Новости рынка

:   ГлавнаяТехнологииМашиностроениеТехнология производства поршневых колец

Ссылки:

Поиск по сайту

Каталог



Технология производства поршневых колец

14.07.11 16:30
Печать PDF

  Назначение, условия работы, конструктивные осо­бенности. К сопряжению поршень—цилиндр предъявляются два противоречащих друг другу требования: с одной стороны, для обеспечения подвижности между ними должен быть зазор; с другой стороны, для предотвращения утечек газа из полости нагнетания зазора быть не должно. Это противоречие конструктивно разре­шается введением поршневых колец, являющихся промежуточ­ными деталями между поршнем и цилиндром.

  Поршневые кольца обеспечивают уплотнение сопряжения поршня с цилиндром, сохраняя в то же время их подвижность. Происходит это благодаря плотному прилеганию колец к зеркалу цилиндра, малым зазорам между кольцами и стенками канавок поршня и лабиринтному действию набора колец. На один поршень обычно ставят несколько колец.

  По своему назначению поршневые кольца делят на уплотняю­щие (компрессионные, рис. 1, а) и маслосъемные (рис. 1, б).
  Типы, основные параметры и размеры поршневых колец регла­ментированы ГОСТ 9515—81 «Кольца поршневые металлические поршневых компрессоров»


 

 

Рис. 1. Поршневые кольца:

а — в рабочем состоянии (в ци­линдре); 6 — в свободном состоя­нии (вне цилиндра)

Уплотняющие кольца не пол­ностью замыкают каналы для пре­дотвращения утечек газа из полости нагнетания. Утечки происходят че­рез замки, зазоры между зеркалом цилиндра и кольцами при несовпа­дении форм их сопрягаемых поверх­ностей, через зазоры между кольцами и стенками канавок поршня. Однако утечки по этим каналам в любом случае значительно меньше тех, которые были бы при от­сутствии поршневых колец.

Кроме того, принимают меры для уменьшения этих утечек. Так, ширину замка делают минимальной, такой, чтобы концы кольца не упирались друг в друга при его тепловом расширении.

   При сборке компрессора кольца собирают так, чтобы замки соседних колец не располагались в одну линию, а были смещены на 180°. Первоначальные зазоры между зеркалом цилиндра и кольцами получаются настолько малыми, насколько позволяет точность формы сопрягаемых поверхностей при обработке.

В дальнейшем в первые часы обкатки компрессора зазоры исче­зают в результате приработки колец к зеркалу цилиндра.

  Поршневые кольца компрессоров имеют в рабочем состоянии одинаковую цилиндрическую форму и различаются по конструкции замков, которые бывают прямые и косые, разрезанные под углом 45° с левым и правым наклоном (см. рис. 1, а).

  Кольца в зависимости от их диаметра можно разбить на четыре технологические группы, со следующими параметрами шерохо­ватости торцовых поверхностей (ГОСТ 2789—73):

До 200 мм . . .         Ra  0,63 мкм

200— 500 мм          Ra 1,00 мкм

500—900 мм           Ra 1,25 мкм

Свыше 900 мм       Ra 2,5 мкм

  На отечественных компрессоростроительных заводах поршне­вые кольца с косым замком применяют для поршней диаметром до 200 мм. Однако в последнее время, по аналогии с кольцами для автотракторных двигателей, замки в кольцах компрессоров стали делать не косыми, а прямыми. Такой замок технологичнее, а раз­ница в утечке газа незначительна.

  Материал и способы получения заготовок. Поршневые кольца изготовляют из серого чугуна СЧ 18, СЧ 24, СЧ 21, имеющего высокие механические свойства, хорошую упругость и износо­стойкость. Кольца диаметром до 200 мм изготовляют из чугуна СЧ 24, а диаметром более 200 мм — из чугуна СЧ 21. Применяют также легированный чугун с пластинчатым графитом или высоко­прочный чугун с шаровидным графитом.

  Отливки заготовок поршневых колец (маслоты), изготовляе­мых небольшими сериями, представляют собой пустотелые ци­линдры с буртиком на одном конце, который предотвращает иска­жение формы заготовки при ее закреплении в приспособлениях для механической обработки.  Форма и размеры маслоты таковы, что ее целесообразно получать центробежной отливкой. Припуск по наружному и внутреннему диаметрам от 10 до 12 мм.

  К качеству маслот ввиду сложных условий работы поршневых колец предъявляются более высокие требования, чем к боль­шинству других отливок из чугуна аналогичных марок. Маслоты изготовляют из высококачественного перлитного чугуна. Его
микроструктура должна представлять собой мелкопластинчатый перлит с равномерно распределенным графитом, отдельными мел­кими, равномерно распределенными включениями фосфидной эвтектики.

  Структурно-свободный цементит не допускается. Феррит до­пускается в виде отдельных мелких включений на площади не более 5 % от площади шлифа. В крупносерийном производстве заготовки поршневых колец получают в виде индивидуальной отливки каждого кольца в многоместных формах.

