Кованые поршни двигателя автомобиля — что такое и для чего применяют
Кованые поршни. Для ценителей тюнинга авто эти слова звучат как магическое заклинание. Расскажем — чем лучше литых и в каких случаях применяют. Сколько весит стандартный и кованый поршень двигателя машины.
Для кого нужны
Обычные литые поршни прекрасно подходят для серийных моторов и массового производства. Если не используете автомобиль в гонках, то не стоит тратиться на замену штатных поршней коваными. Другое дело – моторы форсированные. Они предъявляют повышенные требования к качеству комплектующих, в том числе поршней. Стандартные поршни тяжеловаты, а их форма неоптимальная. Кроме того, литье порой имеет невидимые глазу дефекты: каверны, пузырьки, вкрапления инородных тел, которые не выловить даже при тщательном контроле. При обычной эксплуатации они могут не навредить.Если, основательно доработать мотор автомобиля, увеличить мощность, брак заявит о себе: поршень прогорит, даст трещину и т. д.
Владельцы «заряженных» машин подтвердят, что подобные проблемы возникают при увеличении объема мотора при установке коленвала с измененным радиусом кривошипа. Тогда штатные поршни авто надо менять, чтобы повысить общий ресурс.
Для чего применяют
На форсированных моторах детали испытывают большие механические и температурные нагрузки. Поэтому, для производства кованых поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые (содержание Si > 12%) сплавы алюминия, обладающие высокой жаропрочностью, меньшим коэффициент расширения, более прочные по сравнению с обычными (Si меньше 12%) сплавами.Материал для штампованных поршней обладает повышенными механическими характеристиками не только при нормальной температуре, но и при рабочих температурах в 300…350
В форсированных моторах автомобилей применение кованых поршней не обязательно, но желательно.
По сравнению с литыми штампованные поршни легче и одновременно прочнее, их форма оптимальна для форсированных двигателей, склонность к прогоранию меньше. В подтверждение обратимся к цифрам. Твердость кованых поршней 120–130 ед. против 80–90 ед. у обычных. Термоциклическая стойкость выше в 5–6 раз. Если литые до появления первых трещин выдерживают в среднем 400 испытательных циклов «нагрев–охлаждение», то штампованные – 2500.Кованые поршни.
Для многих любителей тюнинга, кованные поршни едва ли не самые первые детали, на их машине или мотоцикле, которые они установили вместо штатных поршней. Да и простым водителям наверняка доводилось слышать восторженные отклики о кованных поршнях. И чем же кованые поршни лучше широко распространённых литых поршней? И в каких же случаях их стоит использовать?
Обычные и широко распространённые литые поршни отлично подходят для серийных моторов автомобилей и мотоциклов, а технология их изготовления не сложная и рассчитана для массового производства. И если ваш мотоцикл или автомобиль лишь средство доставки вас из одной точки в другую (например для каждодневных поездок на работу), то думаю не стоит тратиться на замену штатных поршней коваными. То же самое касается и при капитальном ремонте двигателя, но бывают и редкие исключения, и какие я напишу ниже.
Другое дело спортивные форсированные двигатели, а так же тюнинговые (о тюнинге серийного двигателя просвещаемся вот здесь). Такие двигатели и предъявляют повышенные требования к качеству всех деталей, и в особенности поршней. Стандартные литые поршни для таких моторов тяжеловаты, а форма их не оптимальна. Да и к тому же любая литая деталь имеет невидимые невооружённому глазу дефекты, а именно пузырьки, каверны, вкрапления мелких инородных тел, которые не устранить даже при тщательном контроле при литье.
Многие начинающие любители тюнинга отечественных машин подтвердят, что подобные сюрпризы особенно часто случаются при увеличении рабочего объёма с помощью установки коленчатого вала с изменённым радиусом кривошипа. В этом случае и без того слабые поршни дорабатывают (торцуют), что уменьшает толщину днища и естественно уменьшает их ресурс. Такой колхозный тюнинг не советую никому. Даже если деталь не торцована (не ослаблена), а подобран менее высокий литой поршень от иномарки, который изготовлен идеально, отливка всё равно менее прочна, чем поковка, и главную разницу здесь играет структура металла.
Поэтому в форсированных двигателях применение кованых поршней очень желательно. Но перед тем как расхваливать их преимущества, хочу уточнить терминологию кованных поршней. Ведь точное название процесса их изготовления не ковка, а изотермическая штамповка. Так как заготовку поршня получают из прута выдавливанием без плавления и единственным ходом очень мощного пресса, и при постоянной температуре 495±5°С (примерно как мы выдавливаем зубную пасту из тубы). И хотя многие называют поршни или сам процесс словом ковка, ничего общего с древним кузнечным ремеслом здесь нет. И для тех людей, кому интересны подробности технологического процесса, представлю несколько фоток основных этапов изготовления кованных поршней.
Процесс производства достаточно сложен, но зато позволяет получить поршни с выдающимися характеристиками. И что меня особенно радует, так это то, что кованные поршни, по всем параметрам ничем не уступающие зарубежным изделиям, изготавливают несколько предприятий у нас в России. Из них наиболее известное НПО «Автотехнология».
Это предприятие создано с помощью усилий двух кафедр Московского технического университета, сокращённо МАМИ. На предприятии производство мелкосерийное, и его возможности не очень большие: 10000 поршней в месяц, не больше. Но всё таки удаётся выполнять все заказы, и причём и из-за бугра. За рубежом очень быстро поняли выгоду. Ведь на этом уникальном предприятии очень гибкое производство с прекрасным парком станков. И в довольно короткие сроки наши инженеры могут спроектировать и изготовить практически любой поршень, например для спидвейных мотоциклов, двухтактников картингов, лодочных моторов, в том числе и спортивных, а так же для редких моторов антикварных мотоциклов и машин. И при этом цены ниже зарубежных, а качество нисколько не хуже.
При капитальном ремонте, переборка убитых двигателей иномарок редких моделей (да и снегоходов или водных мотоциклов), доставляет владельцу такой техники большую головную боль, так как купить фирменные ремонтные детали, и именно оригинальные, бывает у нас в стране невозможно, кругом одни подделки или вообще нет. Остаётся два варианта: первый, при котором можно восстановить родной изношенный поршень, и как это сделать читаем здесь. Или второй вариант -воспроизвести новый комплект, но уже кованных поршней, заказав их в Автотехнологии, где разработают чертежи для ваших поршней, изготовят оснастку и сами поршни. И что самое удивительное и радостное для многих, так это то, что всё это вам обойдётся зачастую дешевле, чем заказать фирменный оригинал за рубежом, если конечно вы его найдёте.
Хочу только заметить одно важное обстоятельство. Прежде чем заказывать себе кованый поршень на свой форсированный двигатель, определитесь вначале какой длины юбка необходима для именно вашего двигателя. Ведь длина и форма юбки имеет очень важное значение. И описать какое и почему в двух строках нереально. Поэтому очень советую почитать вот эту статью, и только после этого, можно будет заказывать себе поршень, какой необходим именно для вашего форсированного двигателя.
Что ещё можно добавить к многим преимуществам кованных поршней? По сравнению с литьём, штампованные поршни легче (стандартный литой жигулёвский поршень весит 380 грамм, а кованый на 40 грамм легче), и при этом прочнее, их склонность к прогоранию намного меньше, а форма оптимальна для тюнинговых накрученных моторов. Твёрдость по Бриннелю у кованых (штампованных) поршней составляет 130 единиц, а у литых 80 — 90. А термоциклическая стойкость штампованных поршней больше в 5 — 6 раз. К тому же литые поршни до появления первых трещин выдерживают примерно 400 испытательных нагревов и охлаждений, а кованые поршни аж 2500.
Кстати, кого интересуют какие ещё бывают поршни, можно почитать об ещё одной технологии получения качественных поршней, называемых жидкоштампованными. Эти поршни так же обладают рядом существенных преимуществ перед обычными литыми поршнями. Почитать о жидкоштампованных поршнях, советую вот в этой статье.
В общем преимущества очевидны. Следует заметить, что импортные кованые поршни слишком дороги. Например кованый поршень от авторитетной фирмы «МАЛЕ» стоит от 100 до 200$, в зависимости от диаметра. И поэтому отечественные тюнинговые ателье, спортсмены, да и просто гаражные Кулибины отовариваются у нас в России, чего и вам советую. Ведь цены ощутимо ниже, а качество нисколько не хуже.
Жаль только, что таких предприятий, как Автотехнология по России очень мало. Может со временем многие частные предприятия (особенно производящие обычные литые поршни) заинтересуются ковано-поршневой деятельностью, ведь от мировых и отечественных заказчиков будет множество заказов и предложений. Ещё подробнее о производстве кованых поршней, советую почитать вот тут, успехов всем.
Что такое кованые поршни — Отключить иммобилайзер
Что такое кованые поршни
Для людей, интересующихся тюнингом, слова кованые поршни , звучат как магические определения. И даже простой автолюбитель наслышан, что кованные поршни чем-то отличаются от обычных, литых.
И все таки у многих остается вопрос чем кованые поршни лучше?
