Из чего сделать цилиндр для поршня (6 видео)

Содержание

Что такое поршень гидроцилиндра, как и из чего его делают?
Конструкция
Заготовки и материалы
Требования
Процесс обработки
Поршень двигателя внутреннего сгорания: технология упрочнения и новейшие достижения
Почему поршень настолько важен?
Методы упрочнения поверхности поршней
Технология ZENTORN: применение стэка технологий
7 шагов по ремонту поршней, которые заставят работать убитый двигатель
В чем заключается ремонт поршней?
Шаг первый
Шаг второй
Шаг третий
Шаг четвертый
Шаг пятый
Тюнинг поршни, из чего делают, какие бывают.
🔥 Видео

Видео:🚘 Как вставить поршень в цилиндр !за 5 сикунд 🚗Скачать

Что такое поршень гидроцилиндра, как и из чего его делают?

Поршень гидроцилиндра – своеобразная опора для давления со стороны рабочей жидкости в приводе. Торцовой поверхностью поршень воспринимает нагрузку, цилиндрическая служит для размещения уплотнений и направляющих элементов.

Видео:не растачивайте цилиндры пока не посмотрите это видео!Скачать

Конструкция

Поршень может быть как цельной деталью, так и сборочной единицей. Это напрямую зависит от метода установки уплотнений. Крупногабаритные сложные уплотнения, которые держат высокие давления и скорости скольжения, невозможно поместить в канавку, растянув вручную или инструментом. Приходится делить поршень на составные части, соединяя их с помощью винтов, по резьбе, по прессовой посадке или затягивать совместно с установкой штока.

Видео:РАСТОЧКА цилиндра своими руками в гараже . шкуркой и дрельюСкачать

Заготовки и материалы

Для изготовления поршней применяют стали марок 45 и 40Х с объемной закалкой до твердости 320..360 НВ . Если наружная цилиндрическая поверхность напрямую контактирует с гильзой гидроцилиндра, то поршень наплавляют бронзой (БрОФ7-02, БрАЖ9-4) или латунью, а также выполняют целиком из антифрикционного чугуна. Некоторые зарубежные производители озвучивают изготовление поршней из стали марки 9SMn28, что приблизительно соответствует отечественной 15Г.

В качестве заготовок используется круглый прокат, штамповка или отливка. Последний вариант актуален только для чугуна и в случаях, когда требуется существенно сэкономить расход материала, поскольку зачастую стальное литье скрывает массу дефектов, и уже в процессе эксплуатации под воздействием давления могут вскрыться раковины и трещины.

Видео:как замерить выработку поршня и цилиндраСкачать

Требования

ГОСТ 6540-68 определяет ряд нормальных значений для диаметров поршня – от 10 до 800 мм (в исключительных случаях до 900 мм). На практике гидроцилиндры с полостью свыше 300 мм встречаются крайне редко.

Рабочая контактная поверхность поршня выполняется с полем допуска f7, а в случае установки направляющих колец – на 0,5 мм меньше диаметра полости. Биение цилиндра относительно отверстия под установку штока должно быть не более 0,03 мм, тогда как точность самого отверстия ограничивается полем допуска H8. Канавки под установку уплотнений и направляющих колец выполняют по h9.

Шероховатость поверхности контакта – не выше Ra 0,8 мкм, что требует применения полировки или иных доводочных операций. Торцы поршня обрабатывают вплоть до Ra 2,5 мкм, канавки – Ra 1,25 мкм.

Видео:Как подобрать поршень под рабочий цилиндрСкачать

Процесс обработки

В процессе производства поршень обтачивается, отверстие под установку штока сверлится и развертывается. После закалки деталь шлифуется до требуемой точности и полируется. Острые края должны быть скруглены или сбиты фасками – задиры и заусенцы на элементах гидроаппаратуры не допускаются, поскольку могут повредить уплотнения при сборке.

Видео:Зачем Это Надо? Как Омеднять Цилиндр Двигателя в Домашних УсловияхСкачать

Поршень двигателя внутреннего сгорания: технология упрочнения и новейшие достижения

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания — крайне сложные системы, в состав которых входит большое количество элементов. Один из них — поршень, наиболее важная и специфическая деталь в современных двигателях. Для того, чтобы выдерживать значительные механические нагрузки и тепловые удары, поршень должен быть одновременно и легким, и прочным.