  Заготовки для поршневых колец отливаются с припуском 4— 10 мм на наружный и внутренний диаметры. Для поршневых колец диаметром до 50 мм заготовки отливаются в виде сплошных бол­ванок без отверстия.

  В последнее время для унифицированных поршневых ком­прессоров типа П применяют поршневые кольца из композицион­ных материалов, состоящих из фторопластового связующего, наполненного графитом. Заготовки получают прессованием.

  Применение композиционных материалов позволяет снизить трудоемкость изготовления поршневых колец в 20 раз, себестои­мость — в 2 раза; увеличить срок службы гильзы; уменьшить трудоемкость ремонта.

  Изготовление поршневых колец. Основные поверхности и ана­лиз технологичности конструкций. Поршневое кольцо первой технологической группы показано на рис. 2.



 

Рис.2. Поршневое кольцо


  Основными поверхностями поршневого кольца являются на­ружная цилиндрическая поверхность кольца  и его тор­цовые поверхности. Несмотря на относительную простоту формы поршневого кольца, его изготовление представляет большие труд­ности. Это объясняется высокими требованиями к точности раз­
меров, формы и взаимного расположения поверхностей, а также нежесткостью конструкции кольца.

Анализ технических требований. Точность размеров на основ­ные поверхности выдерживается по квалитету 7. Параметр шеро­ховатости наружной цилиндрической поверхности Ra — 2,5 мкм. При такой шероховатости поверхности кольцо хорошо прираба­тывается к зеркалу цилиндра и зазоры между ними быстро лик­видируются. В связи с этим не рекомендуется обрабатывать эту поверхность кольца шлифованием, так как ухудшаются условия приработки.

Высокая точность расстояния между торцами объясняется стремлением улучшить условия уплотнения поршня.

  Параметр шероховатости торцовых поверхностей кольца Ra  = 0,63 мкм. Такая шероховатость обеспечивает легкое переме­щение колец в канавках поршня, а также предотвращает износ торцов колец и стенок канавок. Такой износ особенно нежела­телен.

  Из требований к точности формы наиболее важным является соблюдение геометрической формы наружной поверхности кольца. Допускается радиальный зазор (просвет) между кольцом и ка­либром на дуге 36° не более чем в двух местах 0,03 мм.

  Торцовые поверхности колец должны быть плоскими и парал­лельными. Допуск параллельности торцовых плоскостей в пре­делах отклонений, установленных на высоту кольца. Для кольца, показанного на рис. 105, отклонение от параллельности торцов кольца в свободном состоянии не должно превышать 0,08 мм.

  Наружные кромки колец должны быть острыми или притуп­лены путем снятия фаски не более 0,3 мм для колец диаметром до 500 мм и не более 0,6 мм — диаметром свыше 500 мм.

Важнейшим показателем, обязательно указываемым в тех­нических условиях на поршневые кольца, является сила, под действием которой кольцо сжимается так, что ширина замка ста­новится равной ширине, указанной на чертеже для рабочего со­стояния. Величина этой силы характеризует первоначальное дав­ление кольца на зеркало. Для данного кольца она составляет 55—100 Н. Большое различие предельных значений этой вели­чины объясняется существенным -влиянием на нее таких пере­менных величин, как модуль упругости материала (£, Н/м2), ширина замка свободного кольца (А, м) и радиальная толщина кольца (S, м), связанных зависимостью

 

 

где рк — давление кольца на зеркало цилиндра, Н/м2; rн — на­ружный радиус поршня, мм; rср — средний радиус кольца в ци­линдре, м.


  Определенные требования предъявляются к твердости мате­риала. Твердость различных участков кольца не должна отли- 178 чаться более чем на 4 единицы твердости HRB или 25 единиц твердости ИВ. Проверке твердости, структуры и остаточной де­формации должно подвергаться 10 % готовых колец, но не менее 5 шт. от партии уплотнительных колец и 2 % колец, но не менее 3 шт. от партии маслосъемных колец (ГОСТ 9515—81).

  Трещины, раковины, рыхлоты, засоры на поверхностях колец не допускаются.

Остаточная деформация при испытании на изгиб под нагруз­кой не должна превышать 10 %.

  Маршрут обработки.
  Поршневое кольцо (см. рис. 105) изго­товляют из серогб чугуна СЧ 24. Заготовка — отлитая центро­бежным способом маслота. Производство колец — мелкосерий­ное.

Маршрут обработки состоит из двух этапов:

 - обработка маслоты до разрезания колец; обтачивание наружной цилиндрической поверхности; подрезание торца; раста­чивание технологической базы и маслоты;

 - обработка колец после разрезания: прорезание замка, термическая обработка кольца, шлифование торцов и наружных поверхностей колец.

  Проектирование основных операций механической обработки.
  На первой операции производится подготовка базовых поверх­ностей. Обтачивание цилиндрической поверхности буртика и подрезание его большого торца. Буртик маслоты, являющийся технологическим элементом конструкции и уходящий в отходы после разрезания маслоты на кольца, подвергают обработке, так как его обработанные поверхности будут служить базами в даль­нейших операциях. Заготовка зажимается за основную часть маслоты в трехкулачковом патроне. Обработку производят на токарно-револьверном станке,

  Следующая операция — предварительное обтачивание наруж­ной и растачивание внутренней поверхности маслоты. Заготовка зажимается в трехкулачковом патроне за буртик.

