《新型高强耐磨铝硅合金活塞研发及应用》

活塞作为发动机最重要的运动件之一,活塞的制造水平对发动机性能的提高起着至关重要的作用,提高发动机活塞的高温强度并降低活塞-缸套副的摩擦损失,提高气缸密封性,是提高发动机动力性和经济性的有效途径之一。活塞的设计水平和制造精度对发动机的排放、油耗、噪音等指标起到关键性作用,为适应对发动机发展的要求,应加速对活塞制造技术的研究该项目为了解决发动机对高性能、轻量化、低排放日益严苛的要求,研究开发出一种可明显提高活塞本身强度和耐磨性的新型高强耐磨铝硅合金活塞。该种活塞在不明显增加成本的同时,强度较普通活塞有明显提升,同时耐磨性也有明显改善。同时由于结构的改进,使活塞质量进一步降低,促进发动机轻量化。

项目在焦作市科技攻关专项的支持下,通过产学研用创新合作,建立了正向研发体系。主要创新点如下:

1、增加微量元素改善材料性能:以ZL109为基本成分,微调Ni的含量,并添加RE、Ti、V、C等对合金成分进行优化。采用含磷中间合金进行初晶硅变质,采用混合稀土进行共晶硅变质,采用混合稀土和含钛中间合金进行基体组织细化处理,采用以上联合处理之后,合金综合力学性能比标准ZL109提高20%以上,其中常温抗拉强度≥250MPa,高温抗拉强度≥100MPa,体积稳定性≤0.02D%,磨损率大大降低。

2、活塞结构设计优化:将耳部旁不受侧力的裙部最大程度的切除,但并不影响活塞自身的承载能力,销座采取内凹式设计。该设计可以减轻重量,减小惯性力,这同时也减小了裙部与缸套的接触面积,从而减小两者间的摩擦,而由于材料的减少,活塞运行过程中销座附近的热变形量也相应减小;在活塞裙部开有一系列平行的微槽,微槽深度为0.013-0.017mm,微槽的间距小于0.3mm,裙部通过表面印刷方式添加一层石墨覆层,裙部微槽有助于在活塞运行过程中储存一定的润滑油,裙部表面通过印刷方式涂覆一层石墨,该石墨层有助于在活塞初始运行时的摩擦过渡。

3、活塞铸造成型创新:开发出对销座壁厚部位直接冷却的模具,对该处快速冷却,不仅可以快速达到顺序凝固,减少铸造缺陷并且该处快速凝固使金相组织更加致密,增加活塞强度及耐磨性能;,4、活塞机加工工艺创新:开发出加工活塞销孔挡圈槽工装,用电子定位,防止操作者在装卡不到位时开车加工,提高加工精度;保障活塞销与活塞同心,减少活塞运行时与缸套摩擦;发出加工活塞工装,在更换活塞加工品种时自动快速记录工作零点减少对刀时间,提高工作效率。

随着节能、减排、绿色环保的要求日益严格,国国六排放标准已经在国内城市逐渐开始实施,发动机的气缸最大爆发压力也随发动机强化程度的增加而日益增加,对发动机高性能、轻量化、低排放的要求日益迫切;通过焦作市科技攻关项目的组织实施,形成年产50万只活塞生产能力;产品配套一汽锡柴、玉柴、开普等并出口美国、英国、俄罗斯等国。

项目产品近三年新增销售收入6479万元;新增利润971万元;并且随着自动浇注机推广应用,使铸造成本降低3%,为以后的大批量推广应用奠定基础;获得授权实用新型专利4件,参与行业标准1项。

成果说明

应用情况、经济效益和社会效益 一、推广应用 随着节能、减排、绿色环保的要求日益严格,国国六排放标准已经在国内城市逐渐开始实施,发动机的气缸最大爆发压力也随发动机强化程度的增加而日益增加,对发动机高性能、轻量化、低排放的要求日益迫切;通过焦作市科技攻关项目的组织实施,形成年产50万只该项目活塞生产能力;产品配套一汽锡柴、玉柴、开普等并出口美国、英国、俄罗斯等国。 产品经一汽解放车有限公司无锡柴油机厂、无锡开普机械有限公司等国内多家公司应用,发动机耐久性好,特别适合于长时间超负荷工作,用户普遍反映良好。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。