О задачах, которые приходится решать при конструировании и производстве поршней, а также о современных технологиях их упрочнения рассказывает основатель проекта ZENTORN (компания-резидент Инновационного центра “Сколково”), Дмитрий Лебедев.

Читайте также: Цилиндр задний тормозной газ 2217

Почему поршень настолько важен?

Как и говорилось выше, он должен быть легким и прочным, чтобы выдерживать все расчетные нагрузки. Кроме того, поршень должен обладать одновременно высокой термоциклической стойкостью основных рабочих поверхностей, износостойкостью и низким трением тронковой части при минимально возможном зазоре в цилиндре.

Зачем? Это очень важно для герметизации камеры сгорания топливно-воздушной смеси, с тем, чтобы избежать прорыва газов из камеры сгорания в картер, а также поступления масла в обратном направлении. В идеальном варианте расход масла должен быть минимальным, а детали двигателя должны работать в режиме жидкостного трения.

В большинстве случаев причиной выхода из строя ДВС является износ элементов:

В бензиновом двигателе основные повреждения получает поршень из-за высокой температуры его нагрева и резких перепадов температур. При протекании рабочего процесса происходит снижение предела прочности материала.
В дизельном двигателе износу подвергаются и детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), и камера внутреннего сгорания. Причиной служат переменные напряжения, вызванные воздействием переменного давления газов в цилиндре в течение рабочего цикла.
Низкочастотные колебания температуры поршня, связанные со сменой режимов работы двигателя; высокочастотные циклические термические колебания, обусловленные изменением температуры материала в поверхностном слое камеры сгорания в течение каждого рабочего цикла.

Из-за разрушения элементов проявляются три основные проблемы: падает мощность двигателя, увеличивается расход горючего и смазочных материалов, возрастает объем выбрасываемых вредных газов.

Неслучайно поршень является центром концентрации технических новшеств, которые заложены в конструкцию двигателя. В последние годы автопроизводители идут по пути оптимизации конструкции поршня и уменьшение его массы для снижения инерционности — активнее используют поршни без вставок и пазов. Это объясняется тем, что автомобильные двигатели последнего поколения часто оснащаются алюминиевым блоком цилиндров. Соответственно, поршни понадобилось облегчить без ухудшения их термозащитных, прочностных и других эксплуатационных характеристик.

Кроме того, были разработаны и эффективные методы получения заготовок поршней, включая штамповку (ковку) и «жидкую» штамповку. Все это дало возможность усовершенствовать поршни и технологию их производства.

Методы упрочнения поверхности поршней

Существует ряд методов, один из них — технология электрического осаждения на поверхности металлов электрохимических покрытий с применением различных композиций. Метод осаждения состоит в следующем: из раствора электролита на поверхность днища поршня осаждаются неметаллические включения (бориды, сульфиды, карбиды, оксиды и т.д). Благодаря атомарному воздействию на поверхностные слои алюминия, прочностные характеристики полученного пленочного покрытия превышает твердость основного металла, что повышает термостойкость и прочностные характеристики.

Перспективным методом упрочнения является микродуговое оксидирование (МДО). Он заключается в формировании в поверхностных слоях группы вентильных металлов керамических покрытий с уникальным комплексом свойств, значительно превосходящих по своим термоизоляционным и прочностным характеристикам основной металл. Отличительной особенностью процесса в появлении на границе металл-электролит микроплазменных разрядов – плазмохимическом и термическом воздействии.

Технология ZENTORN: применение стэка технологий

Когда резервы свойств материалов практически исчерпаны, а эксплуатационные потребности в увеличении литровой мощности и нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы неуклонно растут, возникает необходимость решения комплексной задачи: повышения эксплуатационных характеристик без изменений конструкции двигателя.

Результатом решения технической задачи группой разработчиков технологии «ZENTORN» является модель поршневого ДВС со штампованным поршнем с нирезистовой вставкой и двухслойным термобарьерным керамическим покрытием.

