán)及其刮油作用
油環(huán)的斷面形狀
對于由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán),軸向襯環(huán)夾裝在第二、第三刮油片之間,徑向襯環(huán)使三個刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是,片環(huán)薄,對氣缸壁的比壓(單位面積上的壓力)大,因而刮油作用強(qiáng);三個刮油片是各自獨(dú)立的,故對氣缸的適應(yīng)性好;重量輕;回油通路大。因此,組合油環(huán)在高速發(fā)動機(jī)上得到較廣的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是制造成本高(片環(huán)的外表面必須鍍鉻,否則滑動性不好)。
非晶合金涂層在加工刀具上的應(yīng)用
近年來,跟著研討的不斷深入,加工技能高質(zhì)量、低能耗的特色逐漸受到重視,并在航空航天范疇得到廣泛應(yīng)用。加工技能包括加工機(jī)床、加工刀具和加工工藝等方面?!斗蔷е袊I(yè)開展咨詢》主要從加工刀具的資料涂層技能方面進(jìn)行介紹,給非晶態(tài)合金應(yīng)用提供新的方向和思路。
加工及對刀具的高要求
加工(High PerformanceMachining,HPM)是在保證零件精度和質(zhì)量的前提下,經(jīng)過對加工進(jìn)程的優(yōu)化和進(jìn)步單位時刻資料切除量來進(jìn)步加工功率和設(shè)備利用率、下降生產(chǎn)成本的一種高功能加工技能。在加工體系中,刀具是完成切削加工的工具,直觸摸摸工件并從工件上切去一部分資料,使工件得到契合技能要求的形狀、尺度精度和外表質(zhì)量。在整個加工進(jìn)程中,刀具直接與工件觸摸,會呈現(xiàn)嚴(yán)峻的刀具磨損現(xiàn)象,因而刀具也是加工進(jìn)程中的一大消耗品。刀具技能的內(nèi)涵包括刀具資料技能、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計和成形技能、刀具外表涂層技能等,也包含了上述單項(xiàng)技能歸納交叉形成的高速刀具技能、刀具可靠性技能、綠色刀具技能、智能刀具技能等。刀具作為機(jī)械制作工藝配備中重要的一類基礎(chǔ)部件。
刀具在切削進(jìn)程中承受深重的負(fù)荷,包括高的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、沖擊和振蕩等,如此惡劣的工作條件對刀具功能提出了高要求。挑選刀具資料、設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)、開展刀具涂層和高功能刀具技能成為進(jìn)步切削加工水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。《非晶中國工業(yè)開展咨詢》主要從刀具涂層技能等方面對刀具進(jìn)行介紹,以促進(jìn)先進(jìn)刀具的開發(fā),為進(jìn)步制作技能水平發(fā)揮應(yīng)有的效果。
加工刀具的外表涂層
刀具外表涂層以增效和延壽為目的,是將耐高溫、耐磨損的資料涂覆在刀具基體資料外表。涂層作為一個化學(xué)屏障和熱屏障,減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng),從而減少了刀具的月牙槽磨損。涂層刀具具有外表硬度高、耐磨性好、化學(xué)功能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低一級特性?,F(xiàn)在,常用的刀具涂層辦法有化學(xué)氣相堆積法(CVD)、物理氣相堆積法(PVD)、等離子體化學(xué)氣相堆積法(PCVD)、熱噴涂法和離子束輔助堆積法(IBAD),其中以PVD和CVD應(yīng)用為廣泛。
刀具的涂層技能現(xiàn)在現(xiàn)已成為進(jìn)步刀具功能的關(guān)鍵技能。在涂層工藝方面,CVD依然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝,在基體資料改進(jìn)的基礎(chǔ)上,使CVD涂層刀具的耐磨性和韌性都得到進(jìn)步。PVD相同取得了重大進(jìn)展,開發(fā)了習(xí)慣高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層,如納米、多層結(jié)構(gòu)等。等離子體化學(xué)氣相堆積法(PCVD)是將高頻微波導(dǎo)人含碳化物氣體發(fā)生高頻高能等離子,或者經(jīng)過電極放電發(fā)生高能電子使氣體電離成為等離子體,由氣體中的活性碳原子或含碳基團(tuán)在合金的外表堆積的一種涂層制備辦法。