Первым делом стоить отметить, что привычные нам, литые поршни, на много дешевле кованых, и потому в основном используются во всех обычных моторах. Потому если машиной пользоваться для поездок на работу и на дачу, без никаких больших нагрузок на двигатель, не гонять с друзьями кто первый проедет квартал, то не стоит и задумываться о кованых поршнях, при ремонте двигателя.
Совсем другое дело, если автомобиль предназначен для вас не только для семейных поездок, но и для резких стартов на светофорах и соревнованиях кто первый, то в таком случае можно подумать и о кованых поршнях.
При тяжелых режимах двигателя, все комплектующие испытывают очень большую нагрузку, особенно поршни. При высоких нагрузках, поршни, которые двигаются с очень большой скоростью испытывают большие нагрузки, причем чем больший вес поршня тем нагрузки больше. Кованые в свою очередь, легче чем литые, потому нагрузки на них меньшие.
Так же при изготовлении литых поршней, очень часто бывают маленькие дефекты, которые на глаз определить нельзя, и при обычных настройках двигателя, с такими дефектами ездить можно, последствий может и не быть никаких. Но при увеличении мощности двигателя, нагрузка на поршень существенно увеличивается. В таком случае мелкие дефекты сразу дадут о себе знать. Но если даже поршень и без дефектов, он очень быстро придет в негодность, потому что он не рассчитан на повышенные нагрузки.
На спортивных моторах, или на форсированных, большинство параметров очень отличаются от обычных двигателей. Например температура на днище поршня часто достигает 350 градусов. Для обычного поршня это большая температура, он может деформироваться. При такой температуре, поршень очень расширяется, что негативно влияет эксплуатацию двигателя. Кованные поршни изготавливают из других материалов, чем литые. При изготовлении кованых поршней, использывают высоко кремниевые сплавы, которые дают хорошую температуростойкость, маленькое тепловое расширение.
Сразу возникает вопрос, почему нельзя сделать литые поршни с такого же материала? Ответ, очень прост: при использовании высоко кремниевого состава, при литье возникают процессы, при которых в поршне возникают разные пустоты, и неравномерное соотношение материалов сплаве. Это все происходит из-за разных скоростей кристаллизации компонентов высоко кремниевого сплава.
Так, кованные поршни стали очень популярными, у людей, которые хотят выжать с двигателя максимум. Кованые поршни, популярных фирм, изготавливают методом «изотермической штамповки». Эти технологии позволяют при высоких температурах (но ниже плавления метала) вы прессовать поршень с очень высоким качеством и хорошими характеристиками.
Некоторые характеристики поршней, кованых и литых:
Твердость поршней в единицах по Бриннелю:
-кованые 130 ед
-литые 80-90 ед
Термоциклическая стойкость у кованых поршней превышает в 6 раз, по сравнению с обычными. При тесте на «нагрев-охлаждение», литые сдаются уже на цифре 400 раз, у них начинают появляться сколы и трещины. Когда у кованых эта цифра может превышать 2500. Если судить по весу, то кованый поршень диаметром 79мм на 40 г легче от литьевого.
Молибденовое покрытие, предохраняет поршень от температурного перегрева, уменьшает механические потери (улучшает скольжение) и появление царапин на стенке поршня.
Современная технология может также обеспечить защиту деталей двигателя, подверженных термическим нагрузкам, особенно поршней, путем использования структурного покрытия или специальных изолирующих материалов. Эти материалы могут быть нанесены на поверхности деталей, что добавляет материалам желаемые характеристики, которыми они изначально не обладают. Эти покрытия можно разделить на два основных класса: молекулярные твердые покрытия и керамика.
Твердое покрытие используется или связывается на молекулярном уровне с помощью процесса, подобного металлизации. Очевидным фактом является то, что эти покрытия создают очень жесткую поверхность, которая возможно отражает тепло «механически», т.
е. молекулы высокой энергии, налетающие на поверхность, отскакивают от нее, не отдавая большую часть энергии, как это было бы в случае поглощения молекул.
Керамика хорошо известна благодаря своим изолирующим свойствам. Она поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности. Эти «субслои» материала действуют как очень эффективные изоляторы, «удерживая» тепло от проникновения в материал. Нанесение керамического состава на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Тепло, которое не поглощается, удерживается в камере сгорания и при этом увеличивается давление газов в камере сгорания. Это дает дополнительное усилие на поршень, направляя его вниз, что в свою очередь, обеспечивает большую отдачу мощности. Численные динамометрические испытания на многих гоночных двигателях, оснащенных поршнями с покрытием, показали, что возможно увеличение мощности на 4 — 8 %.
Другим преимуществом поршней с высокотемпературным покрытием является то, что у них увеличена надежность материала. Головка поршня с покрытием гораздо менее чувствительна к высокому тепловыделению, связанному с детонацией. При детонации часть пока не воспламененной сжатой рабочей смеси поджигается из-за слишком высоких давлений или температур перед тем, как образуется нормальный фронт пламени от смеси. При этом образуются области с высокой температурой в объеме камеры сгорания. Так как жесткость алюминия быстро уменьшается при возрастании температуры, особенно выше 120° С, верхняя плоскость поршня может разрушиться за несколько секунд, если дать детонации продолжаться. Однако, изолирующее покрытие на головке поршня в некоторых условиях предотвращает повреждения при воздействии детонации в течение 20 — 30 мин!
Жесткость поршня с покрытием постоянно увеличивается благодаря пониженной рабочей температуре. Это вместе с тем фактом, что верхнее компрессионное кольцо может располагаться ближе к вершине поршня, обеспечивает лучшее уплотнение в цилиндре и преимущества поршней с покрытием становятся более явственными.
Термостойкие покрытия могут быть успешно использованы на любом типе двигателей: обычном форсированном или гоночном. Однако, вы должны решить, будет ли использование покрытий экономически выгодно в вашем конкретном случае. Для мощных гоночных двигателей практически все, что обещает прирост мощности, обычно считается «выгодным», но для двигателей, используемых для повседневного пользования, экономия средств играет немаловажную роль. Опыт подсказывает, что использование термостойких покрытий на форсированных двигателях оправдано на агрегатах высокой стоимости, тогда как конструктор часто руководствуется финансовыми соображениями, чем небольшим увеличением характеристик двигателя.
Поделиться новостью с друзьями:
ПохожееMAHLE Aftermarket Europe | MAHLE: скоростные инновации
«MAHLE является очень важным партнёром в разработке и усовершенствовании нашей силовой установки. Мы ценим не только высокий профессиональный уровень специалистов MAHLE, но и исключительную надежность продукции бренда» — комментирует Джеймс Эллисон, технический директор Scuderia Ferrari. Сейчас совместная работа направлена на оптимизацию кривошипно-шатунного механизма и разработку высокопрочных материалов. «Деятельность нашей компании уже много лет направлена на развитие компонентов для автомотоспорта. Многочисленные разработки в этой области способствуют усовершенствованию и серийных двигателей, они становятся мощнее и экономичнее» — подчёркивает глава правления MAHLE Вольф-Хеннинг Шайдер.
Например, для этого проекта специалисты бренда MAHLE разработали и запустили производство кованых поршней повышенной прочности и улучшили сплав алюминиевых поршней, повышающий ресурс их работы. Также к списку усовершенствований можно добавить кольца поршней из легированной стали и фирменное покрытие цилиндров, которое уменьшает трение и сокращает износ деталей в процессе работы двигателя. «Гибридные турбированные двигатели V6 нового поколения выполняют очень сложные задачи» — говорит вице-президент подразделения MAHLE Motorsports Фред Тёрк.
Среди разработок для Феррари также есть инновационные процессы воспламенения топливовоздушной смеси. Так новый принцип струйного зажигания обедненной топливной смеси (MAHLE JetIgnition) значительно увеличивает эффективность сгорания каждой капли топлива за счёт применения предварительной фор-камеры. Эта технология была разработана для мотоспорта, но MAHLE планирует интегрировать это решение и в двигатели серийного производства, что положительно повлияет на эффективность работы дизельных двигателей.
