CC BY
57ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ
Замира Медатовна Косимова Мухаммадали Муроджон ртли Акрамов
Ферганский политехнический институт
АННОТАЦИЯ
В статье анализируются материалы, из которых изготовлены поршни, способы подготовки, маршрут обработки, чистота их поверхностей, долговечность.
Ключевые слова: заготовка, отливка, ковка, пруток, кокиль, литейное производство, поверхности, поршень, головка, юбка, тип производства.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF PISTON MANUFACTURING
ABSTRACT.
This article analyzes the materials used in the manufacture of pistons, methods of preparation, the route of machining and their surface cleanliness, durability.
Keywords: billet, casting, forging, rod, chill mold, foundry, surfaces, piston, head, skirt, type of production.
ВВЕДЕНИЕ.
Поршень двигателя внутреннего сгорания одна из самых сложных и ответственных (нагруженных) деталей. Инерционные силы, возникающие в кривошипно-шатунном механизме при работе двигателя, увеличивают механические потери, снижают мощность, ресурс и максимальные обороты двигателя. По этой причине поршни современных высокооборотных двигателей изготавливаются из алюминиевых сплавов. Твердость алюминиевого сплава после литья и закалки находится в пределах 85...95 единиц по шкале Бринеля, для форсированных бензиновых двигателей или для дизелей этого недостаточно. Твердость кованых поршней, изготовленных из предварительно деформированных высококремнистых алюминиевых материалов АК4, АК12Д,
(содержание кремния 10.. .12%), АК18Д (содержание кремния 17____19%)
находится в пределах 115____135 единиц, а из гранулированного сплава 1379П
доходит до 160 единиц по шкале Бринеля.
В процессе эксплуатации поверхность направляющей части поршня (юбки) должна иметь пятно контакта с поверхностью цилиндра и между указанными поверхностями должна сохраняться необходимая величина диаметрального зазора. Уменьшение пятна контакта приводит к повышенному износу поршня, а уменьшение зазора - к прихватыванию последнего и заклиниванию мотора. Под
воздействием сгорающей (в камере сгорания) рабочей смеси поршень нагревается и расширяется. Расширение происходит неравномерно, так как металл в конструкции поршня распределен неодинаково. Кроме нагрева поршень подвергается давлению газов, воздействию сил инерции и, как следствие, деформируется. Для обеспечения заданного пятна контакта и создания масляного клина в месте контакта с поверхностью цилиндра поршню придают овальную форму в поперечном сечении и бочкообразную в продольном направлении. Подбор параметров овально-бочкообразного профиля выполняется для каждой модели поршня с учетом того, что при нагреве в двигателе он должен приближаться в поперечном сечении к окружности, а в продольном - к дуге с большим радиусом кривизны.
Самые ответственные поверхности поршня - отверстие под палец, нижняя часть (юбка) и канавки под компрессионные и маслосъемные кольца. На упомянутые поверхности задается высокая точность взаимного расположения наружной и внутренней поверхностей, точность формы и размеров, соответствующие 6-8 квалитетам при высоте микронеровностей поверхности до Ra 0,32 мкм. Для уменьшения трения скольжения на наружной поверхности юбки поршня задается микропрофиль в виде ломаной линии с шагом излома 0,34 мм и углом излома 10°. Существует несколько технологий изготовления заготовок поршней для двигателейвнутреннего сгорания: литье в кокиль, литье под давлением, жидкая штамповка (разновидность литья под давлением), изотермическая штамповка. При изотермической штамповке исходный материал не расплавляют, а предварительно нагревают его до состояния пластической деформации и штампуют на гидравлическом прессе в специальной оснастке.
Поршень, как отливка, относится к литым заготовкам повышенной ответственности и соответственно высокой сложности. Наличие большой разницы в толщине стенок, значительных по объему тепловых узлов, применение в конструкции вставок из нирезиста, оформление кольцевых каналов для масляного охлаждения и т. п. выдвигает перед технологией литья ряд требований, как по металлургической подготовке расплава, так и по заполнению формы (кокиля), параметрам кристаллизации.