  Обработку цилиндрических поверхностей выполняют как в пре­дыдущей операции. Переход, связанный со снятием фасок и отре­занием колец, выполняется с помощью четырехрезцовой державки (рис. 3). В державке, закрепляемой на поперечном суппорте станка, укреплены два фасочных резца 3 и два отрезных резца 1. Ориентация резцов относительно заготовки в продольном направ­лении производится с помощью установочного винта 2, которого касаются края заготовки. После этого токарь подает суппорт с державкой на себя и протачивает фаски, а затем — от себя и отрезает сразу два кольца.

Далее в два установа производят шлифование торцов заго­товки кольца на плоскошлифовальном станке.

  Прорезание замка кольца выполняют на горизонтально-фре­зерном станке прорезной дисковой фрезой. Заготовку закрепляют в специальном приспособлении (рис. 4).

 Корпус приспособления прикрепляется к столу станка, фик­сируясь на нем с помощью шпонок 7. Установка стола с приспо­соблением относительно фрезы 2 в направлении поперечной подачи происходит с помощью щупа, вводимого между фрезой и краем прорези в упоре 4.

Перед загрузкой приспособления съемная шайба 6 снята со штока 5, который вместе с поршнем 3 пневматического цилиндра занимает крайнее правое положение.

Заготовки ставят на опоры 8 и 9. Затем на шток надевают съем­ную шайбу и сжатый воздух поворотом рукоятки 1 распредели­тельного крана подается в пространство справа от поршня, бла­годаря чему и зажимается вся партия заготовок. Затем включается продольная подача и производится прорезание замка. Далее идет операция термофиксации замка.

  Термическая обработка кольца производится в таком состоя­нии, когда его концы разведены на ширину замка свободного кольца. Кольца перед термофиксацией укладывают в приспособ-

 

 

 

Рис. 4. Приспособление для фрезерования замка в поршневых кольцах 180

 

ление, показанное на рис. 4. Перед этим должен быть удален клин 1, а со стойки 3 круглого сечения снят верхний диск 2. Заготовки вручную поштучно разводятся и укладываются друг на друга так, чтобы стойка таврового сечения 4 удерживала их от сжатия. Зазор благодаря этому увеличивается с 0,4 до 0,3 мм до величины, равной в рассматриваемом случае 21 мм. После полной загрузки приспособления кольцами на стойку 3 надевается верх­ний диск и кольца сжимаются с помощью клина.

  Приспособления с загруженными таким образом кольцами закладываются в печь. Отверстия а в дисках приспособления сделаны для циркуляции горячего воздуха. При термофиксации кольца нагреваются до температуры 600—650 °С, выдерживаются в течение 2 ч и охлаждаются на воздухе. Для предотвращения окисления колец, которые подвергаются термофиксации после полной механической обработки, печь герметически закрывается, а для создания защитной атмосферы в нее ставится тигель с акти­вированным углем.   Термофиксация по существу является старе­нием, т. е. снятием внутренних напряжений, возникающих при разжатии колец для надевания на стойку приспособления. После такой термической обработки кольца оказываются «зафиксирован­ными» в свободном состоянии и необходимо приложить усилие, чтобы перевести их в рабочее состояние.

  Далее торцы колец шлифуют с двух сторон в окончательный размер. В серийном производстве используют универсальные плоскошлифовальные станки, в крупносерийном — плоскошли­фовальные станки с круговой подачей стана.

Затем в случае необходимости кольца набирают на специаль­ную оправку и шлифуют на круглошлифовальных станках по наружному диаметру в окончательный размер, после чего контро­лируют параметры поршневого кольца в соответствии с техниче­скими требованиями.

  Особенность маршрута обработки поршневых колец, изготов­ляемых из индивидуальной отливки в серийном и крупносерийном производствах, состоит в том, что на первых операциях произво­дится многократное шлифование торцовых поверхностей кольца, которые впоследствии используются как базовые. Одну шлифо­вальную операцию выполняют в начале технологического про­цесса, затем три шлифовальные операции после термической обра­ботки колец.

  Шлифовальные операции выполняют на торцешлифовальных станках СА-ЗМ, на которых одновременно шлифуют оба торца. В этих операциях достигается требуемая параллельность обоих торцов и плоскостность.

Далее маршрут обработки аналогичен рассмотренному выше, а именно, п  роизводится обработка наружных поверхностей колец на центровой оправке, фрезерование замка на горизонтально-фрезерном станке, двукратное калибрование замка и затем обра­ботка остальных поверхностей поршневого кольца.

 

Тендеры

Поделитесь информацией с другими:

Ссылки:

Выставки оборудования

Баннер
Баннер
Баннер
   ГлавнаяТехнологииМашиностроениеТехнология производства поршневых колец
| + - | RTL - LTR