Это отличный пример того, как мотоспорт подталкивает концерн к развитию новых технологий. «Экстремально высокие требования для двигателей болидов становятся отправной точкой для разработки новых решений, которые в дальнейшем входят в серийное производство» — комментирует Тёрк. Направленность на мотоспорт была верной стратегией MAHLE на протяжении многих лет. Последним ярким примером стал стальной поршень, позволивший претендовать на победу в прошлогодней гонке на длинную дистанцию «Le Mans». Сейчас эти поршни устанавливаются на 1,5 и 1,6 – литровые дизельные двигатели Renault, что соответствует стандартам Euro 6. Десятки лет спортивные автомобили с деталями MAHLE участвуют во многих мировых состязаниях. 300 инженеров и разработчиков трудятся в различных подразделениях концерна MAHLE, создавая новые решения, задающие самые высокие стандарты в мире автомобилестроения.
| Новости
| Для большинства применений в форсированных двигателях обычной практикой является выбор кованых поршней, и игнорирование литых конструкций. Однако, в двигателях, сконструированных для средней или умеренно-высокой мощности, литые поршни будут часто выдавать большую мощность, чем кованые поршни.  Почему? Имеется несколько причин. Прежде всего, литые поршни обычно имеют меньший износ канавок для поршневых колец и очень малую теплопроводность, удерживая больше тепла в камерах сгорания. Во-вторых, они сконструированы для работы с минимальным зазором в отверстии цилиндра, обеспечивая более стабильную платформу для поршневых колец. В-третьих, они часто легче, чем кованые. Наиболее важным является то, что они зачастую намного дешевле кованых поршней.В течение нескольких последних лет были заново разработаны литые поршни, подходящие для использования в форсированных двигателях. Первое преимущество — это существенно уменьшенный шум от поршня. Если такого ощущения нет, то вы могли не слышать гоночного двигателя, шум которого заглушен до приемлемого уровня. Стук поршня, вызванный колебаниями поршня в цилиндре, производит неправдоподобный шум, как при потряхивании ведра, наполовину заполненного гвоздями. Уменьшенные зазоры, существенно сокращают колебания поршня и шум от них. Если вы планируете создать атмосферный двигатель (т.е. без наддува), предназначенный для выдачи максимальной мощности в диапазоне оборотов от 4.500 до 5.000 об/мин, то обычные литые поршни будут работать достаточно хорошо. Однако, нагрузки и температуры, создаваемые при высоких уровнях мощности и оборотах, требуют использования кованых поршней. Если уровень мощности и другие особенности конструкции двигателя (подобные уникальному размеру отверстия цилиндра или специальному положению поршневого кольца) подтверждают необходимость кованого поршня, то очень важно реализовать то, чтобы требуемый рабочий зазор изменялся определенным образом от одного производителя поршней к другому. Как правило, лучший поршень можно найти, анализируя данные фирм-производителей по зазору поршней. Другими словами, чем больше термическая стабильность сплава, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании, и тем меньше минимальный зазор, который может гарантировать фирма-производитель. Источник: СпортТюнинг.РУ |
Помните, что возможность создания малого зазора между поршнем и стенкой цилиндра без заеданий и чрезмерного «прихватывания» является «активом» с точки зрения уплотнения поршневых колец и низкого шума. Однако, многие из специальных кованых поршней изготовлены из сплавов с высоким коэффициентом термического расширения. Они могут быть довольно стабильными при высоких температурах и больших оборотах, но они не подходят для использования в обычном режиме двигателя. Поршни, которые слабо сидят в цилиндрах, когда двигатель холодный, влияют на топливную эффективность и увеличивают расход масла, токсичность выхлопных газов и т.д. Следовательно, наиболее важные соображения, влияющие на выбор поршня, должны определить поршень, который позволяет достичь как можно меньшего зазора у юбки при всех, а не только «щадящих» условиях работы.В чем преимущества кованых поршней?
Каждый автолюбитель наверняка слышал о кованых поршнях. Данное изделие обладает более лучшими характеристиками, чем литые поршни, применяемые в двигателях серийного производства. Рассмотрим, какие именно преимущества вы получите в случае, если поменяете в своем двигателе литой поршень на кованый, и в каких случаях такая замена будет являться целесообразной и оправданной.
В начале рассмотрим, кому кованые поршни будут не нужны. Если вы используете авто только лишь для того, чтобы добраться от одного населенного пункта до другого, и при этом вы не планируете проводить тюнинг двигателя, повышая тем самым его мощность, то кованый поршень в двигателе вам будет не нужен.
Поршень, изготовленный методом литья, будет вполне в состоянии выдержать возлагаемые на него нагрузки и поэтому тратить деньги на модернизацию силового агрегата не имеет никакого смысла.
Совсем другое дело, если вы решили провести тюнинг двигателя. В этом случае нагрузки на поршневую систему двигателя резко возрастут и тогда могут проявиться некоторые дефекты поршней. Здесь все дело в том, что изделия получаемые методом литья имеют не самое лучшее качество. В таких изделиях образуются микротрещины и небольшие пустоты, которые незаметны глазу и не определяются контрольным оборудованием. При эксплуатации таких изделий возлагаемая на них нагрузках строго дозирована и именно поэтому поршень, изготовленный методом литья вполне способен выдержать нагрузки. Но, как только нагрузки возрастают, напряжение в металле так же начинает расти и следствием этого является то, что металл, в слабых местах начинает разрушаться и может потребоваться ремонт автомобилей. В конечном итоге это приводит к разрушению всего изделия, следовательно, при увеличении мощности двигателя необходимо менять стандартный поршень на кованный.
Поршень, изготовленный методом ковки, не имеет в своей структуре скрытых дефектов и поэтому при тех же габаритных размерах обладает большим запасом прочности. Более того, ковка данного изделия производится из высокремнистых алюминиевых сплавов. Эти сплавы примечательны тем, что способны выдерживать высокие температуры, что для поршневой системы немаловажно, так как во время работы температура на днище поршня может достигать значения в триста пятьдесят градусов. Кроме этого стоит отметить, что литой поршень обладает меньшим весом, чем кованный, что положительно сказывается на ресурсе его эксплуатации и повышения мощности транспортного средства.
- < Назад
- Вперёд >
Чем же кованые поршни лучше широко распространенных литых
Начнем с того, что обычные литые поршни прекрасно подходят для серийных моторов, а технология их изготовления – для массового производства.
Если автомобиль для вас лишь средство доставки из пункта А в пункт Б, не стоит тратиться на замену штатных поршней коваными. Сказанное справедливо и в отношении капитального ремонта движка.
Другое дело – моторы форсированные, спортивные или тюнинговые. Они-то предъявляют повышенные требования к качеству комплектующих, в том числе поршней. Служившие верой и правдой стандартные поршни для этих двигателей тяжеловаты, а их форма неоптимальна. Кроме того, литье порой имеет невидимые глазу дефекты: каверны, пузырьки, вкрапления инородных тел, которые не выловить даже при тщательном контроле. При обычной эксплуатации они могут и не навредить. Но если, основательно доработав силовой агрегат, увеличить его мощность (и тем самым нагрузки), брак постарается заявить о себе: поршень внезапно прогорит, даст трещину и т. д. Владельцы «заряженных» отечественных машин подтвердят, что подобные казусы особенно часты при увеличении рабочего объема цилиндров путем установки коленвала с измененным радиусом кривошипа. В этом случае штатные поршни надо дорабатывать (торцевать), что явно не способствует увеличению их ресурса, привнося дополнительную слабину. Даже если деталь изготовлена идеально, отливка все-таки менее прочна, чем поковка, – сказывается разница в структуре.
На форсированных моторах детали испытывают большие механические и температурные нагрузки (температура на днище поршня, например, достигает 300…350 гр.С ). Поэтому, для производства кованных поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые (содержание Si > 12%) сплавы алюминия, обладающие более высокой жаропрочностью, меньшим коэффициент расширения, лучшими прочностными характеристиками по сравнению с обычными (Si меньше 12%) сплавами, применяемыми для отливок заготовок в кокиль. Качественные заготовки поршней из высококремнистых сплавов получить традиционным методом ( литье в кокиль) получить не удается из-за разных скоростей кристаллизации кремния в объеме отливки (появляются поры).
Поэтому заготовки из этих сплавов получают по более сложным технологиям: жидкой штамповки и изотермической штамповки. В первом случае матрица заполняется расплавом металла и пуасон с заданной скоростью его деформирует.
Во втором варианте штамповка производится из мерных заготовок, полученных из прутка, предварительно «обжатого» через фильеру. Мерная заготовка, пуансон и матрица разогреваются до температуры 400…450 гр.С и начинается процесс штамповки с заданной скоростью. Структура металла заготовок поршней, полученных штамповкой, отличается от литых тем, что она мелкодисперсная и не имеет таких грубых включений кристаллов кремния. В следствии этого материал штампованных поршней обладает повышенными механическими характеристиками не только при нормальной температуре, но и при рабочих температурах в 300…350 гр.С. Более лучшие прочностные характеристики позволяют сделать штампованный поршень более «ажурным», т.е. легче чем литой. К недостаткам штампованных поршней стоит отнести высокую стоимость и необходимость соблюдения при их установке более точных параметров, что требует высокой квалификации моториста.
Итак, в форсированных моторах применение кованых поршней (самыми популярными среди автолюбителей стали кованные поршни МАМИ) если уж не обязательно, то во всяком случае желательно. Но прежде чем говорить об их преимуществах, внесем ясность в терминологию. Точное название процесса не ковка, а изотермическая штамповка, поскольку заготовку поршня получают из прутка выдавливанием без плавления – единственным ходом пресса при постоянной температуре 495±5°С.
По сравнению с литыми штампованные поршни легче и одновременно прочнее, их форма оптимальна для форсированных двигателей, склонность к прогоранию меньше. В подтверждение обратимся к цифрам. Твердость кованых поршней 120–130 ед. по Бриннелю против 80–90 ед. у обычных. Термоциклическая стойкость выше в 5–6 раз. Если литые до появления первых трещин выдерживают в среднем 400 испытательных циклов «нагрев–охлаждение», то штампованные – 2500.
