制造焊接钢活塞的魔法

2024-07-06

制造焊接钢活塞的魔法

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从某种程度上来说，历史已经重演 重型柴油机活塞 设计。行业已看到老式铸铝活塞被铰接式活塞（钢制活塞冠和铝制活塞裙）取代。铰接式活塞随后演变为一体式钢制活塞，最近又演变为具有原始铝制活塞基本结构的摩擦焊接钢制活塞。气缸温度、压力、马力和更清洁的排放超出了铝合金所能承受的范围。钢制活塞更坚固，可以承受后期型号发动机的严格要求。钢制活塞的公差也更小，热膨胀更小，允许间隙比铝制活塞更小。

铝活塞在制造过程中也面临诸多挑战。从限制腐蚀的散热塞，到铸造在活塞顶的单层或双层镍嵌件，以改善活塞环面和内部油道，从而冷却活塞顶。

那么，如何利用以前设计的进步并将其制成钢活塞呢？这就是制造重型柴油发动机钢活塞的秘诀。

巫师和魔术师从不泄露他们的秘密，但上图是从 10,000 英尺的高度观看如何从钢坯变成锻钢活塞的。

为了保持比赛公平，魔法能力需要在钢活塞顶内设置内部油道。钢活塞上的涂层掩盖了瑕疵，当你看到制造它们的细节时，你会意识到它们是一件艺术品。

首先，需要开发锻造模具。看起来并不令人印象深刻，但如果锻件太大，则会增加加工时间并浪费材料。如果锻件太小，那么你

已经制造出了你的第一批废金属。

从那里加工 工序开始，锻件和坯料进行粗车削。活塞裙部和顶部开始成型。

粗糙的表冠 和裙子搭配在一起。这时魔法又开始发挥作用了。

必须精确设计和制造冠部和裙部，以便将它们焊接在一起。

将裙部和冠部插入惯性焊接机的夹具中。

随着冠部旋转，裙部牢牢固定，冠部被压向裙部，形成惯性焊接。裙部和冠部的加工公差、旋转速度和施加的力都是成功焊接的关键因素。

系列照片展示了惯性焊接机中的裙边和冠部

根据活塞的直径，焊接过程可能需要 40 到 45 秒，温度高达 1300°C！

更复杂的是，这是同时进行的两道焊接工序。如果这些部件和焊接工序不正确，活塞将无法通过下一次质量检查，而您又会制造出另一块昂贵的废金属。

通过检查过程后，对销座的底部进行加工，并对毛坯活塞进行激光标记以便识别。

然后将毛坯活塞固定，开始精加工工序。通过一系列旋转机头和切削刀具，外径、环面（凹槽）和活塞顶在几分钟内全部完成。

下一个检查过程以数字方式检查裙部直径、环槽直径和环槽根部深度、冠部高度和轮廓。电子仪表确保每个规格的准确性和一致性。这里没有“猜测”工作，活塞要么通过所有参数，要么失败。制造过程必须能够产生一致的结果，否则该过程是有缺陷的和无用的。

活塞轮廓具有不同的形状，只有使用精确的计算机辅助测量设备和工艺才能确定。例如，活塞冠的外径可以以不同于其下方的活塞环的方式加工，活塞环之间的活塞环可以以不同的角度加工。此外，大多数新型活塞裙部呈桶形，而一些旧式设计可能呈锥形。与铝相比，钢材料（活塞冠和活塞）的热膨胀要小得多，因此活塞和气缸壁之间的间隙更小。

通过每个检查阶段后，活塞现在接近最后的加工阶段。保持器（弹簧卡簧）槽已加工并经过检验。

加工过程中的最后一步，也可以说是最重要的 最重要的是销孔。活塞销的直孔看起来非常精细，但实际上却是一个非常精确的轮廓。

多年来，机械车间和技术人员一直在严格检查销钉与连杆和活塞的配合情况。后来的钢制活塞模型中使用的某些活塞销孔轮廓导致许多人误以为配合太松。实际上，许多公差已经变得更紧，但活塞销孔的独特轮廓设计可以在仅安装在活塞一侧时提供更多的活塞销横向运动，例如在“沙漏”形轮廓的情况下。这些轮廓也可能是不对称的，这意味着最小直径可能不在孔的中间，并且无法用孔径计或内径千分尺准确测量。来自活塞销的负载 活塞销中心的连杆可能会导致销弯曲/变形。

这种形状允许活塞销弯曲，而不会磨损或卡住活塞。这并不是因为活塞销本身的强度低，而是因为 操作力大幅提升。活塞销的材料、强度、硬度和表面光洁度都经过了改进，以满足这些新型发动机的压力/需求。编写程序和生产精密钢活塞的工程能力是少数制造商所不具备的。

可以掌握。钢焊接活塞的许多公差不再以毫米或千分之一英寸为单位，而是以微米 µm（1 微米 = .00000394″）为单位。一微米是百万分之一米。这些尺寸无法用普通工具或机器生产或测量。

一旦检查了销孔轮廓，活塞就可以去毛刺了。

完成了吗？还差得远呢，现在要进行更多的检查、清洁、磷化涂层、丝网印刷、激光打标、缩小和上油。制造活塞不是没有耐心的人能做到的。

哎呀，抱歉，巫师似乎因为透露了太多秘密而有点生气，突然关闭了他的工作室大门。每个巫师都有自己的方法来处理这种疯狂的事情，这就是整个过程独特而有趣的原因。

有趣的是，看看下次门打开时，巫师的火炉里会出现什么方法和材料。

Steve Scott 加入服务部门 局部局部放电 1982 年加入 ipdparts，从事各种设备、柴油和天然气发动机的零件、服务和销售工作。自 2004 年以来，他一直担任 lPD 的产品开发和技术支持总监。如需了解更多信息，请发送电子邮件至 sscott@ipdparts.com。