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活塞加工及金属模设计【Word+CAD图纸全套】

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活塞加工及金属模设计

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关键词：: x0086 活塞加工金属设计

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摘要····································································································1

ABSTRACT·······················································································2

第一章活塞的运行原理和工作条件················································3

2.1 活塞的运行原理········································································3

2.2 活塞的机械负荷········································································3

2.3 活塞的热负荷···········································································3

2.4 磨损强烈··················································································3

第二章汽油机结构参数得选取·······················································4

1.1 汽缸直径的确定········································································4

1.2 转速n的确定···········································································4

1.3 汽缸工作容积与升功率·······························································4

1.4 缸心距的确定············································································5

1.5 压缩比与燃烧室容积Vc，总容积Va············································5

第三章活塞组的设计·······································································6

3.1 活塞组的设计要求·····································································6

3.2 活塞的材料···············································································6

3.3 活塞各部分尺寸·········································································7

3.4 活塞总尺寸············································································13

第四章活塞加工············································································15

第五章活塞铸造方式的选取及优缺点··········································16

5.1 铸造方式的比较······································································16

5.2 铝合金的铸造方式的选取及优缺点···········································17

第六章金属型的设计·····································································18

6.1 冒口的设计·············································································18

6.2 浇注系统的设计·······································································20

6.3 金属型的设计··········································································21

6.4 金属型芯的设计·····································································26

总结··································································································28

参考文献···························································································29

