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锻钢活塞的设计开发及试验验证

宋树峰  
【摘要】: 内燃机行业是一个技术密集型的行业,虽然其自身存在噪音大、污染严重的缺陷,但是由于其热效率高、动力性优、功率范围宽广、可靠耐久等优点,已经被广泛用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。内燃机的不断发展,从根本上来说,是建立在主要零部件性能和寿命不断改进提高的基础上的。活塞作为内燃机的心脏零件,影响着内燃机的整体性能。近年来,由于内燃机强化程度的不断提高和排放要求的日益严格(欧Ⅲ、欧Ⅳ、欧Ⅴ),传统铝合金活塞越来越难以满足使用要求,特别当内燃机爆发压力超过20MPa时,铝活塞已经不能满足发动机的可靠性要求,因此开发新型活塞变得非常重要。借鉴了国外锻钢活塞设计经验后,在国内某公司6D柴油机动力平台上,设计开发了新型结构的锻钢活塞,此活塞采用大面积内冷油腔结构,优化了活塞型线椭圆尺寸,并采用新的摩擦焊接工艺优化了活塞制造过程。同时利用有限元分析软件,运用材料力学、热力学、动力学理论,对该种锻钢活塞结构,进行了有限元分析,系统地分析了活塞的温度场、应力场及疲劳寿命,分析结果表明,所设计的锻钢活塞能够满足可靠性要求。本论文进一步简要介绍了锻钢活塞的摩擦焊接制造工艺方案及生产过程,并对新型锻钢活塞进行了综合试验验证,包括销孔疲劳试验、温度场试验、活塞定型实验、拉缸试验、1000小时可靠性装机试验等,均顺利通过了以上所有试验,并达到了理想的排放要求。实验表明,锻钢活塞与传统铝合金活塞相比,不仅具有更高的可靠性,同时对降低发动机机油耗、减少漏气量均具有明显改善。以上说明此活塞完全满足发动机的性能要求,并已成功地应用于中重型柴油发动机。


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