A-A Б-Б
Рис. 1. Основные элементы поршня: 1 - головка; 2 - юбка; 3 - днище; 4 - жаровой (огневой) пояс; 5 - уплотняющие пояса; 6 - бобышки с отверстиями для поршневых пальцев
Метод самозаполнения, который успешно используется для получения фасонных отливок, позволяет обеспечить регулируемое заполнение формы расплавом с установленным расходом. Известно, что при реализации метода самозаполнения напор является величиной непостоянной (регулируемой) -функцией угла поворота кокиля (ф) и в общем виде описывается формулой:
Н= f (ф) (1)
В свою очередь угол поворота кокиля (ф) также переменная величина и представляет собой функцию времени (t):
(ф) =f (t) (2) Из этого следует, что фактически напор (Н)является функцией времени (t):
H=f(t) (3)
Таким образом, при самозаполнении (согласно формулам ((1) - (3)) возможно управление напором при заливке путем осуществления поворота кокиля с управляемой скоростью по режиму, который определяется требованиями геометрии отливки.
Одновременно с этим возникает возможность автоматизировать предварительно отработанный режим заполнения кокиля расплавом, полностью исключив человеческий фактор из процесса и заметно стабилизировав качество литья.
Качество получаемой в кокиле отливки в значительной степени зависит от скорости его заполнения металлом, которая, в свою очередь, определяется параметрами литниковой системы: площадью сечения стояка и питателей и местом подвода питателей.
Применительно к получению отливок поршней с нирезистовой вставкой и каналом для масляного охлаждения важно обеспечить два обязательных условия получения качественной отливки: сваривание нирезистовой вставки с основным материалом отливки и отсутствие литейных дефектов в материале отливки (пористость, усадочные дефекты, неметаллические включения и т.п.).
Заполнение кокиля в стационарном положении при литье поршней не всегда позволяет обеспечить в полной мере все необходимые условия заполнения рабочей полости расплавом, кристаллизации отливки (различных ее зон), сваривание нирезистовой вставки с основным материалов отливки. В связи с этим применение метода самозаполнения позволяет более гибко управлять всеми названными выше процессами и обеспечить получение отливок требуемого качества.
При небольшой массе отливки поршня, целесообразно вести заполнение кокиля не через чашу, встроенную в конструкцию кокиля, а с использованием заливочного приспособления (например, ковша) непосредственно в литниковую чашу кокиля, который в это время наклоняется, т.е. в данном случае вариант самозаполнения совмещен с традиционной заливкой.
Высокие требования к технологии литья поршней, включая необходимость регулируемого охлаждения различных зон кокиля по заданной программе, а также жесткие условия работы кокилей, формообразующие их части целесообразно изготавливать из сталей типа 40Х, 4Х5МСФ и др. В этом случае рационально заготовки формообразующих частей получать методом литья. С целью обеспечения максимальной эффективности целесообразно использовать современные технологии получения литейной модельной оснастки.
Заготовки для штамповки нарезают из предварительно деформированного прутка, имеющего необходимый химический состав. Материал для него вначале отливается методомполу непрерывного литья в столб диаметром 400 миллиметров, затем, удаляя поверхностные дефекты литья, механической обработкой обдирают до диаметра 350 мм и прессуют до диаметра 80 мм.
После предварительного нагрева в печи до температуры штамповки (495° С) мерные заготовки помещают в матрицу и деформируют пуансоном. Далее штампованные заготовки поршней, проходят необходимую термическую обработку - закалку (выдержкавпечи 8 часов при температуре 495° С и охлаждение в воде) и искусственное старение (выдержка в печи 10 часов при температуре 180.. ,.200°С).
При механической обработке поршня заданные технологические требования выдерживаются при совмещении технологической базы с конструкторской базой (осью поршня). Ось, как технологическая база, реализована введением в конструкцию поршня двух внутренних конических
поверхностей, одна из которых расположена на поверхности головки, а другая -около открытого торца юбки. Эти конические поверхности формируются на одной технологической операции (за один установ), сохраняются на протяжении всего технологического процесса и используются при механической обработке наиболее точных наружных поверхностей поршня. Таким образом, реализуется принцип постоянства баз как на этапе изготовления поршня, так и при контроле точности взаимного расположения (соосность головки и юбки, перпендикулярность торца головки и торцов канавок под поршневые кольца к оси поршня и другие) и точности формы поверхностей (профили поперечных и продольных сечений головки и юбки).
