性能特点和作用说明
柴油发电机活塞环对材料性能的技术要求
柴油发电机活塞环是具有弹性的金属开口圆环，按其功用不同可分为气环和油环两种。安装在活塞头部上端的是2、4道气环，下端的是1、2道油环。活塞环在工作时受到汽缸中高温、高压燃气的作用，并在润滑很困难的条件下在汽缸内高速运动，特别是第一道环温度可高达600k，因此，活塞环是发动机中工作环境恶劣、使用寿命最短的零件之一。
一、活塞环的类别
1、气环
气环的功用是保证活塞与汽缸壁之间的密封，防止活塞上部的高压气体漏入曲轴箱。当密封不良时，压缩冲程中的气体漏出较多，使压缩终了的压力降低，对于内燃机会造成启动困难。高温燃气漏人曲轴箱还会使活塞温度升高，机油因受热而氧化变质。除密封作用外，气环还起传热作用。活塞顶部所吸收的热量，大部分要通过气环传给汽缸壁（因活塞头部并不接触汽缸壁），再由外部的冷却介质带走。
气环，特别是第一道气环，除了随活塞沿汽缸壁作高速往复直线运动外，还受到高温和高压燃气的压力以及润滑条件差等因素的影响，从而使气环的力学性能降低，弹性下降，而且会引起润滑油的炭化，甚至可能造成拉缸和漏气。因此要求气环应有足够的弹力，才能使环的四周紧贴在汽缸壁上，这时高压燃气就不可能通过气环与汽缸壁之间的接触面漏出。而作用在环上端面的燃气，使环紧压在活塞环槽中，使下端面与环槽紧贴。进人环的内侧面与环槽之间的燃气，其压力向外，使环更加贴紧汽缸壁。因此利用气环本身的弹力和燃气的压力，即可阻止高压燃气的泄漏。
活塞环通常采用优质灰铸铁或合金铸铁制成。为了提高第一道气环的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道气环的表面镀上多孔性铬层或钼层。近年来，第一道气环也有用球墨铸铁或钢制成的。在自由状态下，环的外径略大于汽缸直径，装人汽缸后，活塞环产生弹力压紧在汽缸壁上，开口处应保留一定的间隙（称为端隙或开口间隙，内燃机活塞环的开口间隙通为0.4~0.8mm)，以防止活塞环受热膨胀时卡死在汽缸中。活塞环装人环槽后，在高度方向也应有一定的间隙（称为侧隙，内燃机活塞环的侧隙通常为0.08~0.16mm）。当活塞环安装在活塞上时，应按规定将各环的开口处互相错开120°~180°，并且活塞环开口应与活塞销座孔错开45°以上，以防活塞环装入汽缸后产生漏气现象。
2、油环
油环的作用
（1）布油润滑∶将机油均匀地刮配到气缸壁上
（2）刮油∶将多余的机油刮下，回流到油底壳。
（3）辅助密封∶辅助密封气体。
油环的安装位置
通常活塞上装有1~2道油环。采用两道油环时，下面一道多安装在活塞裙部的下端。无论活塞下行还是上行，油环都可以将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流回油底壳。常见的油环形式如图2-6 5所示。目前广泛应用的是组合式油环。组合式油环通常由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，轴向衬环夹装在第二与第三刮油钢片之间，径向衬环使三片刮油钢片紧贴在气缸壁上。
二、活塞环一般技术要求
1、化学成分与金相
活塞环广泛使用各种牌号得铸铁。材质就是活塞环机械性能与使用寿命得基础,因此在规定范围内合理调整材料成分比例、严格控制造型与浇铸工艺来确保活塞环具有符合设计要求得最佳金相组织。
2、热处理
采用适当得热处理方法,以调整活塞环得金相组织及消除加工应力。
3、刚度
活塞环就是一个刚度差得弹性零件,加工时必须合理安排工艺流程、注意装夹方法,以保证加工时工件具有足够得刚度,达到尺寸、形状与粗糙度要求。
4、保护端面
活塞环两个端面就是重要得工艺基准面,也就是零件工作面,有较高得平度与粗糙要求。在加工流程中应注意清洁、保护端面、防止碰伤。
5 、型线设计
为保证活塞环具有合理得缸壁压力分布,采用恰当形状曲线凸轮,仿形制造模具及加工外圆面就是十分重要得。
6、 消除应力
为保证形状精度要求,加工中应采取合理得刀具角度与切削量,以减少加工残留应力,并采用热处理方法消除应力。
7、性能与寿命
各种表面处理与处理前后得加工成为提高活塞环性能与寿命得重要工艺手段。
8、 加工设备与检测手段
由于活塞环形状结构得复杂性与多样化,尺寸精度又有较高得要求,同时生产批量一般较大,最好采用工序集中得高效率、高精度得自动与半自动专用设备以及检测手段。
二、活塞环对材料性能的要求
1、强度
抗弯强度就是活塞环受力折断时得计算应力,它就是衡量强度高低得一个参数。活塞环在安装与工作中,均受着弯曲应力,如抗弯强度达不到一定得值,则易于折断。为适应发动机强化得发展,为了减少活塞环与缸壁摩擦所损耗得功率,在设计时,往往要求活塞环高度尽可能薄,但同时又要保证活塞环有足够得弹力,这就对材料提出更高得抗弯强度要求;同时,为防止折断,对材料得坚韧性亦也一定要求,所以采用抗弯强度比灰铸铁、大得多得球墨铸铁、半可锻铸铁、蠕墨铸铁等材料有发展趋势（见表1）。
表1
种类
抗弯强度 mpa
单体铸造活塞环
392～450
筒体铸造活塞环
480～520
可锻、半可锻铸铁环
600~950
球墨铸铁环
900~1300
2、硬度
活塞环材料得硬度在一定程度上反映了材料得耐磨性。活塞环工作时,它与气缸壁摩擦面之间不可避免地会有夹杂物,尽管输入得油与空气均经过滤清,这些夹杂物仍然起着研磨剂得作用,形成磨料磨损。故需硬度高、抗磨料磨损能力强得材料,但硬度过高,不仅加工困难而且易于拉缸、同时,与其相匹配得气缸套,对硬度也提出了限制。因此,jｂ/t ５1１０5—１９99规定了硬度允许范围与同一片环得硬度差值。(见表２－３)
表2
种 类
硬 度
同一片环上得硬度差
合金铸铁环
环直径≤150 mm
环直径＞150 mm
98~108 ｈrb
９4~105 hrb
≤3 hrｂ
可锻、半可锻铸铁环及球墨铸铁环
98~110 hrｂ
按产品图样规定
钢
环
经淬火、回火处理得环
冷轧材料环
不锈钢环
400～580hv
≥367hv或按产品图案规定
按产品图样规定
≤40ｈv
