Поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания: материал, технические требования, заготовки

Поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания предот­вращают утечку газов из камеры сгорания в картер через зазор между поршнем и гильзой, обеспечивают необходимое сжатие воздуха в цилиндре, отводят тепло от поршня, уст­раняют попадание масла в камеру сгорания. Они должны хорошо прилегать к стенкам цилиндра, сохранять упругие свойства при нагревании и об­ладать хорошими антифрик­ционными свойствами и изно­состойкостью.

Поршневые кольца делят на компрессионные и маслосъемные.

Материал, технические требования, заготовки

Кольца изготовляют из мелкозернистого серого леги­рованного и природнолегированного чугуна марки СЧ 21-40 с содержанием фосфора 0,3-0,6%. Применяются также кольца из высокопрочного чу­гуна, низколегированной ста­ли (Х12М, 65Г, У8А и др.), а также металлокерамические и металлографитовые  кольца, изготовленные из железного порошка с гра­фитом и медью, и кольца со вставками из мягких анти­фрикционных материалов. Для ускорения приработки колец их наружную  поверхность подвергают свинцеванию, лужению, железнению, оксидирова­нию или фосфатированию. Наиболее распространенные конст­рукции поршневых колец приведены на рисунке 5.1. /4/, /12/.

Рисунок 5.1 – Конструкции поршневых колец и замков:

а – кольца;  б – замки;    D – диаметр кольца;  h – высота;  к – размер замка в сжатом   состоянии; к₀  –  размер  замка в свободном состоянии

Требования, предъявляемые к поршневым кольцам, оговоре­ны ГОСТом 621-87. Основные требования, которым должны удовлетворять поршневые кольца, следующие:

- твердость HRB для колец диаметром до 150 мм должна быть равна 96-107, а для колец диаметром более 150 мм 92-105;

- наружная цилиндрическая поверхность верхнего компрес­сионного кольца четырехтактных   дизелей с диаметром менее 200 мм, работающего в наи­более напряженных условиях, с целью улучшения условий смазки и повышения износо­стойкости должна быть по­крыта пористым хромом;

- колебания радиальной толщины   в   одном   кольце не должны превышать 0,1 мм при диаметре   до   150   мм,   0,2 мм при   диаметре свыше  150 мм;

- чистота   обработки   тор­цовых    поверхностей    должна быть    не   ниже   8-го    класса, а   наружной   поверхности   ци­линдрического кольца   не   ни­же 6-го класса, для колец фор­сированных быстроходных дизелей повышаются на один класс;

- радиальный зазор (просвет) между кольцом и контроль­ным калибром допускается на дуге 45° не более чем в двух ме­стах в пределах 0,03 мм для колец диаметром до 150 мм и 0,05 мм для колец большего диаметра;

- коробление торцовых поверхностей для колец диаметром до 150 мм не должно превышать 0,03 мм, от 150 до 400 мм 0,05 мм и диаметром более 400 мм 0,07 мм. Оно проверяется пропуска­нием колец под действием силы тяжести между двумя полиро­ванными стальными плитами, скрепленными на заданном рас­стоянии, а крупных колец – на контрольной плите щупом;

- кольцо по высоте выполняется по 2 или 3-му классу точ­ности;

Зазор в замке и упругость колец проверяют при сжатии их силами, перпендикулярными к диаметральной линии, проходя­щей через замок, до получения в замке зазора который указывают в чертеже. Упругость колец проверяют двумя способами: сжатием кольца между двумя плоскостями  или сжатием кольца упругой лентой. Приборы и автоматы для проверки колец построены по принципу пружинных весов.

Заготовки колец отливают в виде барабанов (маслот) на несколько колец, а также в виде индивидуальной заготовки на одно кольцо, которая имеет овальную форму, соответствующую форме кольца в свободном состоянии. Заготовки отливают с не­большими припусками на обработку. Индивидуальные отливаются земляные формы. Маслотные отливаются центробежных машинах.

Рассмотрим основные технологии производства поршневых колец.

Изготовление колец из маслот с вырезкой замка.

Метод изготовления колец из маслот с вырезкой замка при­меняется в мелкосерийном производстве. Этим методом изготов­ляют кольца больших размеров. Заготовкой для колец служит чугунный барабан  (маслота). /12/

Схема технологического процесса обработки таких колец при­ведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Схема технологического процесса обработки колец из маслот с вырезкой замка