英文技术资料及其翻译····································································30

QQ截图20150530113555.jpg

侧面2.jpg

侧芯4.jpg

单型芯4.jpg

底面1.jpg

顶盖2.jpg

活塞1.jpg

装配.jpg

内容简介：: 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：活塞加工及金属模设计学号：2007964236 姓名：易维专业：机械设计制造及其自动化指导教师：周里群（教授）系主任：一、主要内容及基本要求 1.检索国内外活塞的发展动态和现状； 2.分析活塞的工作环境； 3.分析活塞的工作条件； 4.分析活塞的工作原理； 5.完成活塞的设计； 6.分析活塞金属型的材料； 7.完成活塞金属型的设计方案的选取； 8.完成活塞金属型的设计； 9.完成毕业论文的文稿工作，要求：使用A4编辑及打印装订成册； 10.技术图纸：活塞图纸一张（A1），金属型零件图纸5张（A4两张，A2两张，A1一张），金属型装配图纸一张（A0）； 11.翻译英文技术资料：翻译国内外活塞相关课题的英文资料。要求：原稿及其翻译打印装订同册。二、重点研究的问题 1.活塞的设计； 2.活塞金属型的设计。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1,2周2活塞的设计第3-5周3金属模具的设计第6-8周4画零件图和装配图第9-12周5写出说明书第13-15周6答辩2010年6月四、应收集的资料及主要参考文献1宫克强特种铸造北京:机械工业出版社，1982 2耿鑫明铝合金金属型铸造北京:国防工业出版社，1976 3王瑞芳金工实习北京:机械工业出版社，2001 4丁阳喜机械制造及其自动化生产实习教程北京;中国铁道出版社，2002 5胡传忻.热加工手册.北京:北京工业大学出版社，2002 6北京机械工程学会铸造专业学会编.铸造技术数据手册.北京:机械工业出版社，1993 7曹岩，李建华.solidworks2004产品设计实例精解.北京:机械工业出版社，2004. 8哈尔滨工业大学.铸造工艺学.北京:机械工业出版社，1985 9铸造专业学会.铸造技术数据手册.北京:机械工业出版社，1993 10贾策，李汉明.solidworks2001实践与提高.重庆:重庆大学出版社，2001 11吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社，2003 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2007964236 姓名易维专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：活塞加工及金属模设计评价项目评价内容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该生选题基本符合培养目标，难度分量适当，与生产实际相结合。综合运用知识能力一般，具备初步设计方案的能力和手段运用，具备一定的外文与计算机应用能力，经济分析能力有待提高。立论正确，论述合理，结构基本符合要求，文字通顺，综合概括能力较差。综合来说本次毕业设计基本符合要求评阅人： 2010年5月日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2007964236 姓名：易维专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书） 43 页图表 10 张论文（设计）题目：活塞加工及金属模设计内容提要：本说明书通过分析活塞的工作环境，工作条件和工作原理结合国内外活塞的发展及其现状，还结合材料的性能，最终决定活塞采用铝合金制造。活塞裙部设计成椭圆形，椭圆长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向，这样能使活塞工作时裙部趁近正圆，不会造成活塞在气缸内卡住。为了防止活塞打到气门，活塞采用凹顶。通过分析，活塞的制造采用用金属型铸造，金属型模具材料使用灰铸铁。金属型铸造有许多优点，能反复使用多次，有永久型铸造之称，并且拆装方便快捷。型芯采用组合式，方便活塞铸造毛坯从模具中取出和型芯从毛坯中取出。指导教师评语指导教师：年月日答辩简要情况及评语答辩小组组长：年月日答辩委员会意见答辩委员会主任：年月日摘要汽车发动机的活塞是发动机中的主要配件之一，它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组，与气缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，并传至气缸壁，而燃烧后气体膨胀所产生的力量也必须经由活塞来吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆的作用将活塞的线性往复运动转换曲轴的旋转运动。活塞的功用是承受气体压力，井通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞项部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下1二作。活塞在气缸内以很高的速度往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件卜工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。现代的活塞设计主要有铸造和锻造两种，而铸造又比锻造简单便宜，但却不及锻造活塞能承受较大的热度和压力。由于活塞与活塞环都必须在高温、高压、高速及临界润滑的状态卜工作，因此长期以来，发动机设计者都为提供一个最佳的设计而不断努力，进而可以从活塞方而来提高引擎的性能。本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。一再次，应用三维CAD软件:Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基木一致，文章介绍的仿真方法为活塞组的结构，优化设计提供了一种新思路。