Высокий процент кремния в металле предопределяет использование твердосплавного инструмента, как универсального, так и специально спроектированного для отдельных операций.
Технологический процесс, разработанный для условий мелкосерийного производства, реализуется на универсальных и специализированных металлорежущих станках. Процесс обеспечения заданной точности начинается с самой первой операции - обдирки, от которой зависит равномерность толщины стенок юбки и головки. Затем обрабатываются конические поверхности, с помощью которых реализуется ось поршня как теоретическая технологическая база. Далее следуют операции по формированию всех поверхностей, предусмотренных конструкцией поршня.
Наиболее ответственные операции - формирование овально-бочкообразного профиля и чистовая расточка отверстия под палец - выполняются в самом конце технологического процесса. Эти операции осуществляются на высокоточных станках, со шпинделями, установленными на гидростатических опорах. Финишная обработка выполняется инструментами, оснащенными композиционными материалами. Все это позволяет выдержать высокие требования точности формы и размеров указанных поверхностей, согласно чертежу детали.
Овально-бочкообразный профиль поршня можно воспроизводить и на станках с числовым программным управлением.
REFERENCES
1. Nodir T. et al. Development Of Technology To Increase Resistance Of High Chromium Cast Iron //The American Journal of Engineering and Technology. - 2021. -Т. 3. - №. 03. - С. 85-92.
2. Turakhodjaev N. et al. EFFECT OF METAL CRYSTALLATION PERIOD ON PRODUCT QUALITY //Theoretical & Applied Science. - 2020. - №. 11. - С. 23-31.
3. SHIRINKHON T., AZIZAKHON T., NOSIR S. Methods For Reducing Metal Oxidation When Melting Aluminum Alloys //International Journal of Innovations in Engineering Research and Technology. - 2020. - Т. 7. - №. 10. - С. 77-82.
4. Тураходжаев Н. Д. и др. ОК ЧУЯННИНГ БАРКАРОР СТРУКТУРАСИНИ ТАЪМИНЛАЙДИГАН ТЕХНОЛОГИЯ ИШЛАБ ЧЩИШ ВА УНИ ИШЛАБ ЧИКАРИШ ШАРОИТИДА ЖОРИЙ КИЛИШ //Journal of Advances in Engineering Technology. - 2020. - №. 1.
5. Nomanjonov S. et al. STAMP DESIGN //Экономика и социум. - 2019. - №. 12. -С. 101-104.
6. Тешабоев А. Э. и др. Машинасозликда юза тозалигини назоратини автоматлаш //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 5.
7. Рубидинов Ш. F. У. Бикрлиги паст валларга совук ишлов бериш усули //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 413-417.
8. Юсупов С. М. и др. КОМПАЗИЦИОН МАТЕРИАЛЛАРНИ БОРЛАШ //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 4.
9. Тураев Т. Т., Батиров Я. А., Тожиев Б. А. У. Модернизация процесса волочения проволочного изделия //Universum: технические науки. - 2019. - №. 3 (60).
10. Тожиев Б. A. У. РАНГЛИ МЕТАЛ СИМЛАРИНИ ЧУЗИШ ЖАРАЁНИДА Х,ОСИЛ БУЛУВЧИ ТОРТИШ КУЧЛАРИНИ АНИКЛАШ УСУЛЛАРИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 416-422.
11. Qosimova Z. M. Influence of The Design of The Rolling Roller on The Quality of The Surface Layer During Plastic Deformation on the Workpiece. - 2021.
12. Fayzimatov S., Rubidinov S. DETERMINATION OF THE BENDING STIFFNESS OF THIN-WALLED SHAFTS BY THE EXPERIMENTAL METHODOLOGICAL METHOD DUE TO THE FORMATION OF INTERNAL STRESSES //International Engineering Journal For Research & Development. - 2021. -Т. 6. - №. 2. - С. 5-5.