Кроме того, стандартный «жигулевский» поршень диаметром 79 мм весит 376– 380 г, а кованый – на 40 г легче.
Что делает гоночный поршень?
В то время как любой поршень может быть «гоночным», чтобы по-настоящему определить, «что делает гоночный поршень», необходимо углубиться в целенаправленный дизайн и разработку.
Это явно открытый вопрос, потому что в ответе будут выделены сверхсложные поршни, разработанные для Формулы 1 и World Endurance Challenge (WEC), но, чтобы быть полностью буквальным, ответ должен признать вручную модифицированные заводские литые поршни, используемые в Hobby Stock. гонки по местной грунтовой дороге.Ради аргумента, давайте определим гоночный поршень как поршень, который лучше всего подходит для любого строителя, собирающего двигатель для соревнований по автоспорту. Оттуда обсуждение может перейти к более конкретным темам для обсуждения.
«Обычно [гоночный поршень] представляет собой тщательно разработанную конструкцию, которая претерпела множество изменений для оптимизации использования в очень специфических условиях», — сказал Алан Стивенсон, старший технический менеджер по работе с клиентами.
В специально созданный гоночный поршень, например, в этот патрон Top Fuel, многое входит.В первую очередь, гоночный поршень разработан для конкретного применения и обладает конструктивными особенностями, позволяющими однозначно адаптировать его к этому применению.Простое сравнение поршней эпохи маслкаров 60-х годов с современными более продвинутыми продуктами, безусловно, подтвердит эту позицию. Производители улучшили материалы и конструкцию с помощью передового компьютерного моделирования, чтобы повысить мощность и топливную экономичность.
Чтобы начать эту гоночную сессию, рассмотрим основы конструкции алюминиевого поршня.Если нет особых ограничений в правилах, в гонках всегда будет предпочтительнее кованый поршень, а не гипс.
«Кованые изделия — это стандарт, обеспечивающий превосходную гибкость конструкции и наилучшее соотношение цены и качества», — сказал Стивенсон. «Cast не обладает гибкостью и поэтому не может быть развит или оптимизирован. Литые поршни также тяжелые и хрупкие, но их производство дешево ».
Двигатели малой мощности могут выжить и с литыми поршнями, так как они не заметят чрезмерного нагрева или высоких оборотов. Вы мало что можете сделать для улучшения характеристик с помощью литого поршня, кроме как отшлифовать немного металла в заводной головке, чтобы очистить клапаны, если установлен более агрессивный распределительный вал.
В 80-х и 90-х годах заэвтектика стала модным словом в индустрии поршней. Заэвтектический поршень — это поршень, у которого больше 12.5 процентов кремния в его металлическом составе, обычно от 16 до 18 процентов. Стандартный литой алюминиевый поршень содержит от 8 до 10 процентов силикона, что повышает твердость и помогает уменьшить износ вокруг кольцевых канавок, юбки и выступа пальца. Заэвтектический поршень по-прежнему изготавливается методом литья, но этот сплав немного легче, а из-за повышенной прочности отливку можно обрабатывать немного тоньше, чтобы уменьшить еще больший вес.
Кованые поршни изготавливаются из двух разных материалов: алюминия 4032 и 2618.У каждого из них есть уникальный список плюсов и минусов, которые делают его предпочтительным сплавом для различных применений. Тем не менее, кованый поршень будет намного прочнее, и поэтому он доминирует на рынке рабочих характеристик. Есть два алюминиевых сплава, популярных в поковках: SAE 4032 и SAE 2618. Здесь делается другой выбор, который часто отличает или, по крайней мере, является хорошим аргументом в пользу гоночного поршня, хотя один сплав не всегда «лучше», чем Другие.
«Термин« лучше »сложен.«Если бы только один сплав лучше подходил для достижения каждой цели, не было бы нескольких предложений», — объясняет Стивенсон. «4032 меньше расширяется, поэтому требует меньшего холодного зазора, что ведет к более тихой работе. Это может быть важно для двигателей EFI с датчиками детонации. 4032 менее плотный, поэтому данная конструкция будет легче, чем 2618, однако 4032 не имеет такого сопротивления высокотемпературному отжигу, как 2618 ».
Опять же, содержание кремния является определяющим фактором. Поршень 4032 содержит от 11 до 13 процентов кремния, а поршень 2618 — менее 10%.25 процентов. «2618 имеет более высокий предел прочности, лучшее сопротивление отжигу при повышенных температурах и лучшую пластичность. В условиях гонок цель часто состоит в том, чтобы минимизировать вес, не жертвуя долговечностью в условиях высоких температур. По этим причинам 2618 часто получает одобрение, — продолжает Стивенсон.
В поршне слева используются кольца размером 5/64 дюйма. Это очень распространенный размер, используемый во время мускул-карэра. В поршне справа используется более тонкое верхнее кольцо диаметром 1,2 мм. Это уменьшает трение, высвобождая лошадиные силы и позволяя двигателю быстрее набирать обороты.В то время как большинство гоночных поршней изготавливаются из алюминия марки 2618, в гонках высокого класса используются некоторые экзотические материалы — по крайней мере, они были опробованы до запрета. Алюминиево-бериллиевый сплав, который отличается исключительной легкостью, прочностью и превосходными тепловыми свойствами, был разработан Mercedes / Ilmor для команды McLaren Formula 1 в конце 90-х. Однако сплав был быстро запрещен, потому что бериллиевая пыль чрезвычайно опасна, а при пожаре элемент превратится в оксид бериллия, который чрезвычайно токсичен.
Новейшим передовым сплавом для изгнания в автоспорте является композит с металлической матрицей алюминия или MMC. Еще один очень жесткий и легкий сплав, MMC также запрещен Формулой 1, но продолжает вызывать интерес в других областях автоспорта, где правила более открыты.
В течение многих лет ведущие производители двигателей предпочитали заготовки поршней кованым версиям — и, вероятно, не по той причине, о которой вы могли подумать. «Заготовка — это не просто вариант поковки, — сказал Стивенсон. «Заготовки рассматриваются как законченные инженерные решения, которые проходят через несколько итераций архитектурного проектирования с использованием моделирования FEA для оптимизации проекта в очень специфическом наборе условий окружающей среды. Наиболее популярные конфигурации предлагаются в качестве элемента каталога, но если обнаруживается несоответствующая комбинация, именно здесь можно спроектировать и изготовить кованый поршень по индивидуальному заказу всего за пару недель.Это половина нашего дела ».
Другими словами, заготовки поршней в основном используются в проектах разработки в сжатые сроки, когда критические изменения могут быть внесены быстро, не беспокоясь о том, что подходящая поковка недоступна. Споры о прочности заготовки и поковки будут иметь как транспортиры, так и противники с обеих сторон, но, вообще говоря, правильно выполненная поковка будет иметь сильные стороны в структуре зерна, которых не будет у поршневой заготовки. «Вероятно, 98 процентов гоночных формул имеют поддельную опцию, доступную на вторичном рынке», — подтверждает Стивенсон.
Противодетонационные канавки (слева) предназначены для устранения скачков давления, вызванных детонацией. Канавки гидроаккумулятора (справа) обеспечивают дополнительный объем под верхним кольцом, поэтому давление не увеличивается и не пытается вывести верхнее кольцо. В дополнение к улучшенным материалам и передовым методам конструкции были разработаны специальные функции для увеличения мощности за счет тепловой динамики, уменьшения веса или снижения трения.
Ниже приведены некоторые примеры элементов дизайна, зачастую уникальных для гоночных поршней:
Наборы тонких колец
Хотя некоторые экзотические двигатели используют пакеты с двумя кольцами, большинство гоночных приложений придерживаются проверенных схем с тремя кольцами.Что кардинально изменилось, так это толщина этих колец, особенно в Pro Stock и других двигателях, не предназначенных для длительного использования. «Вы уменьшаете трение и массу, высвобождая мощность и позволяя двигателю разгоняться быстрее. Секрет мощности любого двигателя, не имеющего аналогов, заключается в использовании максимально тонких колец, плоско притертых и совмещенных с суперплоской канавкой под кольцо, а также обеспечения минимального осевого и радиального зазора », — добавляет Стивенсон.
Булавки на запястье выполняют важную функцию, но они также тяжелые. Выбор ширины и толщины стенок, подходящих для применения в двигателях, имеет первостепенное значение.Двигатель с круговой гусеницей с сильным обмоткой, скорее всего, будет иметь легкий штифт на запястье из высококачественного сплава, тогда как двигатель с турбонаддувом предпочтет более тяжелый настенный штифт для дополнительной прочности.Канавки для предотвращения детонации, канавка постоянного давления и канавка гидроаккумулятора
«Канавки гидроаккумулятора подходят для каждого поршня, но лучше всего подходят для поршней с газовыми портами», — объясняет Стивенсон. «Они работают по закону Бойля; давление и объем обратно пропорциональны. Из-за нормального вторичного движения (поршневой удар) верхнее кольцо имеет тенденцию на мгновение расстраиваться, поскольку оно быстро меняет направление через ВМТ.Поскольку это происходит около пикового горения, давление сгорания стремится пройти мимо верхнего кольца, пока не стабилизируется. Давление сгорания также проходит в торцевом зазоре кольца. Накопительные канавки почти вдвое превышают объем под верхним кольцом, снижая давление в соответствии с законом Бойля и предотвращая давление на верхнее кольцо с нижней стороны, что способствует колебанию кольца ».