关键词: 活塞气缸盖燃烧室曲轴惯性力附加载荷 ABSTRACT The piston of car motor is one of the main accessorieses in the motor ,it and the piston wreath ,piston sell etc .the spare parts constitute a piston set and cover with air cylinder etc. Constitute combustion room together , bear gas function the dint also sell through a piston and connect the pole motive song stalk to complete inside the work process of ran motor.the oil annoys the combustion produce of hot from the coping of piston absorb , and spread to air cylinder wall , and combustion empress thestrengh produced by air inflation have to also absorb through the piston , the piston will chase combustion air pressure and inertial dint through connect the spread to song stalk up , make use of connect the function of pole exercise the line back and forth of piston to convert revolving of song stalk sport. The effect of piston bears air pressure , and sell to pass to connect a pole to order about song stalk to revolve through a piston , constituting of the piston a coping still a combustion room part .piston under the condition that heat ,high pressure , high speed , lubricate bad work . The piston is exercised with very high speed back and forth in the air cylinder , and speed at constantly variety , this produced very greatly inertial inertial dint and made the piston been subjected to very big of the affixture carry a lotus . The piston is under this bad condition work , will produce to transform and accelerate to wear away , also produce affixture to carry lotus and heat in response to the dint , be subjected to chemistry of the gas corrosion function in the meantime . Modern of the piston design to mainly have the foundry forging 2 kinds , but cast again than forging simple cheapness , but cannot compare with forging piston can bear bigger heat and pressure . Piston and piston wreaths have to work under the appearance of the heat , high pressure and high speed and the critical lubrication , therefore for long time , the motor designs all continuously make great effort for providing a design , then can raise the function of from the piston .第一章活塞的运行原理和工作条件2.1 活塞的运行原理汽车发动机的活塞是发动机的重要配件之一，它与活塞环，活塞销等零件组成活塞组，与汽缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆的作用将活塞的线性往复运动转换成曲轴的旋转运动。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。2.2 活塞的机械负荷在发动机的工作中，活塞承受的机械载荷包括周期变化的气体压力、往复惯性力以及由此产生的侧向作用力。在机械在和的作用下，活塞各部位承受各种不同的压力：活塞顶部动态弯曲应力；活塞销座承受拉压及弯曲应力；环岸承受弯曲及剪应力。此外，在环槽部及裙部还有较大的磨损。为适应机械负荷，设计活塞时要求各处有适合的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度、刚度的前提下，结构要尽量简单、轻巧，截面变化处的过度要圆滑，以减少应力集中。2.3 活塞的热负荷活塞在气缸内工作时，活塞顶面承受瞬间高温燃气的作用，燃气的最高温度可达20002500。因而活塞顶的温度也很高。活塞不仅温度高，而且温度分布不均匀，各点间有很大的温度梯度，这就成为热应力的根源，正式这些热应力对活塞顶部表面发生的开裂起了重要作用。2.4 磨损强烈发动机在工作中所产生的侧向作用力是较大的，同时，活塞在汽缸中的告诉往复运动，活塞组与汽缸表面之间会产生强烈磨损，由于此处润滑条件较差，磨损情况比较严重。第二章汽油机结构参数的选取1.1 汽缸直径的确定根据设计任务书所提供的设计条件:所一要设计的宇气油发动机的排量为2.0L.