Разработки

КОВАННЫЕ ПОРШНИ

ПРОИЗВОДСТВО КОВАННЫХ ПОРШНЕЙ СОБСТВЕННОЙ РАЗРАБОТКИ.

 

 

 

 

 

 

 

Сегодня, как и в прошлые годы, сохраняется необходимость конструирования детали «по образцу», т. е. создания в опытномпроизводстве такой детали, которая может заместить в двигателе серийную продукцию ведущих автомобильных производителей, но имеет оригинальную конструкцию. С другой стороны, для большинства заказов, в 1-ю очередь, для спортивных и специально подготовленных двигателей, требуется индивидуальный подход. Все это создает определенную специфику работы, при которой:

  • число заказанных в изготовление деталей обычно не превосходит комплекта на один двигатель; от заказа к заказу изменяются основные размеры деталей, в зависимости от этого нужно каждый раз подбирать подходящие заготовки-поковки;
  • для каждого заказа нужно разрабатывать новые чертежи деталей.
  • нужна оптимизация формы и размеров камеры сгорания с учетом степени сжатия;
  • требуется учет специфики условий работы двигателя и ресурса деталей;
  • различные от заказа к заказу действующие нагрузки;
  • для каждого заказа перед расчетом на прочность приходится прогнозировать массо-центровочные характеристики будущих деталей. А в целом ряде случаев, например, для спорта, такой прогноз просто необходим;
  • на деталях встречаются самые различные дополнительные конструктивные элементы — отверстия, цековки, проточки, пазы и пр.

Особое значение в последние годы приобретает задача прогнозирования напряженного состояния детали еще до ее изготовления. Фактически это означает необходимость выдерживать определенные запасы прочности при конструкторской проработке каждого заказа. В результате кропотливой индивидуальной работы таким способом удается также снизить массу деталей без снижения прочности.

Работа с клиентами по заказам всегда начинается с составления технического задания. Для этого в KorchMotorsBuilding существуют специально разработанные формы бланков, которые заказчик должен заполнить. В соответствующих графах указаны не только основные размеры детали, но и параметры двигателя, необходимые для проведения расчетов.

В вычислительном эксперименте учитываются реальные условия работы детали, включая нагрузки от сил давления и инерции, нагрев при
сгорании топлива и теплоотдача в стенки цилиндра. Для решения задачи деталь разбивается программой на конечные элементы, после чего вычисляются температуры и напряжения в узлах сетки. Это позволяет найти опасные участки детали с высоким уровнем напряжений. В дальнейшем опасные сечения усиливаются, меняется конфигурация детали так, чтобы добиться снижения нагрузок до приемлемого уровня.

В результате всех расчетов получается математически доведенная деталь. По своим свойствам (прочность, масса, ресурс) она близка к той, которая получилась бы после проведения многочисленных испытаний на реальном двигателе. И именно доведенная деталь идет в производство — специальная программа на основании модели детали делает ее рабочий чертеж. Такая технология полностью исключает ошибки на всех этапах подготовки производства и, особенно, при изготовлении чертежей.

Все это позволяет сегодня уверенно конструировать и изготавливать поршни и шатуны для любой техники — как серийной, так и специально подготовленной, не опасаясь их поломок в эксплуатации.

Как это делается

Сегодня возможности производства таковы, что удается заново изготовить практически все основные моторные детали – поршни, поршневые кольца и пальцы, вкладыши, клапаны, шатуны для любых моторов – от старинных до самых современных. Ресурс и надежность этих деталей проверены многолетней практикой эксплуатации в самых жестких условиях, причем по многим параметрам они не уступают зарубежным аналогам и прототипам.

Очевидно, для какого-либо конкретного мотора изготавливать основные детали, чтобы затем хранить их на складе, не имеет смысла. Поэтому производство деталей ориентированно исключительно на заказы клиентов фирмы или на собственный ремонт, осуществляемый KorchMotorsBuilding. Срок исполнения заказа зависит от сложности и количества заказанных деталей и колеблется от нескольких дней до 4-6 недель.

Технология производства деталей основана на многолетнем опыте специалистов нашей компании по исследованию конструкции моторов большого числа иностранных автомобилей. Это оказалось возможным именно благодаря специализации компании на моторном ремонте.

Поршни, как известно, изготавливаются из специальных заготовок. KorchMotorsBuilding использует для производства поршней кованные заготовки, обладающие отличными характеристиками. Материалы поршней – алюминиевые сплавы с содержанием кремния 12-13% или 17-18%.

Все поршни, изготавливаемые KorchMotorsBuilding  имеют овально-бочкообразный профиль юбки. Наружная поверхность поршня имеет микрорельеф – гидродинамический профиль, удерживающий на поверхности масло и снижающий трение. Кроме того, на поршень наносится специальное гальваническое покрытие (олово-висмут) для предотвращения задиров и «прихватов» в период первоначальной приработки.

Отверстие под палец в бобышках обрабатывается с исключительно высокой точностью (допуск –0,002 мм) хонингованием. В целом же поршни в одном комплекте отличаются по массе не более2 г, а по размеру юбки – не более 0,01 мм.