Маленькие и легкие булавки на запястье
Всегда желательно иметь меньший вес, но использование меньшего или более тонкого булавки на запястье может снизить прочность и долговечность двигателя.«Зачастую это происходит за счет использования более качественных и дорогих материалов, но при этом уменьшается масса, чтобы ускорить ускорение двигателя», — добавляет Стивенсон.
Укорачивание юбки поршня — хорошее место для удаления массы, но также может быть обязательным в применениях с толкателем. Поршни Racing также имеют разные профили юбок, чтобы они оставались устойчивыми в канале ствола при высоких оборотах.Короткие юбки
Опять же, внесены дополнительные изменения в конструкцию для уменьшения веса и трения, но эти усилия обычно продиктованы и ограничены архитектурой двигателя, например длиной гильз цилиндров и ходом.«Точка измерения юбки поршня должна оставаться в канале ствола на BDC», — сказал Стивенсон.
Тепловое покрытие и покрытие юбки предназначены для увеличения срока службы поршня и увеличения мощности. Чтобы узнать больше обо всех различных типах покрытий и о том, как они работают, щелкните ЗДЕСЬ.Термические покрытия
Некоторые производители двигателей хотят отводить тепло от поршня, предпочитая, чтобы клапаны и головка блока цилиндров отводили тепло охлаждающей жидкости, а не поршням и кольцам через стенку цилиндра.Тепловые покрытия предназначены для максимального отталкивания тепла от днища поршня, а в некоторых случаях и от камеры сгорания.
Покрытие юбки
«Безусловно, наибольшее трение в двигателе происходит от колец. Дальняя секунда — это подшипники. У юбок минимальное трение, поскольку они скользят по масляной пленке », — говорит Стивенсон. На гоночных поршнях ведущие команды используют покрытия в качестве страховки от перегрева. В условиях OEM и повседневного водителя они используются для защиты от сухого пуска и других ситуаций, когда масло на стенке цилиндра ограничено.
Модификации для конкретных приложений
«Некоторые модификации не подходят для одного типа гонок, в то время как они обычно выполняются на поршнях, сделанных для других типов гонок», — предупреждает Стивенсон. «Некоторые примеры включают вращение выступов, погружение выступов, сверление отверстий в юбках или стойках, а также трехмерное фрезерование под коронкой.”
3D-профилирование — это процедура точного фрезерования, при которой головка поршня сохраняет одинаковую толщину независимо от профиля купола. Этот шаг гарантирует, что корона будет иметь необходимую прочность и термостойкость для конкуренции с наименьшим весом. «Это особенно важно при попытке максимизировать степень сжатия, и его также можно использовать для предохранительных клапанов, чтобы обеспечить более плавное перемещение пламени», — добавляет Стивенсон.
Фактическая конструкция коронки и размеры сброса клапана будут определяться камерой сгорания и геометрией клапана.Еще один сигнал гоночного поршня заключается в том, что производитель двигателя отправит изготовителю поршня пресс-форму камеры сгорания, чтобы конструкция купола точно соответствовала профилю камеры.
Наконец, некоторые производители двигателей требуют очень незначительной корректировки общей формы и размеров поршня в соответствии со своими потребностями. «Форма кулачка / цилиндра юбки и диаметры кольцевых пазов являются частью черного искусства оптимизации конструкции во время программы разработки», — говорит Стивенсон.
Как видите, гоночный поршень может иметь одну или многие из упомянутых функций и модификаций.Ключевым моментом является разработка поршня, который отвечает потребностям производителя двигателя, собирающего двигатель для конкретного соревнования.
Преимущества кованых поршней
Использование кованых поршней гоночными тюнщиками и механиками свидетельствует о возможностях этого конкретного поршня. Разница между обычным или литым поршнем и кованым поршнем заключается в технологии изготовления. Большинство тюнеров и строителей двигателей считают традиционные литые поршни достаточно хорошими, когда дело доходит до заводских настроек, и не имеют недостатков с точки зрения сжатия и срока службы.Литой поршень является наиболее распространенным на всех двигателях массового производства, поскольку процесс литья при изготовлении поршня этого типа предоставляет производителю возможность с низкими затратами.
Технологии производства
Литые поршни изготавливаются с использованием большого специализированного оборудования, состоящего из формы, в которой смесь алюминия, сплавов и силикона заливается для придания формы поршня. В кованых поршнях используется цельная заготовка сплава, которая штампуется с помощью штампа. Форма матрицы определяет размер и форму поршня.
Кованые поршни
Энтузиасты производительности и производители двигателей предпочитают использовать кованые поршни, потому что они более долговечны и легко адаптируются к любой конфигурации, что очень важно при настройке двигателя. В некоторых двигателях может потребоваться нарезка головки поршня для облегчения разгрузки клапана, и этого легко добиться с помощью кованого поршня. Технологии изготовления кованого поршня делают его более прочным, так как в его форме сконцентрирована большая площадь поверхности.
Кованые поршни также просты в производстве, поскольку нет необходимости в большом, тяжелом и дорогом литейном оборудовании, которое используется при производстве литых поршней. Это не обязательно означает, что кованые поршни лучше литых. Фактически, технология, используемая при изготовлении литых поршней, является самой современной по сравнению с методом ковки сплавов.
На самом деле разница заключается в применении.
Характеристики
Основными характеристиками, которые делают кованые поршни превосходными в высокопроизводительных приложениях, являются прочность и долговечность.Высокое содержание кремния в литых поршнях делает их хрупкими по сравнению с кованными. Кремний придает металлу смазывающую способность и примешивается к сплаву для ограничения теплового расширения. Это в первую очередь причина, по которой литые поршни требуют осторожного обращения. Приложенный к нему легкий толчок может привести к разрыву материала. Процесс ковки сжимает молекулы внутри сплава, что приводит к более плотной поверхности по сравнению с литым поршнем.
Верно, что кованые поршни тяжелее литых, но этому противодействует способность обеспечивать высокую степень сжатия внутри двигателя, что позволяет двигателю увеличивать обороты и производить большую мощность.В большинстве моделей автомобилей с турбонаддувом и высокопроизводительных моделей используются кованые поршни, потому что они более устойчивы к чрезмерному нагреву, детонации и давлению, присущим двигателям, ориентированным на производительность.
Модификация двигателя, настроенная для увеличения мощности, выиграет от использования кованого поршня, поскольку высокая устойчивость к неправильному обращению позволяет тюнеру или производителю двигателя вносить дополнительные корректировки для улучшения характеристик двигателя. Кованые поршни также доступны по сравнению с литыми поршнями, которые доступны только в размерах OEM, что затруднено из-за дорогостоящего процесса литья.
Выбор правильного поршня
Стандартный двигатель обойдется литым поршнем, чтобы сэкономить на стоимости. Производители двигателей используют разные теории относительно типа используемого поршня. Кованые поршни более дорогие по сравнению с обычными литыми поршнями и, безусловно, более долговечны с точки зрения сопротивления разрушению при воздействии экстремальных температур внутри камеры сгорания.
Это не означает, что литые поршни не подходят. На самом деле их более чем достаточно для большинства приложений.Автолюбитель должен проанализировать различные факторы, связанные с модификацией двигателя, чтобы принять решение о том, какой тип поршня использовать.
Модифицированные двигатели / двигатели с турбонаддувом
Спросите любого сертифицированного производителя двигателей, и большинство из них согласится с тем, что двигатель с высокой степенью сжатия или с турбонаддувом, ориентированный на производительность, будет работать лучше при использовании кованых поршней. Изготовители двигателей по индивидуальному заказу также предпочитают широкий спектр настраиваемых конструкций, которые предоставляет кованый поршень. Это позволяет им подбирать форму поршня с тем преимуществом, которое они хотят достичь.Это также упрощает правильную настройку и повышает устойчивость двигателя во время испытаний и фактического использования.
Модифицированные двигатели или двигатели с турбонаддувом подвержены более высоким механическим нагрузкам и должны полагаться на прочные детали, разработанные специально для экстремальных условий эксплуатации. Использование кованых поршней в установке двигателя определенно даст очки производительности, которые подойдут для любой предпочтительной модификации двигателя.
Стандартные и слегка настроенные двигатели хорошо сочетаются с традиционными литыми поршнями и не имеют недостатков с точки зрения мощности и производительности.Лучше всего проконсультироваться с профессиональным механиком или производителем двигателей по вопросам модификации двигателя и повышения производительности.
Wiseco Automotive Forged Pistons — Wiseco Piston Inc.
Автомобильные кованые поршни Advantage
Wiseco является лидером на рынке запасных частей, производя кованые поршни высочайшего качества для отечественных автомобилей, компактных спортивных автомобилей и гоночных автомобилей прямо здесь, в США.