平均有效压力： p=0.81.2Mpa活寨平均速度：Cm18m/s根据内燃机学的基本公式：Pe=Pe* Vs * i* n/30tVm=S * n/30Vs=*D2*S/4 其中Pe为发动机的有效功率，Pem为汽缸的工作容积，依题为0.5Li为发动机的汽缸数目，依题为4n为发动机的转速vm为活塞的平均速度，依题为18m/sS为发动机活塞的行程D为发动机的行程数，依题为4根据以上的条件带入公式（1），（2），（3）得：70=0.8*D2*S*4*（30*Cm/S)/30*4计算化简后取D=84mm S=90mm带回原式可以确定n=5500r/m所以基本参数得以确定。缸径行程比S/D 汽油机S/D的取值范围为0.81.2 S/D=90/84=1.071.2 转速n的确定根据内燃机设计(杨连生)P2，汽油机转速在2500-6000n/min之间取n=5000r/m活塞速度Vm=s*n/30=15m/s符合活塞速度小于18m/s的要求1.3 汽缸工作容积与升功率气缸工作容积Vs=D2S/4=0.498L由于平均有效压力Pme范围在0.8Mpa1.2Mpa,取Pme=0.9Mpa。得Pe =Pme*Vs*n*i/30=75Kw气缸工作容积Vs=D2S/4=0.498L升功率 PL=Pme*n/30=37.5KW/L曲柄半径于连杆长度之比=r/1的范围在1/31/4之间，选取=0.3。又因曲柄半径r=45mm所以杆长度为L=r/=45/0.3=150mm1.4 缸心距的确定由于汽油和干缸套的缸心矩Lo/D为1.12 -1.24所以初选Lo/D二1 .2，得Lo=84mm。1.5 压缩比与燃烧室容积Vc，总容积Va 压缩比范围为7一12，根据内燃机学（周保龙)P3O8，受爆燃限制，汽油机压缩比不超过10,取=9 则燃烧室容积Vc=Vs/(一1）62.3 mL汽缸总容积Va=Vc+Vs=(62.3+498.5)=560.8mL.第三章活塞组的设计活塞组包括活塞，活塞销和活塞环等在汽缸里往复运动的零件，他们是发动机中工作条件最严酷的组件。发动机的工作可靠性与使用耐久性，在很大程度上与活塞组的工作情况有关。3.1 活塞组的设计要求（1）要选用强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具有良好减磨性、工艺性的材料；（2）有合理的形状和壁厚。使散热良好，强度、刚度符合条件，尽量减轻重量，避免应力集中；（3）保证燃烧室气密性好，窜气。窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失；（4）在不通工况下都能保持活塞与缸套的最佳配合；（5）减少活塞从燃气吸收的热量，而缸吸收的热量则能顺利地散走；（6）在较低的机油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油。3.2 活塞的材料根据上述对活塞设计的要求，活塞材料应满足如下要求：（1）热强度高。即在300400C高温下任然有足够的机械性能，使零件不致损坏；（2）导热性好，吸热性差。以降低顶部及环区得温度，并减少热应力；（3）膨胀系数小。是活塞与气缸间能保持较小的间隙；（4）比重小。以降低活塞组的往复惯性力，从而降低了曲轴连杆的机械负荷和平衡配重；（5）有良好的减磨性能（即与缸套材料间的摩擦系数较小），耐磨、耐蚀；（6）工艺性好，低廉。在发动机中，灰铸铁由于耐磨性、耐蚀性好、膨胀系数小、热强度搞、成本低、工艺性好等原因，曾广泛的被作为活塞材料。但近几十年来，由于发动机转速日益提高，工作过程不断强化，灰铸铁活塞因此比重大和导热性差两个根本缺点而被逐渐被铝基轻合金活塞所淘汰。铝合金的优缺点于灰铸铁正相反，铝合金比重小，约占有灰铸铁的1/3，结构重量仅占铸铁活塞的5070%。因此其惯性小，这对高速发动机具有重大意义。铝合金另一突出优点是导热性好，其热导系数约为铸铁的34倍，使活塞温度显著下降。对汽油机来说，采用铝活塞还为提高压缩比、改善发动机性能创造了重要的条件。共晶铝硅合金是目前国内外应用最广泛的活塞材料，即可铸造，也可锻造。还硅9%左右的亚共晶铝硅合金，热膨胀系数稍大一些，但由于铸造性能好，适应大量生产工艺的要求，应用也很广。综合分析，该发动机的活塞采用铝硅合金材料铸造而成。3.3 活塞各部分尺寸1 活塞高度HH=1D选择H=84mm2 活塞头部的设计设计要点活塞头部包括活塞顶和环带部分，其主要功用是承受气压力，并通过销座把它传给连杆，同时与活塞环一起配合气缸密封工质。因此，活塞头部的设计要点是：（1）保证它具有足够的机械强度与刚度，以免开裂和产生过大变形，因为环槽的变形过大势必影响活塞的正常工作；（2）保证温度不过高，温差小，防止长生过大的热变形和热应力，为活塞环的正常工作创造良好条件，并避免顶部热疲劳开裂；（3）尺寸尽可能紧凑，因为一般压缩高度H1缩短1个单位，整个发动机高度就可以缩短1.52个单位，并显著减轻活塞重量。而H1则直接受头部尺寸的影响。压缩高度的确定活塞压缩高低的选取将直接影响发动机的总高度，以及汽缸套、集体的尺寸和质量。尽量降低活塞压缩高度是现代发动机活塞设计的一个重要原则，压缩高度H1是有火力按高度h1、环带高度h2、和上群尺寸h3构成的，即 H1=h1+h2+h3为了降低压缩高度，应保证强度的基础上尽量压缩环岸、环槽的高度及销控的直径。（1）第一环位置根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即所谓火力岸高度h1。为缩小H1，当然希望h1尽可能小，但h1过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松弛、粘接等故障。因此火力岸高度的选取原则是：在满足第一环槽热载荷要求的前提下，尽量取得小些。一般汽油机h1=（0.060.12）D，D为活塞直径，该发动机的活塞标准直径D=80.985mm，确定火力高度为： h1=0.09D=0.09x84=7.56 取h1=8mm （2）环带高度为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度b应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。但b太小，使制环工艺困难。在小型高速内燃机上，一般气环高b=1.52.5mm，油高b=25mm。该发动机采用三道活塞环，第一和第二称之为压缩环（气环），第三道环称之为油环。取b1=2mm,b2=2mm,b3=4mm。