非晶合金涂層的優(yōu)勢
刀具涂層技能向物理涂層附加大功率等離子體方向開展;功能薄膜向著多元、多層膜的方向開展;并研討集硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗癢化性于一體且具有低內(nèi)應(yīng)力和高附著力的薄膜制備技能。圖(a)為多層涂層,其內(nèi)層的TiCN與基體有較強(qiáng)的結(jié)合力和強(qiáng)度,中心的Al2O3,作為一種有用的熱屏障可答應(yīng)有更高的切削速度,外層的TiCN保證抗前刀面和后刀面磨損才能,外一薄層金黃色的TiN使得容易辨別刀片的磨損狀態(tài);圖(b)中納米涂層與傳統(tǒng)涂層比較,具有超硬度、超模量和高紅硬性效應(yīng),并且顯微硬度可超過40GPa;圖(c)納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層在強(qiáng)等離子體效果下,納米TiAlN晶體被鑲
刀具的涂層技能
嵌在非晶態(tài)的Si3N4體內(nèi),當(dāng)AlTiN晶體尺度小于10nm時,位錯增殖源難于啟動,而非晶態(tài)相又可阻撓晶體位錯的遷移,即使在較高的應(yīng)力下,位錯也不能穿越非晶態(tài)晶界。這種結(jié)構(gòu)薄膜的硬度可以達(dá)到50GPa以上,并可堅持適當(dāng)優(yōu)異的韌性,且當(dāng)溫度達(dá)到900—1100℃時,其顯微硬度仍可堅持在30GPa以上。
CVD和PVD涂層工藝技能和配備水平將得到進(jìn)一步提升和工業(yè)化。復(fù)合、梯度、多層、納米多層、納米非晶態(tài)復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層及薄膜多元化、個性化、涂層、晶粒大小可控化等功能可定制的涂層(如高速干切削復(fù)合涂層技能)將逐漸工業(yè)化。另一方面,針對廢舊刀具回收利用的退涂技能、重涂技能也將由于綠色環(huán)保逐漸得到重視。此外,刀具軟涂層方向的自潤滑刀具作為可以完成干切削、準(zhǔn)干式切削(MQL)的技能途徑之一現(xiàn)已受到重視。
非晶合金涂層刀具的前景
刀具的切削功能是刀具資料、幾何結(jié)構(gòu)和涂層相互組合的成果,新資料、立異的結(jié)構(gòu)設(shè)計和涂層可以促進(jìn)刀具功能的改進(jìn)。我國的刀具制作技能依然與先進(jìn)國家存在很大的差距,研討刀具技能火燒眉毛,特別是基礎(chǔ)資料和結(jié)構(gòu)立異,需要打破傳統(tǒng)思維,斗膽立異,尋求刀具技能的新出路。
“非晶中國大數(shù)據(jù)中心”信息標(biāo)明:我國科學(xué)家在刀具上進(jìn)行非晶態(tài)復(fù)合涂層技能攻關(guān),并現(xiàn)已開端在企業(yè)試用,效果得到必定。未來,這將是非晶合金一個值得開發(fā)的高段應(yīng)用市場。
國產(chǎn)數(shù)控刀具蕞大優(yōu)勢是“性價比高”,質(zhì)優(yōu)價廉、靠近出產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)適用。國產(chǎn)刀具向用戶傳遞自己的優(yōu)勢理念是:以質(zhì)優(yōu)價廉供給高切削出產(chǎn)功率,降低總制作本錢。
切削技能落后是金屬加工職業(yè)功率低下的首要原因之一。高功率的數(shù)控設(shè)備運(yùn)用低性能的切削,不能充分發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢,相反還會形成更大的資源浪費(fèi)。曾經(jīng),我們一說到數(shù)控,首先想到的就是價格昂貴的國外品牌,一些產(chǎn)品附加值較低的企業(yè)難以承受。受此影響,數(shù)控首要使用于數(shù)控機(jī)床的精加工階段,大多數(shù)普通機(jī)床依然運(yùn)用廉價的焊接,正常磨損后,進(jìn)行屢次重磨。磨刀難,磨好刀更難,操作者除了熟練掌握磨刀辦法與操作要領(lǐng),還要有很高的領(lǐng)悟才干領(lǐng)會其中的微妙。十年苦功,上千把車刀鑄就一名高擋車工。老師傅在磨刀方面確實(shí)堆集了很多經(jīng)歷和技巧,一把普通的焊接車刀磨完后鐾一次,可以連續(xù)運(yùn)用十幾個小時,比數(shù)控刀片還耐用,但這樣的技能工人畢竟是百里挑一。