Был применен стэк технологий:

Метод микродугового оксидирования за счет поверхностного упрочнения сплавов, который позволил достичь увеличения термоциклической стойкости и обеспечить тепловую динамическую защиту камеры сгорания ДВС (дна поршня и сферы головки цилиндра).
Для уменьшения износа канавки первого компрессионного кольца при помощи изотермической штамповки и порошковой металлургии была изготовлена вставки из чугуна (нирезиста), что уменьшило износ в паре трения: поршень-компрессионное кольцо. Получаемые заготовки характеризуются повышенными механическими свойствами, хорошей проработкой микроструктуры и минимальными припусками.

Читайте также: Метод двух цилиндров это

Технический эффект от использования разработки:

повышение температуры в камере сгорания;
увеличение полноты сгорания топлива;
снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду (достигнута конверсия углеводородов до 40% для бензиновых двигателей);
уменьшение тепловой нагрузки на систему охлаждения и другие детали двигателя (предельная термостойкость модификационного слоя составляет до 490 С в рабочем режиме, тепловой удар — до 2600 С, теплоизоляция материала подложки — до 1 Вт*К/М);
увеличение КПД ДВС /возможно увеличение до 20% в форсированном режиме;
повышение надежности, износостойкого и эффективности работы штампованных поршней ДВС, твердость модификационного слоя составляет— до 2500 HV по Викерсу;
снижение общего веса и инерционности двигателя, по сравнению с двигателями со стальными и составными поршнями.

Эффективность технологии была проверена на серийном шестицилиндровом дизельном двигателе. Также были подтверждены улучшенные технико-эксплуатационные характеристики. На испытаниях двигатель форсировали до максимального давления рабочего процесса (до 170 кгс/см²). Это позволило получить прирост мощности двигателя 21% в сравнении с базовым (540 л.с.) без снижения степени сжатия. При этом двигатель остался в работоспособном состоянии.

Видео:Замена поршня тормозного цилиндра своими рукамиСкачать

7 шагов по ремонту поршней, которые заставят работать убитый двигатель

Цилиндро-поршневая группа ДВС работает под воздействием высоких температур и повышенных нагрузок. Подобные условия эксплуатации приводят к износу и задирам на рабочих поверхностях деталей. В итоге автовладельцы нередко сталкиваются с необходимостью ремонта поршней и других компонентов.

Поршни в процессе эксплуатации могут приобретать следующие дефекты:

Износ отверстий в бобышках
Износ канавок для поршневых колец
Износ по диаметру
Трещины и задиры на стенках
Нагар на днище и в канавках под кольцами

В большинстве случаев поршни можно отремонтировать, кроме тех, которые имеют трещины, глубокие царапины и большой износ по диаметру. Такие детали ремонту не подлежат и их следует заменить. Ниже рассмотрим основные действия при ремонте поршней.

Видео:СВОИМИ РУКАМИ: Хонинговка цилиндраСкачать

В чем заключается ремонт поршней?

Шаг первый

Ремонтные работы начинаются с определения наличия трещин в поршне. Делается это на слух. Деталь берется за головку а по юбке наносятся легкие удары металлическим предметом. Если звук глухой и дребезжащий, то это свидетельствует о наличии трещин.

Шаг второй

Далее следует очистка поверхностей. С днища нагар удаляется при помощи тупого металлического скребка или металлической щеткой. Предварительно загрязнение нужно смочить в керосине. Из канавок нагар удаляется при помощи специального приспособления.

Шаг третий

Изношенные канавки можно проточить на токарном станке. Это позволит установить кольца с увеличенным размером по высоте. Канавки протачивать необходимо, учитывая установленные ремонтные размеры поршневых колец.

Шаг четвертый

Износ отверстий в бобышках можно устранить при помощи развертывания их под увеличенный диаметр. Делается это при помощи развертки с направляющим хвостовиком. Нельзя использовать короткие инструменты, так как они легко нарушают перпендикулярность оси пальца с осью поршня. Именно поэтому после этой операции необходимо произвести проверку перпендикулярности на специальном устройстве.

Делается это следующим образом. Поршень надевается на палец устройства и придвигается вплотную к стойке. Штифт индикатора, который закреплен на стойке, должен соприкасаться с поршнем. Стрелка индикатора покажет определенное отклонение. Зафиксировав ее показания поршень снимается и надевается на палец другой стороной. Разница в измерениях не должна превышать 0,05 мм. Если она больше, то поршень забраковывается.