环岸高度c，应保证它在气压力造成的负荷下不会破坏。当然，第二环岸负荷要比第一环岸负荷小的多，温度也低，只有在第一环岸已破坏的情况下，它才可能被破坏。因此环岸高度一般第一环最大，其他较小。实际发动机的统计表明，c1=（0.040.05）D，c2=（12）b，汽油机接近下限。则 c1=0.045D=4mm, C2=1.5b1=4mm.因此，环带高度h2=b1+c1+b2+c2+b3=16mm。（3）上裙尺寸确定好活塞头部环的布置以后，压缩高度H1最后决定于活塞销轴线到最低环槽（油环槽）的距离h1。为了保证油环工作良好，环在槽中的轴向间隙是很小的，环槽如有较大变形就会使油环卡主而失效。所以在一般设计中，选取活塞上裙尺寸一般应使销座上方油环槽的位置处于销座外径上面，并且保证销座的强度不至因开槽而削弱，同事也不致因销座处材料分布不均引起变形，影响油环工作。综上所述，可以决定活塞的压缩高度H1。对于汽油机H1=（0.350.6）D，所以 H1=0.6xD=0.6x84=50mm. 则 h3=H1-h1-h2=26mm.3 活塞顶和环断面（1）活塞顶活塞顶的形状主要取决于燃烧室的选择和设计。仅从活塞设计角度，为了减轻活塞组的热负荷和应力集中，希望采用受热面积最小、加工最简单的活塞顶形状，即平顶。大多数汽油机正是采用平顶活塞，由于EA1135V1.6L发动机为高压缩比=9.3，因而采用近似于平顶的活塞。实际统计数据表明，活塞顶部最小厚度，汽油机为=（0.060.1）D，即=（0.08x84）=6.72mm。取=8mm。活塞顶接受的热量，主要通过活塞环传出。专门的实验表明，对无强制冷却的活塞来说，经活塞环传到气缸壁的热量占7080%，经活塞本身传到气缸壁的占1020%，而传给曲轴箱空气和机油的仅占10%左右。所以活塞顶厚度应从中央到四周逐渐加大，而且过度圆角r应足够大，使活塞顶吸收的热量能顺利的被导致第二、三环，以减轻第一环的热负荷，并降低了最高温度。活塞头部要安装活塞环，侧壁必须加厚，一般取（0.050.1）D，取0.1D，厚度则为8mm，活塞顶于侧壁之间应该采用较大的过渡圆角，一般取r=（0.050.1）D，取8mm。为了减少积碳和受热，活塞顶表面应光洁，在个别情况下甚至抛光。复杂形状的活塞顶要特别注意避免尖角，所以尖角均自习修圆，以免在高温下熔化。（2）环带断面为了保证高热负荷活塞的环带有足够的壁厚使导热性良好，不让热量过多的集中在最高一环，起平均值为=(1.52.0)t、。正确设计环槽断面和选择环于环槽的配合间隙，对于环和环槽工作的可靠性于耐久性十分重要。槽底圆角一般为0.20.5mm。活塞环岸锐边必须有适当的倒角，否则当岸部于刚壁压紧出现毛刺时，就可能把活塞环卡主，成为严重的漏气和过热的原因，但倒角过大又可能使活塞环漏气增加。一般该倒角为（0.20.5）x45。（3）环岸和环槽环岸和环槽的设计以偶那个保持活塞、活塞环正常工作，降低机油消耗量，防止活塞粘着卡死和异常磨损，起环槽下平面应与活塞轴线垂直，以保证环工作时下边于缸桶接触，减小向上窜机油的可能性。活塞环侧隙在不产生上述损伤的情况下越小越好，目前，第一环于环槽侧隙一般0.050.1mm，二、三环适当小些，为0.030.07mm，油环则更小些，这有利于活塞环工作稳定和降低机油消耗量，侧隙去诶电脑该油环槽中必须设有回油孔，并均匀的布置再主次推力面侧，回油孔对降低机油消耗量有重要意义，三道活塞环的开口间隙及侧隙如表3.1所示：表3.1 活塞环的开口间隙及侧隙活塞环开口间隙/mm侧隙/mm第一道环0.200.400.050.09第二道环0.200.400.030.06第三道环0.250.450.030.06 活塞环的背隙比较大，以免环于草底圆角干涉。一般气环=0.5毫米，油环的则更大些，如图3.1所示。（4）环岸的强度校核在膨胀冲程开始时，在爆发力作用下，第一道活塞环紧压在第一环岸上。由于节流作用，第一环岸上面的压力p1比下面几力p2大得多，不平衡力会在岸根产生很大的弯曲和剪切应力，当应力值超过铝合金在其工作温度下的强度极限或疲劳极限时，岸根有一可能断裂，专门的试验表明，当活塞顶上作用着最高爆发压力pmax时, p10.9pmax 。 p20.2pmax ，如图3.2所示。已知pmax=4.5Mpa，则 p10.9x4.5=4.05Mpa , p20.2x4.5=0.9Mpa , 图3.1 环与环槽的配合间隙及环槽结构图3.2 第一环岸的受力情况环岸是一个厚c1, 内外圆直径为D、D的圆环形板，沿内圆柱面固定，要精确计算同定而的应力比较复杂，可以将其简化为一个简单的悬竹梁进行大致的计算。在通常的尺寸比例下，可假定槽底(岸根)直径D=0.9D=0.8*84=67.2mm, 在槽深t为： t=0.1D=0.1*84=8.5mm于是作用在岸根的弯矩为（p1-p2）*(D2-D2)t/4*2=0.002pmaxD3而环岸根断面的抗弯断面系数近似等于C12*0.9D/6=0.47c13D所以环岸根部危险断面上的弯曲应力 =0.0026pmaxD3/0.47c12D=0.055pmax(D/c1)2=0.055x4.5x(84/3.64)2=1.23N/cm2。同理得剪切应力为： =0.37pmaxD/c1=0.37x4.5x(84/3.64)=37.04N/cm2结合成应力公式为：=38.64N/mm2考虑到铝合金在高温下的强度下降以及环岸根部的应力集中，铝合金的许用应力=3040N/mm2，,校核合格。4 活塞裙部的设计活塞裙部是指活塞头部最低一个环槽以下的那部分活塞。活塞沿气缸往复运动时，依靠裙部起导向作用，并承受山于连杆摆动所产生的侧压力N。所以裙部的设计要求，是保证活塞得到良好的导向，具有足够的实际承压面积，能形成足够厚的润滑油膜，既不因问隙过大发生敲缸，引起噪音和加速损伤，也不因问隙过小而导致活塞拉伤。分析活塞在发动机中工作时裙部的变形情况。首先，活塞受到侧压力的作用。承受侧向力作用的裙部表面，一般只是在两个销孔之间的弧形表面。这样，裙部就有被扭偏的倾向，使它在活塞销座力一向上的尺寸增大:其次，由于加在活塞顶上的爆发压力和惯性力的联合作用，使活塞顶在活塞销座的跨度内发生弯曲变形，使整个活塞在销座方向上的尺寸变大;再次，由于温度升高引起热膨胀，其中销座部分因壁厚较其它部分要厚，所以热膨胀比较严重。三种情况共同作用的结果都使活塞在工作时沿销座方向涨大，使裙部截面的形状变成为“椭圆”形，使得在椭圆形长轴方向上的两个端而与气缸间的间隙消失，以致造成拉毛现像。在这些因素中，机械变形影响一般来说并不严重，主要还是受热膨胀产生变形的影响比较大。