Wiseco уникальна тем, что мы производим все наши собственные поршни на собственном производстве и производим все собственные кузнечные инструменты прямо здесь, в США.Это позволяет нам контролировать все аспекты нашего производственного процесса, от необработанного стержня до покрытия готовых деталей на юбке.Кроме того, внутренние дино-испытания дают Wiseco возможность разрабатывать самые современные технологии, такие как новые формы, покрытия и компоненты, и вести отрасль посредством тщательных исследований и разработок. Связывание всех сегментов организации Wiseco посредством проектирования, тестирования, производства и распространения позволяет нам удовлетворять потребности рынка с минимальными сроками выполнения заказа.
Экстремальные гоночные условия требуют прочности и стойкости, которые могут предложить только кованые поршни.По сравнению с литыми поршнями поковки более жесткие и долговечные, и будет противостоять злоупотреблениям, которые требуются для высокопроизводительных автоспортивных приложений. Большинство отливок хрупкие, не имеют зернистой структуры и имеют тенденцию к разрушению. катастрофически при превышении предела текучести материала. Поковки имеют уплотненное зерно, которое соответствует характеристикам детали, что дает более высокие механические свойства, устойчивость к ударам и усталости. Каждая поковка предназначена для оптимизации отношения прочности к весу и повышения производительности.
Piston Engineering / Покрытие ArmorGlide ™
Подробные формы и профили юбок Wiseco очень специфичны для каждого случая применения. Программное обеспечение для программирования переменных кулачков, разработанное собственными силами, позволяет Wiseco производить высококачественные формы, уникальные только для Wiseco. Форма юбки (цилиндр / кулачок) является одной из наиболее функциональных частей поршня и обеспечивает стабильность. и плавность хода в расточке цилиндра. Стабильность важна для надлежащего кольцевого уплотнения, снижения трения и бесшумной работы.
Каждая форма юбки разработана
для конкретного рабочего зазора, основанного на коэффициенте теплового расширения сплава поршня. Некоторые ковочные сплавы расширяются больше, чем литейные,
но каждый поршень Wiseco разработан с надлежащим установленным зазором для обеспечения максимальной мощности, наименьшего износа и наилучшего уплотнения при рабочей температуре для каждого применения.
Сравнение установленных зазоров на литых и кованых деталях не указывает на рабочий зазор при температуре. Инженеры Wiseco имеют большой опыт
во всех формах гоночного применения и производят лучшие формы и дизайн в отрасли.Некоторые из наших кованых поршней имеют новое покрытие юбки ArmorGlide ™, которое является результатом тестирования, разработки и тестирования в рамках строгой внутренней программы Wiseco. Результатом является максимальная прочность покрытия юбки, технология смазки и сцепления, которые работают вместе, чтобы минимизировать трение, максимизировать мощность и обеспечить повышенная износостойкость. ArmorGlide ™ — это не только высокотехнологичная смазка, которая снижает трение, но также позволяет более плотно прилегать поршню внутрь. отверстие обеспечивает лучшее кольцевое уплотнение и снижает шум от поршневых камней.
Пользовательские автомобильные поршни
Инженеры Wiseco специализируются на изготовлении кованых поршней по индивидуальному заказу в точном соответствии с вашими спецификациями. Эти поршни изготавливаются с использованием того же процесса ковки, что и наши запасные части для полок, только они создаются с нуля с использованием
спецификации или примеры поршней, предоставленные заказчиком. Мы производим поршни на заказ для дрэг-рейсинга, кольцевой трассы, автокросса, шоссейных гонок, ралли и др. На протяжении десятилетий, поэтому вы можете доверить нам качественную сборку.Мы гордимся тем, что можем производить практически любой поршень, в то время как другие компании могут этого не делать, потому что он не вписывается в их производственную форму.
Процесс Wiseco
предназначен для выполнения практически любого проекта, который вы нам можете предложить. Если вы хотите, чтобы поршень изготовлен по индивидуальному заказу, перейдите на страницу обслуживания клиентов и заполните запрос на изготовление поршня по индивидуальному заказу.
и мы сообщим вам ценовое предложение и минимальное количество заказа.
для отечественных автомобилей / спорта
Компактные поршни Wiseco для бытовых автомобилей и спорта изготавливаются и обрабатываются на собственной фабрике и обладают полным набором функций, повышающих мощность.Свет утяжеленные поковки, пакеты миллиметровых колец, поковки повышенной прочности, газовые порты, покрытия юбок, смещенные штифты и различные доступны другие функции, чтобы гарантировать, что каждый двигатель превосходит ожидания наших клиентов. Оптимизированные профили юбки минимизируют скалы и обеспечивают длительный срок службы юбки при применении в гладких аппликациях.Вся обработка выполняется на новейшем оборудовании с ЧПУ, чтобы обеспечить самые жесткие допуски в отрасли. Наши компактные поршни Wiseco для бытовых автомобилей и спорта являются первоклассными деталями, созданными для требовательного потребителя, которому нужно только самое лучшее.Некоторые из наших спортивных компактных поршней даже сочетаются с высококачественными азотированными кольцами из стали NPR со вторыми кольцами типа «нейпир». Список приложений для Chevy, Ford, Chrysler, Pontiac, Honda, Acura, Mitsubishi, Toyota и многих других.
Характеристики поршняPro Tru
Поршни Pro Tru кованы и обрабатываются на собственном производстве и предназначены для отличная мощность, долгий срок службы и лучшее соотношение цены и качества. Специальные поковки требуют минимальная обработка и надежный и легкий поршень при минимальных затратах.Проектные работы очень детализированы, чтобы обеспечить новейшие профили юбки поршня для минимальный рок, узкие зазоры и долгий срок службы юбки.Вся обработка выполняется на новейшем оборудовании с ЧПУ, Обеспечение отличной обработки с жесткими допусками. В большинстве поршней Pro Tru используется сплав 4032, однако поршни с большим блоком и некоторые маленькие блоки, предназначенные для закиси азота или наддува, получают более прочный сплав 2618. Поршни Pro Tru обычно производятся для потребителей с ограниченным бюджетом. на внутреннем авторынке работают Бьюик, Шеви, Форд, Додж или Крайслер.
Ниже приведены лишь некоторые из популярных функций наших продуктовых линеек кованых поршней:
- Конструкция гильзы клапана обеспечивает максимальный поток вокруг клапана, что позволяет использовать клапаны увеличенного размера и кулачки с высоким подъемом.
- Формы днища поршня разработаны для обеспечения максимальной эффективности всасываемого заряда за счет продувочной смеси «Поперечный поток» во время перекрытия впускного и выпускного клапанов. Больше топлива и воздуха — больше лошадиных сил. Поршневые купола
- разработаны для оптимального охлаждения во время цикла сжатия / сгорания, что приводит к сопротивлению детонации и преждевременному воспламенению. Конечным результатом является более длительный срок службы двигателя и увеличенный потенциал мощности.
- Прецизионные механически обработанные кольцевые канавки с соответствующим объемом отверстия / аккумулятора рассчитаны на диаметр основания канавки и осевую ширину, обеспечивая отличную чистоту поверхности и плоскостность, максимальное кольцевое уплотнение, а также минимизацию прорыва и расхода масла.
кованых и литых поршней: в чем разница?
Мы посмотрим, чем отличаются кованые поршни от литых и почему кованые детали прочнее и надежнее.
Прочные и надежные детали двигателя могут иметь большее значение, чем некоторые из нас думают, для гонщиков, гонщиков, водителей и механиков. Исходя из личного опыта гонщика и гонщика по бездорожью, я пострадал в серьезной аварии в 1991 году, когда поршень моего мотоцикла вышел из строя при тройном прыжке, заставив меня перелететь через руль, что привело к переломам двух рук, четырем операциям и конец моей профессиональной мечты о гонках.После этого впечатляющего опыта я начал изучать происхождение деталей, используемых в моем велосипеде. Я начал с различий между процессами ковки и литья, включая их преимущества и недостатки. Независимо от причин, по которым мы выбираем детали, мы все должны знать немного больше об их разработке, прежде чем перебрасывать ногу через мотоцикл или садиться за руль гоночного автомобиля.
Жизнь поршня JE начинается с алюминиевого стержня, подвергается ковке и заканчивается полностью обработанным поршнем.Большинство из нас слышали термины «литье» и «ковка» в отношении основы поршней и компонентов двигателя, не задумываясь о том, что разделяет эти два процесса обработки металла. Ковка — это контролируемая деформация металла в определенную форму под действием всесторонней силы, процесс развился из кузнечного дела. Литье — это заливка жидкого металла в форму. Основные различия между ними включают прочность, структурную целостность и устойчивость к ударам и усталости.
Grain Flow
Существенным отличием процесса ковки является получение направленного выравнивания, более известного как поток зерна.Правильный поток зерна позволяет практически полностью исключить структурные дефекты или пустоты, характерные для процесса литья. Когда металл кован, молекулярная структура сплава вынуждена выравниваться по направлению, что придает детали более стабильные прочностные качества. В процессе литья молекулы сплава могут свободно оседать там, где им заблагорассудится, создавая случайную зернистую структуру и открывая потенциал для слабых мест.