Шатуны – не менее важная составляющая производственной программы компании KorchMotorsBuilding. Конструкция шатунов на сегодняшний день отработана на большом числе различных образцов – от стандартных до спортивных. Более того, нами разработана технология производства, исключающая случаи  самопроизвольного обрыва шатуна, что подтверждает их высокую усталостную прочность. В настоящее время нами ведется работа по оптимизации процесса производства таких шатунов для наших заказчиков.

Особое значение при изготовлении шатунов имеет качество шатунных болтов. В KorchMotorsBuilding используют для этих целей готовые решения компании ARP, обеспечивающие исключительно высокую усталостную прочность изделий. Все эти решения полностью исключили возможность обрыва болтов в процессе  эксплуатации.

Что нужно для того, чтобы двигатель работал тихо, «не ел» масла, развивал высокую мощность и при этом еще и служил долго? Без сомнения, для этого необходимо, чтобы в двигателе стояли хорошие поршни.

А что такое хорошие поршни? Это какие-нибудь импортные поршни, от известной на весь мир фирмы, или, может быть, кованые, «со смещенным пальцем»? А какие еще есть, может они-то, как раз и нужны? В общем, «дело темное», особенно, когда выбор велик — так глаза и разбегаются. А тут еще и советчики советуют: «Бери вот эти, они лучше!» Только чем лучше, толком сказать не могут, но зато в Интернете читали…

Возьмем на себя смелость восполнить этот пробел и найти то место, «где эта собака зарыта». Для чего попробуем сравнить разные поршни, которые встречаются в моторах. Итак…

Литые поршни — условное название, показывающее, что заготовкой поршня является отливка. Такие отливки обычно получают, используя специальную разборную форму, которая называется «кокиль».

Доведенная до совершенства технология литья поршней для массового производства не слишком хорошо работает для высокофорсированных двигателей малых серий, в том числе, спортивных. Основной недостаток отливки — сравнительно невысокая прочность материала, которую не удается полностью скомпенсировать различными конструктивными мероприятиями. Именно поэтому при небольших сериях для высоконагруженных поршней используют другие способы получения заготовок, обеспечивающие более высокую прочность материала.

Кованые поршни, как раз и обладают искомыми прочностными характеристиками. Процесс ковки приводит к пластическому деформированию алюминиевого сплава и созданию очень плотной мелкозернистой структуры с повышенной прочностью. В среднем прочность материала после ковки получается выше на 20—30%, чем после литья.

Тем не менее, кованые поршни обладают и недостатками. Процесс ковки предполагает очень большие усилия деформирования исходной заготовки, что требует применения многотонных прессов. Кроме того, получаемая заготовка должна иметь простою форму иначе ее нельзя будет снять с деталей штампа (пуансона или матрицы). В результате этого минимизировать массу кованого поршня очень трудно, объем дополнительной механической обработки получается чрезмерно большим, а коэффициент использования материала пониженным.

Как видим, недостатков у кованых поршней более чем достаточно. Но все они оказываются несущественными, как только правильно определена область применения поршней. И здесь тоже не без хитростей.

Очевидно, нет смысла устанавливать кованые поршни на стандартный двигатель в надежде на то, что повышенная прочность — это и повышенный ресурс. К сожалению, такое заблуждение почему-то свойственно многим счастливым обладателям автомобилей. Видимо, кто-то когда-то запустил такую «утку», которая и пошла гулять  по свету, заморочив не одну горячую голову. Но истина в обратном — несмотря на высокую прочность, ресурс кованых поршней обычно невелик, как невелик ресурс и всей цилиндропоршневой группы в целом. Что вполне закономерно.

Посмотрев на некоторые кованые изделия опытным взглядом, легко обнаружить и откровенные конструкторские ошибки, слабые места. Те, кто работал с такими поршнями, знает, что у отдельных образцов ресурс в хорошо форсированном моторе редко превышает 30 тыс. км.

Что же делать? Все просто. Для производства хороших поршней нужна хорошая конструкторская база и испытания. Именно такой подход к этой проблеме — залог успеха. К примеру, современные компьютерные программы позволяют не только нарисовать чертеж, но и посмотреть на поршень со всех сторон еще до его воплощения в металл. И даже смоделировать его нагрузки при работе в двигателе.

Кто так еще делает? Да, никто! Работают по старинке, по наитию, а потом удивляются.… Зато дешево. А кто проводит испытания в спорте, например? Что там получается? Мы уже 5 лет занимаемся спортивными поршнями, разработали свою конструкцию, опробованную и успешно себя зарекомендовавшую во всех видах соревнований — от дрэга до кольца. Кто еще?

Хороший поршень нельзя сделать «на коленке», надо считать, опираясь на опыт, анализировать, адаптировать конструкцию к реальному двигателю. На это уходят недели и месяцы труда. И никак не получается дешево.

Особая проблема — поршни для турбомоторов. Построили с десяток таких, и ни один наш клиент ничего не сломал.

Почему? Потому что поршень — главный элемент двигателя и строится индивидуально под этот двигатель в зависимости от мощности, частоты вращения, давления наддува, особенностей применения автомобиля. Строится задорого и не быстро.