因此，为了避免拉毛现象，在活塞裙部一与气缸之间必须预先流出较大的间隙。当然间隙也不能留得过大，否则又会产生敲缸现象。解决这个问题的比较合理的方法应该使尽量减少从活塞头部流向裙部的热量，使裙部的膨胀减低至最小;活塞裙部形状应与活塞的温度分布、裙部壁厚的大小等和适应。本文采用托板式裙部，这样不仅可以减小活塞质量，而且裙部具有较大的弹性，可使裙部.与气缸套装配间隙减小很多，也不会卡死。把活塞裙部的横断面设计成与裙部变形相适应的形状。在设计时把裙部横断截面制成长轴是在垂直与活塞销中心线力一向上，短轴平行于销轴力一向的椭圆形。常用的椭圆形状是按下列公式设计的:=(D-d)(1-cos2)/4式中D、d分别为椭圆的长短轴，如图3.3所示。缸径小于100mm的裙部开槽的活塞，椭圆度()的大小，一般为=0.10.25。图3.3 活塞销裙部的椭圆形状（1）裙部的尺寸活塞裙部是侧压力N的主要承担者。为保证活塞裙表面能保持住必要厚度的润滑油膜，其表而比托q不应超过一定的数值。因此，在决定活塞裙部长度是应保持足够的承压面积，以减少比压和磨损。在确定裙部长度时，首先根据裙部比压最人的允许值，决定需要的最小长度，然后按照结构上的要求加以适当修改。裙部单位面积扭力(裙部比压)按下式计算:q=Nmax/DH2式中：Nmax最大侧作用力，由动计算求得，Nmax=2410.83N D活塞直径，mm； H2裙部高度，mm。取H2=0.46D=0.46X84=37.253mm则 q=2410.83/(80.985x37.253)=0.799Mpa 一般发动机活塞裙部比亚值约为0.51.5Mpa，所以设计合适。（2）销孔的位置活塞销与活塞裙轴线不相交，而是向承受膨胀侧压力的一面(称为主推力面，相对的一面称为次推力面)偏移了12mm，这是因为，如果活塞销巾心布置，即销轴线与活塞轴线相交，则在活塞越过上止点，侧压力作用力一向改变时，活塞从次推力面贴紧气缸壁的一面突然整个地横扫过米变到主推力面贴紧气缸壁的另一面，与气缸发生“拍击”，产生噪音，有损活塞耐久性。如果把活寨销偏心布置，则能使瞬时的过渡变成分布的过渡，并使过渡时刻先于达到最高燃烧托力的时刻，因此改善了发动机的工作平顺性。（3）活塞销座1）活塞销座结构设计活塞销座用以支承活塞，并由此传递功率。销座应当有足够的强度和适当的刚度，使销座能够适应活塞销的变形，避免销座产生应力集中而导致疲劳断裂;同时要有足够的承压表面和较高的耐磨性。活塞销座的内径d。=22mm，活塞销座外径d一般等了于内径的1.41.6倍，取d=1 .5d0=33mm 活塞销的弯曲跨度越小，销的弯曲变形就越小，销一销座系统的工作越可靠，所以，一般设计成连杆小头与活塞销座开挡之间的间隙为4一5mm，但少当制造精度有保证时，两边共2一3mm就足够了，取间隙为3mm。2）验算比压力销座比压力为： q=P/2d0(l-lp)=23.3Mpaq一般qq，因此金属型的工作温度必然升高，所以，每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时一间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常采用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种。 (1)风冷在金属型外围吹风冷却，强化对流散热，其冷却效果与金属型外边的散热而积有关。散热而积大，冷却效果好，故可在金属型背而铸出散热片或散热针。与没有散热片和散热针的金属型比较，冷却效果提高20%30%。如果采用密封风冷，即通压缩空气强制对流，其效果就更好。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低，但冷却效果不十分理想。 (2)间接水冷在金属型背而或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适用于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件，激烈冷却会增加铸件的白口缺陷。为防止金属型在背面强烈冷却时所产生的应力或裂纹，一般在水套与型壁之间镶铸异热性好的材料。(3)直接水冷在金属型的背而或局部直接制出水套，在水套内进行冷却，这主要用于浇注钢件或其他合金铸件，铸型要求强烈冷却的部位。由于向型壁直接喷水，很快将热量带走，冷却效果很好。由于直接冷却，金属型产生的热应力大，故不宜用易裂材料(铸铁)制作，一般用碳钢或合金钢制造金属型，因此成本高，只适用于大批量生产。6.4 金属型芯的设计设计为组合型芯由两侧的单型芯和中间芯组成，方便从毛柸中取出型芯。中间芯宽18，单型芯底部宽15.总结通过为期十四周的毕业设计，使我收获了很多东西。不但学到了很多有用的知识，还学到很多从书本上无法学习到的东西，像编程经验、调错能力、理论与实际相结合、独立动手能力等等，既开阔了视野，增长了知识，又锻炼了自己，同时也认识到了自己的不足。通过一段时间的努力终一于克服了困难，拿出了自己的作品。发现知识的增长果然是个艰苦的过程。指导老师周里群老师给予了我悉心的指导，在整个毕业设计的过程中，周老师从方方而而都给予帮助和支持。从毕业设计任务的提出到最终论文的审阅批改，在每一细节上，周老师都细心的指异，设计中遇到的许多问题，也是在周老师的帮助下得以解决，使我的毕业设计能够顺利完成。在此表示衷心的感谢。周老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他们循循善诱的教异和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。同时也非常感谢的几位同学，他们同样给予了我很大的帮助。参考文献1.宫克强特种铸造北京:机械工业出版社，19822.耿鑫明铝合金金属型铸造北京:国防工业出版社，19763.王瑞芳金工实习北京:机械工业出版社，20014.丁阳喜机械制造及其自动化生产实习教程北京;中国铁道出版社，20025.胡传忻.热加工手册.北京:北京工业大学出版社，20026.北京机械工程学会铸造专业学会编.铸造技术数据手册.北京:机械工业出版社，19937.曹岩，李建华.solidworks2004产品设计实例精解.北京:机械工业出版社，2004.8.哈尔滨工业大学.铸造工艺学.北京:机械工业出版社，19859.铸造专业学会.铸造技术数据手册.北京:机械工业出版社，199310.贾策，李汉明.solidworks2001实践与提高.