Некоторые поковки JE Piston могут выглядеть простыми, но структура зерна алюминия выровнена, что обеспечивает гораздо большую прочность по сравнению с литыми деталями.Простая аналогия помогает объяснить различия на базовом уровне: сравните процесс ковки с изготовлением стола из массива дуба. Материал в самом чистом виде, сохраняет первоначальную ровную структуру, что делает его очень прочным. Теперь сравним процесс литья с OSB (ориентированно-стружечной плитой), смесью древесных частиц, сжатых вместе в неоригинальной форме, что делает ее податливой, но теряет большую часть первоначальных прочностных качеств древесины.
(слева) Структура волокон дуба хорошо выровнена, что создает прочность.Сравните это с кованым алюминием. (Справа) Структура волокон OSB (ориентированно-стружечная плита) случайна, что создает уязвимые области. Сравните это с литым сплавом.Долгая история ковки
Древнее происхождение (еще 4000 г. до н.э.) процесса ковки берет начало в дизайне оружия. Задолго до развития двигателей воины использовали бронзу и кованое железо для производства оружия.
Кузнечный металл восходит к тому времени, когда кузнецы выковывали оружие и другие предметы вручную.Кованое металлическое оружие начиналось с металлического блока, который нагревали до определенной температуры, затем били молотком, ударяли кулаками или иным образом манипулировали до нужной формы.
В отличие от древних времен, современная ковка очень специфична. JE Pistons использует собственное кузнечное предприятие, сертифицированное по ISO 9000, оснащенное тремя механическими ковочными прессами и двумя изотермическими гидравлическими прессами, а также установкой для термообработки аэрокосмического качества для завершения всего процесса. В настоящее время они являются одним из немногих производителей поршней на вторичном рынке в США, обладающих этим преимуществом.
Ковочные прессы: механические и изотермические гидравлические
Основные различия между изотермическими гидравлическими прессами и механическими прессами заключаются в преимуществах, связанных с конкретным применением. Ключевой особенностью механического пресса является высокая производительность. Сила и скорость определяются положением гидроцилиндра, при этом полная номинальная сила доступна только тогда, когда гидроцилиндр находится около нижней мертвой точки. Когда поршни выковываются с помощью механического пресса, температура штампа и шайбы должна оставаться постоянной и контролируемой на протяжении всего процесса.
Механический кузнечный пресс обслуживается двумя людьми, чтобы обеспечить постоянную температуру во время ковки поршней.Основным отличием изотермического гидравлического пресса является использование числового программного управления (ЧПУ). Функции, управляемые компьютером, позволяют прессу иметь полную номинальную силу, доступную на протяжении всего хода поршня. Дополнительные функции позволяют регулировать и контролировать силу и скорость плунжера в течение всего процесса ковки, а также контролировать температуру для облегчения контроля консистенции.Этот метод ковки далек от древних процессов нагрева и ковки металла, но концепция осталась прежней.
Изотермический гидравлический пресс управляется ЧПУ, что позволяет точно контролировать усилие и температуру.Процессы после ковки
Поршни ковки заставляют материал течь и форму вокруг штампа, создавая базовую форму и структуру поршней. После ковки поршни требуют значительной механической обработки, в том числе предохранительных клапанов, юбок, посадочных площадок колец, отверстий под пальцы и других деталей под коронкой.Эта обширная обработка является причиной более высокой стоимости кованых поршней по сравнению с литыми. Поршни JE обрабатываются на ряде современных станков с ЧПУ, что позволяет постоянно соблюдать очень точные размеры и допуски.
После завершения механической обработки кованые поршни проходят термическую обработку JE для аэрокосмической промышленности, которая является не менее важным шагом для обеспечения надежности поршней, превосходящей все ожидания. После этого на некоторые поршни могут быть нанесены покрытия, например покрытие юбки PerfectSkirt.
Ковка имеет долгую историю создания деталей из сплавов, а десятилетия инноваций и новых технологий позволили JE создавать передовые и надежные кованые поршни. Новые методы, приемы и улучшения будут продолжать тестироваться и разрабатываться, чтобы поршневые технологии продолжали развиваться.
Видео: кованые и литые поршни
Вопросы и ответы / Видео и галереи Автор: Мэтт Грисволд 31 июля 2012 г. в 15:31 Каковы преимущества литых поршней по сравнению с кованными? Узнайте, почему модификации с высоким наддувом и высокой мощностью уступают место более дорогим и, как правило, гораздо более прочным кованым поршням.Также узнайте, почему заэвтектические поршни являются хорошим компромиссом среднего уровня между литыми и коваными поршнями и могут помочь вам добиться более жестких допусков. Проверить это.
Теги: Литые поршни, Кованые поршни, Заэвтектические поршни, материал поршня Автор: Мэтт Грисволд После 10-летней карьеры газетного журналиста Мэтт Грисволд еще десять лет писал об автозапчастях и автоспорте.Он входил в состав первоначальной редакционной группы OnAllCylinders, когда она была запущена в 2012 году.Сегодня я отвечу на ваши вопросы о поршнях.
Самый частый вопрос, который мы слышим относительно центров поршня вокруг материала поршня. Собственно, чем отличается литой поршень от кованого? Что ж, разница в основном заключается в производственном процессе.
С помощью литого поршня вы в основном плавите алюминий или сплав, затем превращаете его в форму и быстро охлаждаете. В случае кованого поршня они начинают с куска алюминия или сплава, а затем штампуют поршень непосредственно из этого материала.
Итак, в чем преимущества каждого из них? Что ж, литой поршень, как правило, более доступен, легче и часто достаточно для уличного применения. Кованый поршень обычно намного прочнее литого поршня, и мы рекомендуем их для применения с высокой мощностью или более высокими оборотами.Итак, когда именно нужно переходить к кованому поршню? На самом деле нет порога, который вам нужно пересечь, чтобы перейти к кованому поршню, но если вы собираетесь работать с высоким наддувом, высокими оборотами или высокой мощностью на вашем двигателе, вы определенно захотите ошибиться на стороне осторожность и подойти к кованому поршню.
Другой вопрос, который мы часто слышим, — что такое заэвтектические поршни и чем они отличаются от литых? Гиперэвтектические поршни — хороший компромисс среднего уровня между литыми и коваными поршнями.В процессе литья к расплавленному алюминию перед охлаждением добавляют кремниевую смесь. Этот силикон придает поршням повышенную прочность и улучшенные тепловые характеристики, поэтому тепловое расширение во время работы двигателя не так велико. Это позволяет выполнять гораздо более жесткие допуски. Если у вас есть вопрос относительно поршней или любой другой темы, связанной с высокими эксплуатационными характеристиками, пожалуйста, не стесняйтесь задать вопрос в разделе комментариев ниже.
Как производится кованый поршень
Когда дело доходит до превращения сырых металлических сплавов в полезные вещи, преобладают два процесса: литье и ковка. И то, и другое имеет свое место, но когда приоритетом являются прочность и легкий вес, лучшим методом является ковка. Несмотря на то, что он существует уже более шести тысячелетий, процессы ковки продолжают продвигать вперед уровень искусства, принося нам все: от более острых и прочных кухонных ножей до более экономичных реактивных двигателей, а также вещи, гораздо более близкие нашему сердцу: легче, прочнее поршни.
Ковка определяется как контролируемая деформация металла в желаемую форму под действием силы сжатия. По сути, это кузнец, обрабатывающий изделие с помощью молотка и наковальни, и первые мастера по металлу, трудившиеся в своих кузнях, обнаружили кое-что важное в изделиях, которые они создавали: по сравнению с аналогичными предметами, сделанными из расплавленного и литого металла, они были прочнее и прочнее. более прочный.
Хотя они знали, что готовый продукт превосходен, древние кузнецы не подозревали, что процесс ковки изменяет внутреннюю зернистую структуру металла, выравнивая его в соответствии с направлением приложенной силы и делая его более прочным. более пластичен и обеспечивает более высокую устойчивость к ударам и усталости.Хотя литая металлическая деталь будет иметь однородную структуру с произвольными зернами, ковка может намеренно направить эту структуру таким образом, чтобы придать готовой детали наивысшую структурную целостность из всех процессов металлообработки.
Хотя многие энтузиасты производительности могут поместить детали заготовок в верхнюю часть кучи с точки зрения желательности, реальность такова, что заготовка, из которой они созданы, не имеет свойств направленного зерна, характерных для поковки. Для высокопроизводительных приложений просто нет лучшего выбора, чем кованый компонент.
Современная технология ковки далека от кузнечного огня и наковальни, разжигаемых мехами. На ковочном предприятии Wiseco, сертифицированном по стандарту ISO 9000, поршни начинают свой жизненный цикл как пруток из сертифицированного алюминия, отрезанный до точной длины для образования заготовок. Выбор материала имеет решающее значение. Принято считать, что кованый поршень требует дополнительного зазора между поршнем и отверстием для расширения, что приводит к шуму от хлопка поршня до тех пор, пока двигатель не нагреется до температуры.Но, по словам Дэвида Фасснера, менеджера по исследованиям и разработкам Wiseco, «кованые поршни требуют дополнительного зазора при комнатной температуре. Однако используемый нами кузнечный сплав 4032 содержит около 12 процентов кремния, и это значительно контролирует расширение, почти до такого же уровня, как у литого поршня с 12 процентами кремния. Сплав 2618 расширяется немного больше и требует большего зазора при комнатной температуре, чем сплав 4032 ».
