СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОРШНЯ Российский патент 1996 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к обработке поршней двигателя внутреннего сгорания, устанавливаемых в цилиндр (гильзу цилиндра) двигателя с рабочим зазором.

Известен способ обработки поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором поршень подвергают механической и антифрикционной обработке до получения на обработанной поверхности микрорельефа с высотой Pa 2,5 10 мкм и величиной опорной поверхности на уровне 1 2 мкм в пределах 20 30% (1). В известном способе поверхность поршня вначале протачивают резцом, получая частично регулярный рельеф, а затем натирают антифрикционными брусками, получая окончательную микрогеометрию. Частично регулярный рельеф характеризуется глубиной неровностей и относительной площадью, занимаемой регулярными неровностями (ГОСТ 24773-81 "Поверхности с регулярным микрорельефом". Классификация, параметры и характеристики). Такая обработка поршня снижает силы трения поршня по цилиндру (гильзе цилиндра) в зоне юбки поршня и исключает возможность задиров при трении.

Обработанный поршень устанавливается в цилиндр с рабочим зазором, величина которого зависит от множества факторов, в частности от состояния обработанной поверхности поршня. Одним из способов повышения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания является уменьшение рабочего зазора. При этом в первую очередь снижается расход масла на угар. Однако уменьшение рабочего зазора в паре поршень-цилиндр (гильза) может привести к задирам и заклиниванию поршня. Использование известного способа, взятого за прототип, может снизить вероятность задиров в паре поршень-цилиндр, однако приведенные параметры поверхности выбраны из условия работы двигателя в обычных условиях и не отражают требований к рельефу поверхности при изменении зазора в паре.

Целью изобретения является создание способа обработки поршня, обеспечивающего геометрические параметры, при которых возможно уменьшение зазора между поршнем и цилиндром, исключая задиры при работе двигателя.

Цель достигается тем, что в способе обработки поршня, устанавливаемого в цилиндр (гильзу) с зазором, включающем механическую обработку с получением частично регулярного профиля и антифрикционную обработку до получения на поверхности микрорельефа, при механической и антифрикционной обработках формируют рельеф с высотой R 10 50 мкм и величиной относительной площади, занимаемой регулярными неровностями 70 90% при этом обработку ведут до получения диаметра поршня, выбираемого по формуле D D₁ + (3 - 3,5)•10^-3R, где D₁ номинальный диаметр поршня по чертежу, мм.

Обработанный с указанными параметрами профиль рабочей поверхности дает возможность уменьшить зазор между поршнем и цилиндром за счет того, что профиль хорошо прирабатывается, имеет масляные карманы, улучшающие смазывание контактирующих поверхностей и при необходимости размещение материала выступов неровностей при возможном переформировании выступов в процессе приработки. Антифрикционное покрытие позволяет повысить несущую нагрузку, возникающую в контакте пары поршень-цилиндр (гильза). Коэффициент 3 3,5 определяет максимальный диаметр поршня, до которого последний может быть увеличен. Уменьшение коэффициента менее 3 не даст ощутимых результатов, а увеличение коэффициента больше 3,5 может привести к задирам и заклиниванию поршня в цилиндре.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Поршень подвергают окончательной копирной обточке в окончательный размер с учетом увеличения диаметра поршня на величину, равную (3 3,5)R•10^-3. После этой обработки производят точение фасонным резцов (радиусным или угловым с заданным профилем) с глубиной резания 10 50 мкм, соответствующей требуемой высоте рельефа, на том же станке для получения частично регулярного профиля. Однако реальная глубина профиля после протачивания получается на 1 5 мкм больше заданной за счет погрешности определения момента касания резца и образования навалов и заусенцев на кромках впадины на наружной поверхности поршня. После точения на поверхность поршня наносят антифрикционное покрытие, например, натиранием брусками, содержащими антифрикционное вещество. После натирания поверхность поршня приобретает требуемую микрогеометрию и размеры.

Способ обработки был опробован при обработке поршней дизельного двигателя Д-466М для тракторов ТТ-4М. Поршень имел овальный бочкообразный профиль диаметром 130 мм. Серийный зазор между юбкой поршня и цилиндром (гильзой) составлял 0,23 0,26 мм, шероховатость поверхности Ra 0,8 1,25 мкм с лужением и графитизацией.

На экспериментальных поршнях были назначены следующие размеры:
высота рельефа R 10 50 мкм;
величина относительной площади, занимаемой регулярными неровностями, 70 90%
диаметры поршней, рассчитанные по формуле, 130,030 мм; 130,120 мм; 130,175 мм.

Предварительно обработанный поршень подвергали окончательной механической обработке до получения указанных диаметров и шероховатости поверхности Ra 0,3 1,25 мкм. Затем для создания частично регулярного профиля брали алмазный резец углового профиля с углом при вершине 150 175^o, главным углом в плане Φ = 5^° и вспомогательным углом в плане Φ₁=7^°. Глубина резания составляла 10 50 мкм, подача 0,37 0,41 мм/об. В результате обработки высота рельефа получилась на 1 5 мкм больше заданной. После получения частично регулярного профиля поверхность поршня натирали антифрикционными брусками, в состав которых входил металл (медь, олово, и др.), антифрикционное вещество (дисульфид молибдена, нитрид бора, графит), наполнитель - мелкозернистый абразив. Обработку производили суперфинишированием на токарном станке с усилием прижима брусков P= 4 10 кг/см², время обработки составляло около 30 с. Обработанные поршни были установлены на двигатель и испытаны на испытательном стенде.

Результаты испытаний показали, что затиров поршня за все время стандартных испытаний не наблюдалось. При этом существенно снизился расход масла на угар с 0,6 0,8% от расхода топлива на серийных двигателях до 0,16 - 0,3% на экспериментальных при сохранении примерно постоянными всех остальных параметров двигателя.

Использование: в машиностроении, в частности при обработке поршней двигателя внутреннего сгорания, устанавливаемых в цилиндр (гильзу цилиндра) двигателя с рабочим зазором. Сущность способа заключается в том, что при обработке поршня последний подвергают механической и антифрикционной обработкам до формирования на его поверхности рельефа с высотой R = 10 - 50 мкм и величиной относительной площади, занимаемой регулярными неровностями 70 - 90%. Обработку ведут до получения диаметра поршня, выбираемого по формуле D = D₁ + (3 - 3,5)R•10^-3, где D₁ - номинальный диаметр поршня по чертежу. Такая обработка дает возможность уменьшить рабочий зазор между поршнем и цилиндром и тем самым уменьшить угар масла.

Способ обработки поршня, предназначенного для установки в цилиндре с зазором, при котором поршень подвергают механической обработке с получением частично регулярного профиля и антифрикционной обработке до получения на поверхности микрорельефа, отличающийся тем, что при механической и антифрикционной обработке формируют рельеф с высотой R 10-50 мкм и величиной относительной площади, занимаемой регулярными неровностями 70-90% при этом обработку ведут до получения диаметра D поршня, выбираемого по формуле D D₁+(3,0 3,5)R • 10^-3, где Д₁ номинальный диаметр по чертежу.