重庆:重庆大学出版社，200111.吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社，2003附录：英文技术资料及其翻译 1.中文翻译汽车发动机活塞材质的选取及发展趋势活塞被称为发动机的心脏。它是发动机中最重要的零件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体接触，其顶部温度达3008，且温度分布不均匀;在做功行程时活寨顶部承受着很大的气体压力，汽油机达4MPa一5MPa，柴油机高达8MPa一9MPa ，甚至更高;此外，活塞在气缸内往复运动线速度可达，l1m/s一16m/s;在这种恶劣的条件下工作。活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求:密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小;并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。伴随着汽车发动机的不断发展与进步，人们对活塞材料的研究与应用也取得了长足的发展。铝合金活塞材料的发展应用概况世界上最旱的汽车发动机活塞是铸铁的。1911年，铝合金材料以其质轻、良好热传导性以及较低的热膨胀系数等特点的得到人们的关注并开始用于制造活塞。1920年一种Al-Cu-NI-Mg系合金正式成功地应用于汽车发动机活寨，从而证明了铸造铝合金作者简介:1、Al-Cu-NI-Mg系合金该系合金于1920年开始就在英国得到应用。其典型合金代号有LMI4(英)、SAE39美)、AC5A(日)。该类合金的优点是良好的高温强度、导热性、延伸率及耐磨性;但囚其线膨胀系数和密度较大，铸造性能差且含有较多贵重金属价格较贵而被淘汰。2、Al-Cu-Si系合金这类合金的优点是:由于含有一定量的硅，铸造性能较好，切削加工性能一也有所改善;在常温和高温下均有较好的机械、物理性能。在70年代之前，该类合金曾是前苏联等国应用最广泛的一种材料，我国的解放牌CAIOA,CAIOB,CAIOC型汽车活塞一也采用此合金。其典型合金代号有SAE300(美)、A110B(俄)、AC2A(日)。该类合金的缺点是:线膨胀系数较大，因含有较多的Cu，所以体积稳定性不好，会产生永久性“长大”现象引起活塞“咬缸”，所以国内现已停止使用这类材料。3、AI-Si合金由于AI-Si合金线胀系数小、比熏小，耐磨性好，铸造性能好等一系列优点而成为应用于现代发动机活塞制造最广泛的材料。这类合金按含Si量的高低可分为共(业)晶型和过共晶型两大类。4、共晶(亚共晶)型AI-Si合金国内外轻、巾型汽车汽、柴油发动机以及轿车发动机活塞大多采用了共晶(亚共晶)型AI-Si合金。具有代表性的共晶(亚共晶)型AI-Si合金活塞材料的牌号及化学成分见表1。该类合金含I量一般在8.5%一13%，为了提高合金的室温及高温性能在其中加入了Cu Mg Mn Ni等合金元素进行多元合金化。表2所列为共晶(亚共晶)型Al一Si合金活塞材料常温和高温性能。合金中的Cu可提高合金的常温及高温强度，改善合金切削加工性能及表面光洁度;但Cu量过多会使合金密度增大，热裂倾向增大，耐蚀性降低，铸造性能变坏，同时还使合金成本增加。囚而作为活塞用的AI-Si合金应在保证其强度的前提下尽川一能降低含铜量。 Mg也是AI-Si合金中提高合金强度的重要元素，特别是与CU配合使用时可进一步提高合金耐热性。但Mg加入量过多时易在晶界上形成脆性相，反而降低了合金强度。另外Mg还可能造成铸件夹渣，所以Mg的加入量一般控制在0.4%一1.5%。国内厂家多控制在0.7%一1.0%之间。 Mn可以提高合金的热稳定性、高温持久强度和使度，同时还闺一以减少杂质元素对铁的危害。但加入过多的Mn会形成粗大脆性化合物，反而降低合金强度。Mn的加入量多控制在1%以下。国外资料认为。Ni可以提高合金的高温强度及合金热稳定性。如含有Ni的ZLI09比不合Ni的ZLI08体积稳定性好。这对活塞这种零件来说是非常有意义的。但近年来的一些试验研究又表明:加Ni对合金的高温性能并无显著提高国内外汽车发动机活塞材料的发展及应用由于铝硅合金中Si含量超过6%一8%时，组织中便会出现粗针状共晶硅组织，使合金的机械性能降低。因此，共晶(亚共晶)型AI-Si合金需进行变质处理。共晶硅常用的变质元素有Na Sr P Sb RE等，其中国内应用较多的是Na盐变质，效果良好。但Na款变质有效时间较短。同时还会腐蚀增竭给生产带来不便。Sr有较强的变质作用和足够长的变质有效期，但r较贵且变质时会增加合金吸气，故目前还不能取代Na。目前，对于共晶型I-i合金来说(如ZLID9更多地采用了磷变质剂以代替Na变质，且磷变质效果优于Na盐变质而被国内众多活塞制造厂推广使用。现在在汽车发动机上应用最广泛的AI-Si.活塞材料为ZLIQ9（GMahlel24,AC8A),国外著名发动机制造厂(如Cummins Renault等)和国内玉柴、锡柴等发动机制造厂均采用该材料制造的活塞。共晶型AI-Si合金随着发动机对功率、扭矩、噪声、排放的要求越来越高，共晶(亚共晶)型AI-Si合金已难以达到使用性能要求。因此，人们把目光投向另一种更为理想的活塞材料过共晶型AI-Si合金。这类合金含Si量高达17%一26%，而随着Si含量的增加，合金的线胀系数减小，耐磨性和体积稳定性相应提高，且合金密度也随之减小，用其制造发动机活塞，可在设计上缩小气缸筒内壁与活塞之问的问隙，从而提高发动机效率.因此受到世界各国研究者的重视3国外对过共晶型AI-Si合金的研究应用较早，使用范围已从摩托车活塞扩大到载货汽车的活塞上。国内近些年也对该类活塞材料进行了大量的研究，但实际应用的还较少。国内外具有代表性的过共晶AI-Si合金牌号及化学成分见表3。表4为过共晶型AI-Si合金活寨材料常温和高温性能对比。过共晶型活塞合金按Si的含量分为三组:组一为17%一19%，组二为20%一23%，组三为24%一26%。一二组工艺性较好，在实际生产中应用较多;第三组由于si含量高，结晶范围大，铸造工艺性能很差，初晶Si的变质困难。为保证合金满足活塞性能要求。也在其中加入Cu、Mg、Mn Ni Ti RE等等.所起作用与共晶型合金中基本相同。新型铝合金活塞材料的研究及应用美国航空航天局(NASA)马歇尔空间飞行中心(MSFC)两位美籍华人科学家发明了一种名为MS-FC-388高强度铝合金，用于制造EvinrudeE一下TECTM外置发动机活塞，取得了十分令人满意效果与经济效益。