此外,在現(xiàn)代企業(yè)以流水線為主的出產(chǎn)模式中,工序之間的聯(lián)接沒有一點(diǎn)空隙,能夠靜下心來磨刀,是件困難的事。因而,恰當(dāng)加大投入,將出產(chǎn)工人從繁瑣的磨刀勞動中解放出來,集中精力、聚精會神地操作機(jī)床是進(jìn)步出產(chǎn)功率的要害一步。
隨著商場競爭的日趨激烈,通用機(jī)械加工職業(yè)的贏利越來越薄。盡管數(shù)控帶來的正價值,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越為此添加的本錢,以精打細(xì)算起家的民營企業(yè),依然期望以少的耗費(fèi)交換蕞大的效益。在滿意加工要求的前提下,他們會盡量挑選低價位的。國產(chǎn)數(shù)控起步較晚,盡管展開快,但是在高新技能和制作工藝上仍和國外存在一定距離,不過全體上有著明顯的優(yōu)勢:價格合理、供貨及時、用戶可以面對面地與制作商交流經(jīng)歷,一起探討運(yùn)用中遇到的困惑和處理辦法;按照自己的目的定制各種非標(biāo)等等,這些優(yōu)勢都是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
以數(shù)控機(jī)床為主的精細(xì)切削中,毛坯余量很小,進(jìn)給量也不可能放的太快,進(jìn)步出產(chǎn)功率的首要途徑就是高速切削,這恰恰是一些涂層的強(qiáng)項(xiàng)。一些質(zhì)量過硬的國產(chǎn),歷經(jīng)風(fēng)雨崎嶇,商場占有率有了很大提高,以安穩(wěn)的切削性能贏得用戶的青睞。為了滿意不同職業(yè)的用戶要求,制作商也競相供給的和配套的效勞。與國外品牌相比,國產(chǎn)的蕞大特點(diǎn)是性價比高、有用性墻、效勞周到,代表著同職業(yè)先進(jìn)的切削技能和制作工藝。國產(chǎn)在金屬加工范疇的中小企業(yè)中有著很好的商場和展開空間,越來越多的用戶與當(dāng)?shù)厣陶归_技能交流和項(xiàng)目合作,在新產(chǎn)品開發(fā)和制作進(jìn)程中獲取相關(guān)的計劃與技能支持。
每一種產(chǎn)品都有著自己的加工特征和切削規(guī)律,不選貴的,只選有用的,合適自己的就是蕞好的。在出產(chǎn)條件允許的情況下,廣泛運(yùn)用國產(chǎn),可以節(jié)約很多的費(fèi)用,這些都是工廠的贏利。有些鍛造毛坯和特殊工序,也沒有必要選購高價位的。根據(jù)金屬加工的經(jīng)歷,在新產(chǎn)品試制進(jìn)程中,有70%的損壞都是由于各種外在原因形成的,磨損程度遠(yuǎn)沒有到達(dá)正常的運(yùn)用壽命。將國產(chǎn)刀具的杰出性能和歸納優(yōu)勢,計算成用戶看得見的出產(chǎn)功率和經(jīng)濟(jì)效益,這筆賬算得越清楚,用戶的購買力就越充分,等到用戶承受了自己的切削理念,國產(chǎn)的遍及使用就成功了一半。
國產(chǎn)刀具蕞大的優(yōu)勢是靠近出產(chǎn),經(jīng)濟(jì)適用。上世紀(jì)50年代,技工大師們發(fā)明的群鉆和75°強(qiáng)力車刀,都創(chuàng)造了切削施上的奇跡。國產(chǎn)在規(guī)劃和制作進(jìn)程中,通過學(xué)習(xí)同職業(yè)的先進(jìn)技能,融入工廠的實(shí)踐經(jīng)歷,不斷開發(fā)出適應(yīng)性更強(qiáng)的專用。每一款新產(chǎn)品的上市,都將帶動相關(guān)范疇的切削技能躍上一個新的臺階。正是依靠這種從實(shí)際出發(fā),為用戶效勞的理念,國產(chǎn)在研制進(jìn)程和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中不斷堆集經(jīng)歷,與用戶互利共贏。以、有用的切削技能,推動機(jī)械加工職業(yè)的快速展開。