Хотя 4032 более стабилен по размерам в типичном диапазоне рабочих температур, наблюдаемых внутри двигателя, он уступает небольшое преимущество в пластичности до 2618, который имеет содержание кремния менее 0.2 процента. Это делает 2618 лучшим выбором для приложений, где может возникнуть детонация, таких как гоночные двигатели, работающие с высоким наддувом или большими дозами закиси азота. Более щадящий характер сплава с низким содержанием кремния в этих случаях компенсирует компромисс между повышенным износом и более коротким сроком службы по сравнению с 4032.
После резки до нужного размера заготовки нагреваются до заданной температуры и перемещаются в сам ковочный пресс. который также поддерживается при контролируемой температуре. В Wiseco используются два различных типа прессов: механические и гидравлические.Оба имеют долгую историю производства, и у каждого есть свои сильные стороны. Механические кузнечные прессы хорошо подходят для высоких темпов производства, помогая поддерживать доступную общую стоимость высококачественных кованых компонентов. Преимущество гидравлических прессов в том, что они регулируются по скорости и усилию на протяжении всего процесса, что позволяет лучше контролировать поток материала, что может быть использовано для производства кованых компонентов с еще более точно контролируемыми физическими свойствами.
2/10
Независимо от типа пресса, поршни выковываются с использованием процесса «обратной экструзии», когда материал из заготовки течет обратно и вокруг опускающегося пуансона, образуя чашеобразную поковку.Представьте неподвижную часть пресса (матрицу) как зеркальное отображение верхней части поршня, а пуансон — как зеркальное отображение нижней стороны. По мере опускания пуансона шайба принимает форму грубого поршня, при этом материал течет вверх по сторонам матрицы и пуансона, образуя юбку. Весь этот процесс происходит в миллисекундах (на механическом прессе), и важнейшие напряжения течения материала определяются скоростью (или скоростью) деформации и нагрузкой, прикладываемой прессом.
Помимо трех механических кузнечных прессов, Wiseco также имеет два собственных изотермических гидравлических пресса. Эти современные прессы очень точно поддерживают температуру заготовки поршня, матрицы и пуансона за счет компьютерного управления, обеспечивая более точные размеры и геометрию готовых деталей, а также позволяя создавать более сложные конструкции. удачно ковка, и даже создание поковок из композитных материалов с металлической матрицей.
После завершения процесса ковки компоненты переходят к термообработке.Здесь поршни подвергаются тщательно контролируемому процессу нагрева и охлаждения, который снимает напряжение, возникающее во время ковки, увеличивает общую прочность и пластичность металла и обеспечивает желаемые характеристики твердости поверхности.
В то время как отливка позволяет получать детали прямо из формы, которые очень близки к их окончательной форме, поковки требуют немного большего внимания. Фусснер объясняет: «В специальной поковке для определенной цели внутренняя часть поковки находится почти на пределе, когда она выходит из ковочного пресса.А в некоторых случаях мы также изготавливаем окантовку купола с карманами для клапанов и некоторыми другими особенностями. Помимо этих элементов, большинство других функций требуют механической обработки ».
Одна базовая поковка может служить отправной точкой для многих различных типов готовых поршней, в отличие от отливок, которые обычно уникальны для одной конструкции или небольшой группы очень похожих конструкций. Независимо от метода изготовления заготовки поршня, для создания готовой детали требуется определенная степень окончательной обработки.«Приблизительно, я бы сказал, что около 75 процентов поковки потребует механической обработки». Литые поршни также требуют чистовой обработки на станке с ЧПУ, но она почти всегда менее обширна, чем аналогичный кованый поршень. «Это основная причина, по которой кованые поршни дороже, чем литые», — добавляет Фусснер.
Другой причиной дополнительных затрат на ковку является значительная стоимость первоначального инструмента для штампа и пуансона, который должен быть изготовлен в соответствии со строгими спецификациями и быть достаточно прочным, чтобы выдержать бесчисленные циклы ковочного пресса.Пер Фусснер: «Мы контролируем эти расходы, производя все наши кузнечные инструменты в штаб-квартире Wiseco в Менторе, штат Огайо». Возможность изготавливать собственные инструменты, ковку и собственное оборудование для термообработки делает их единственным производителем кованых поршней на вторичном рынке в США, обладающим такими уникальными возможностями.
Несмотря на то, что ковка — это технология, древняя как железный век, она по-прежнему является бесспорным королем технологий производства легких, прочных и долговечных компонентов.
3/10
Хотя ковка — это процесс обработки металлов, которому тысячи лет, это по-прежнему лучший метод для производства компонентов с высочайшей прочностью и долговечностью.
4/10
5/10
Кованые поршниWiseco начинаются как пруток из сертифицированного алюминиевого сплава 2618 или 4032.После того, как они нарезаются на «шайбы» точного размера, они готовы к предварительному нагреву для подготовки к ковке.
6/10
Кованые поршниWiseco начинаются как пруток из сертифицированного алюминиевого сплава 2618 или 4032. После того, как они нарезаются на «шайбы» точного размера, они готовы к предварительному нагреву для подготовки к ковке.
7/10
В кузнечных изотермических гидравлических прессахWiseco используется точный цифровой контроль температуры сырья, пуансона и матрицы, а также давления, оказываемого во время полного движения кузницы. Это позволяет очень точно контролировать физические свойства готовой поковки.
8/10
После того, как шайба (слева) была преобразована в кованую заготовку (в центре), ей еще предстоит пройти путь, прежде чем она станет готовым поршнем (справа).
9/10
Помимо прочности, кованые поршни гораздо ближе к своей чистой форме еще до начала обработки.Эти поршни Pro Tru Street имеют впрессованные в них клапанные карманы и купола, что снижает объем требуемой механической обработки и, как следствие, их стоимость.
10/10
После механической обработки и любых покрытий, которые могут быть частью смеси, готовые поршни просто нужно упаковать.
Фотографии Марка Гирхарта и Кевина Бейли
Кованые поршни в сравнении с литыми — themusclecarguy.net
При создании двигателя для маслкара одно решение — использовать кованые поршни, а не литые. Хотя большинство людей знают, что кованые поршни сильнее, я не уверен, что все знают, почему.
Изображение предоставлено matchity, на Flickr
Когда вы думаете об этом, удивительно, что ваши поршни не превращаются в груду расплавленного алюминия в масляном поддоне.Алюминий плавится при температуре около 1250 градусов по Фаренгейту, и температура сгорания может превышать это значение. Как поршень выживает, так это то, что, поскольку он алюминиевый, он может быстро перемещать головку, чтобы оставаться холодным. Это будет работать некоторое время, но через некоторое время поршень больше не сможет передавать достаточно тепла другим частям поршня и стенкам цилиндра. Еще помогает то, что рядом с поршнем находится тонкий слой более холодного газа, который действует как буфер, помогая поршню оставаться холодным.Вот почему детонация или звон так опасны, фронт пламени слишком рано поражает поршень и смывает часть или весь этот слой газа и может расплавить поршень. Вот почему вы видите серые пятна на свече зажигания, если у вас было достаточно детонации, поршень расплавился, и его капли попали на свечи зажигания.
Как я упоминал ранее, автомобильные поршни сделаны из алюминия, фактически из алюминиевого сплава, который также содержит кремний. Силикон добавляется для упрочнения алюминия, а также для уменьшения расширения из-за повышенных температур.
Литые поршни изготавливаются путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в форму, имеющую форму поршня. После охлаждения и затвердевания поршни обрабатываются до окончательной формы и размеров. Это менее затратный способ производства поршней, поскольку требует минимального машинного труда.
Кованые поршни изготавливаются путем нагревания куска алюминиевого сплава и использования пресса для сжатия или придания ему грубой формы поршня с применением большого давления. Это уплотняет структуру алюминиевого сплава в поршне, делая его более прочным.Это также приводит к большему тепловому расширению поршня из-за более плотной структуры сплава.
Есть третий тип поршня, заэвтектический. Это означает, что в нем более высокий уровень кремния, чем в стандартном литом поршне. Это все еще литой поршень, но он прочнее и имеет меньшее тепловое расширение. Это позволяет ему плотнее входить в цилиндр и иметь меньший зазор между кольцами, поскольку он не так сильно расширяется.
До какого возраста рекомендуется кормить ребенка грудью. Какие преимущества дает длительное грудное вскармливание. Когда лучше всего отлучать ребенка от груди. Что говорят об этом эксперты . . .
Почему не рекомендуется трогать пупок грязными руками. Какие могут быть последствия частого прикосновения к пупку. Как правильно ухаживать за пупком у взрослых и детей. Действительно . . .