Читайте также: Задний тормозной цилиндр газель диаметр

Шаг пятый

Изношенные поршневые кольца меняются на новые. Их ремонтный размер должен соответствовать ремонтному размеру цилиндра и поршня. Новое кольцо подбирается по поршню и цилиндру.

Видео:Зачем на стенках цилиндров нового двигателя наносят царапины. Хонингование, что этоСкачать

Тюнинг поршни, из чего делают, какие бывают.

Поршни должны противостоять очень высокой температуре и высокому давлению на протяжении всех четырех тактов. Поршни испытывают высокие нагрузки, особенно в форсированных и гоночных двигателях. Двигателя с турбо надувом, механическими нагнетателями или впрыском закиси азота, более требовательны к прочности поршня. Добавьте к этому возможность взрыва, и Вы спрашиваете слишком много от этих слизняков. При высокой форсировке двигателя, где поставлена задача добиться максимума мощности использование литых поршней недостаточно. Все детали поршня показаны на рисунке ниже.

На примере поршень дизельного двигателя.

Производство поршней

Обычно OEM поршни изготавливают из эвтектического сплава, обеспечивающего точность литья, и имеют состав с высоким содержанием диоксида кремния. Такие поршни гораздо прочнее и стабильнее, чем обычные литые и их применение возможно до примерно 400 лошадиных сил.

Кованные поршни имеют более сложную технологию производства, но и обладают лучшими характеристиками. На первой стадии кусок горячего сплава алюминия подвергают ковке, а затем проводится механическая обработка для придания формы. Заготовка поршня попадает на станок ЧПУ, после чего получается высокоточная деталь. Кованные поршни стоят дороже в основном из-за большого количества отходов и обработки на ЧПУ станке.

Эти макеты показывают толщину металла поршня для турбо надуву (слева) и для впрыска закиси азота (справа)

Постройка двигателя, рассчитанного на высокую степень сжатия или использование надува подразумевает использование кованных поршней, способных лучше противостоять высоким температурам и повышенному давлению.

Вертикальные газовые отверстия

Эти небольшие, вертикальные дыры в донышке поршня по всему периметру позволяют давлению при сгорании топливной смеси проникать за первое компрессионное кольцо. Это увеличивает герметичность камеры сгорания но и повышает износ кольца (давление сильно прижимает кольцо к стенкам цилиндра). Во время работы, кроме рабочего хода, первое компрессионное кольцо подвергается обычному давлению, как в обычном поршне и соответственно меньшую силу трения, собственно в этих режимах нет необходимости сильно прижимать кольцо к цилиндру.

Такие схемы поршней часто применяются в драг рейсинге.

Вертикальные отверстия благодаря давлению в режиме рабочего хода, позволяют прижимать верхнее компрессионное кольцо к цилиндру, чтобы обеспечить лучшую герметичность.

Боковые газовые отверстия в канавках колец

Эти очень мелкие углубления, сделанные в верхней части канавки верхнего поршневого кольца по всей окружности поршня, что позволяет прижимать кольцо газами к нижней плоскости канавки поршневого кольца и увеличить тем самым герметичность.

Этот тип часто используется в кольцевых гонках.

Мелкие канавки от верхнего кольца до кромки дна поршня-жаровой пояс.

Крупно выполненные канавки, некоторые делают едва заметный жаровой пояс.

Некоторые поршни имеют серию узких канавок, нанесенных вокруг поршня между первым компрессионным кольцом и кромкой дна поршня. Эти углубления сделаны для уменьшения контактирующей площади с цилиндром, когда поршень находится в верхней или нижней мертвой точке. Так же эти канавки служат для гашения пламени на подходе к кольцу

Компенсационная канавка

Компенсационная канавка выполняется на перемычке между компрессионными кольцами. Это углубление создает дополнительный объем для прорвавшихся газов через первое кольцо тем самым уменьшая давление между кольцами и это обеспечивает меньшее колебание первого кольца, оно лучше удерживается на дне своей канавки сохраняя герметичность камеры сгорания.

Так же посмотрите следующие материалы конструктивные особенности Типы поршней