13. Юсуфжонов О. F., Fайратов Ж. F. ШТАМПЛАШ ЖАРАЁНИДА ИШЧИ ЮЗАЛАРНИ ЕЙИЛИШГА БАРДОШЛИЛИГИНИ ОШИРИШДА МОЙЛАШНИ АХДМИЯТИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 962-966.
14. Рубидинов Ш. F. У., Акбаров К. И. У. МАШИНАСОЗЛИКДА СОЧИЛУВЧАН МАТЕРИАЛЛАРНИ ТАШИШДА ТРАНСПОРТЕР ТИЗИМЛАРИНИНГ АХДМИЯТИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 2. - С. 182-187.
15. Рубидинов Ш. F. У., Fайратов Ж. F. У. ШТАМПЛАРНИ ТАЪМИРЛАШДА ЗАМОНАВИЙ ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМЛАШ УСУЛИДАН ФОЙДАЛАНИШ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 469-473.
16. Юлчиева С. Б. и др. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРФИРИТОВЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ //Universum: технические науки. - 2021. - №. 8-1 (89). - С. 90-94.
17. Косимова З. М. и др. Повышение эффективности средств измерения при помощи расчетно-аналитического метода измерительной системы //Science and Education. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 435-440.
18. Medatovna K. Z., Igorevich D. D. Welding Equipment Modernization //International Journal of Human Computing Studies. - 2021. - Т. 3. - №. 3. - С. 10-13.
19. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Джемилов Д. И. Повышение производительности станков с числовым программным управлением в машиностроении //Science and Education. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 454-458.
20. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Собиров С. С. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD-CAM ПРОГРАММ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 574-578.
21. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Гильванов Р. Р. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 918-923.
22. Akramov, Maksadjon Muxtarovich. "METALLARNI KORROZIYALANISHI VA ULARNI OLDINI OLISH SAMARODORLIGI." Scientific progress 2.2 (2021): 670-675.
23. Рубидинов, Шохрух Гайратжон Угли. "Бикрлиги паст валларга совук ишлов бериш усули." Scientific progress 1.6 (2021): 413-417.
24. Тешабоев, Анвар Эргашeвич, et al. "Машинасозликда юза тозалигини назоратини автоматлаш." Scientific progress 1.5 (2021).
25. Nomanjonov, S., et al. "STAMP DESIGN." Экономика и социум 12 (2019): 101-104.
26. Отакулов, Ойбек Хамдамович, and Расул Каримович Таджибоев. "КОМПРЕССОР ВАЛЛАРИДАГИ САЛБИЙ ТИТРАШЛАРНИ БАРТАРАФ ЭТИШДА КИМЁВИЙ ТЕРМИК ИШЛОВ БЕРИБ ЦЕМЕНТИТЛАШ ЖАРАЁНИНИНГ МЕТОДОЛОГИЯСИ ВА АФЗАЛЛИКЛАРИ." МОЛОДОЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ: ВЫЗОВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ. 2020.
27. Файзиматов Ш. Н., Маткаримов Б. Б. У. Автоматизация назначения режимов обработки и интегрирование конструктивных параметров комбинированного импульсно-ударного центробежного раскатника с системой Компас 3D //Academy. - 2016. - №. 7 (10).
28. Omonov A. A. O. G. L. HAVO YOSTIQLI KONVEYERLARNING FIK NI OSHIRISH //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 967-971.
29. O'Lmasov Ahadjon Akramjon O. G. et al. New approaches in the diagnosis and monitoring of rotor oscillations using shaft sensors //Science and Education. - 2020. -T. 1. - №. 1. - C. 158-166.
30. Xametov Z., Abdubannopov A., Botirov B. YUK AVTOMOBILLARINI ISHLATISHDA ULARDAN FOYDALANISH SAMARADORLIGINI BAHOLASH //Scientific progress. - 2021. - T. 2. - №. 2. - C. 262-270.