其特点是:发动机的噪声大幅度下降，排放的污染显著减少，燃料效率大为提高，使用寿命显著延长，比普通的常规活塞铝合金的强度高1.5倍，生产材料成本比常规合金的低2.21美元/Kg，在260370仍有令人惊奇的强度。该新型铝合金不但满足汽车工业低排放污染物的要求，而且能满足航天器在高温下有很强的耐腐蚀性的要求。此外，国外许多发动机制造商采用锻造铝合金2618(LD7)用于制造各种高级轿车及赛车发动机活塞。图4所示为应用于Ford发动机上的锻造活塞，图5为Chrysler汽车发动机锻铝活塞。国内外汽车发动机活塞材料的发展及应用铝基复合材料的研究及应用在满足内燃机轻量小型化、可靠性和耐久性的情况下，发动机向着高速、大功率、大压缩比的方向发展，其燃烧室内温度和压力变得更高，以往使用的铝合金已达到或接近使用极限。为此，铝基复合材料活塞的开发近年来受到了高度重视4美、日及欧洲工业发达国家在这方面已取得了重要进展，并在车用柴油机上迅速得到了推广。1)碳化硅颗粒增强铸铝活塞粒度为5um-10um，含量为5%一7%的SIC陶瓷颗粒，经过特殊处理后用流变铸造法加入到ZL I中然后挤压铸造成型，可用于活塞的整体或局部增强。该材料的热导率及热膨胀系数各为0. 32w/(m和18x10-6/C)。国内研制的碳化硅颗粒局部增强铝合金活。塞经上海50型拖拉机田间试验证明，第一道环槽导热得到了较大改善，燃烧喉口得到加强，耐磨性比镶奥氏体铸铁圈的活塞要好，活塞质量也得到了加强。2)氧化铝、硅酸铝和硼酸铝短纤增强铝合金活塞(CFR) 该材料采用陶瓷纤维氧化铝或硅酸铝、硼酸铝短纤维增强基体材料(一般为共晶性或亚共晶性Al一Si合金)的活塞(CFR活塞)，与基体铝合金相比，在300时的抗拉强度极限提高20%以上，热膨胀系数降低15%，导热率降低25%，而密度基本不变，耐磨性能优异，热稳定性好、具有更好的高温综合性能6。采用挤压铸造工艺生产的局部增强复合材料活塞，界面结合牢固可靠，成品率高，工艺宽容好，特别适合于经增压、强化的工作条件苛刻的柴油发动机。目前，硼酸铝单晶纤维团粒化坯体，强化活塞第一道环槽和顶部的二冲程汽油机用铝基复合材料活塞，已经在舷外机和摩托雪橇上得到了应用。国外日本丰田ART公司以年产C FR活塞达百万只ll:国内东南大学材料学院与跃进集团及南京金陵汽车配件厂合作的NJ433发动机采用增强基体材料的活塞，通过了1000小时台架试验;与玉柴机器公司、德国马勒(南京)公司合作的YC6112发动机活塞顶部燃烧室周边增强，现已通过一系列试验及技术鉴定并达到批量化生产，迄今已经生产复合材料活塞毛坯20万件。形成年产数千万元的复合材料活塞产业，使陶瓷纤维增强铝基复合材料在我国的汽车发动机行业进入了工业应用阶段。3)国内外其它活塞材料的研究应用随着大马力汽车发动机快速发展，尤其是重型柴油发动机涡轮增压、中冷技术的应用以及大缸径高压缩比、低排放要求的不断提高。传统铝合金活塞材料已无法满足其使用要求，因而国内外众多活塞材料研究机构和制造商推出了许多新型活塞材料。钢顶铝裙材料与铸铝和比，铸钢的机械强度高、耐磨性能好，但加工麻烦，密度大，成本高，对缸套的磨损严重。因此很少全部用铸钢做活塞，而是在一些强化程度高的柴油机上用铸造合金钢(如40CrMn, 4CrlDSi2Mo)做活塞头部，用铸铝做活塞裙部，从而构成了所谓的钢顶铝裙的组合式活寨。该结构的活塞已经在超长冲程的L-G/GBE系列的低迷发动机上得到了应用。法国Renault公司制造的重型商用车用420马力dill发动机也采用了这种结构的活塞。图6所示为德国Mahel活塞有限公司制造的重型商用车用钢顶铝裙的组合式活塞。陶瓷材料陶瓷是各种氧化物、氮化物、碳化物等无机非金属材料的通称。全陶瓷活塞目前还无成功的应用实例，但织合式陶瓷活塞已在特种发动机上得到了一定的应用。五十铃汽车公司所研制的绝热发动机已运行了3500h。据介绍，它的活塞是采用Si3N4活塞头部，用一钢卡环与铸铁裙部连接，头部与裙部之间设置空气隙，并安装一隔热衬垫。这种设计的活塞隔热效果较佳，头部最高温度为700，裙部却只有100200。但由于陶瓷的性能特点、复杂的制造技术和高成本，要使陶瓷活塞大规模地应用于内燃机，还需要做许多研究工作。树脂基复合材料树脂基复合材料作为一种新型的工程材料已广泛应用于国民经济的许多领域，如铸造用的玻璃纤维增强塑料模具和军工用的导弹头锥。美国西密歇根大学采用30%短切石墨纤维增强聚酞业胺树脂基复合材料(260下抗拉强度可达102MPa，延伸率仅为7.2%)制造活塞。囚此材料的耐热温度较低，故在活寨顶部等离子喷涂了一层Mg一A1203尖晶石热障涂层。尔后将该活塞装在了功率为3 .7kw转速为3800r/m的二冲程风冷小型发动机上进行了1500小时台架试验。尽管活塞顶部出现烧蚀，但该复合材料在制造小型活塞仍具有一定的生命力。碳及碳纤维增强碳基复合材料石墨具有自润滑性好、导热率高、耐热性能优良、尺一寸稳定性好、热膨胀系数小、体积密度低等特点。但普通石墨的力学性能不高，使其在活塞材料上一直难于应用。随着等静压成型技术和细结构高强度石噩的发明，综合性能良好的高强度石墨材料在活塞上的应用才真正具有了可能性和现实性。碳纤维增强碳基复合材料除了石墨材料所具有的一切理化性能外具有最优异的高温性能在1700C的惰性环境下抗弯强度为571.9MPa。美国赛车公司在2 .4KW发动机32小时全负荷性能台架试验中发现碳纤维增强碳基复合材料的活塞明显优于铝合金活寨，且活塞顶面完好无损。其成本分析报告指出:按年产25万只碳基复合材料的活塞计算.每只活塞成本为14美元，如果将年产量扩至100万只则单只活塞成本可降到9.1美元，而铝合金活塞的单只成本为6一12美元，由此一可见，碳基复合材料活塞有着广阔的应用前景。结束语现代道路交通设施的完善以及物资流通速度的加快促使汽车工业制造出快速、高效的交通运输工具而对汽车发动机提出了更高的要求:提高发动机转速和功率一活塞工作速度达11m/s16m/s，功率达到450马力或更高。随着汽车发动机向高速化、大功率方向的发展，活塞材料除对常温强度、使度、延伸率、热膨胀系数等性能要求不断提高外，还对其高温性能(如高温拉伸强度、高温疲劳强度、导热率)及耐磨性能提出了更高的要求。因此合理选择活寒制造材料对于新型发动机的开发至关重要。对于轻、中型汽车及轿车用发动机来说，共晶(亚共晶)AI-Si合金以其良好的材料综合性能仍然是制造活塞的首选材料;对于重型大马力发动机而言，钢顶铝裙材料的活塞已经得到大量应用，而在众多活塞新材料中过共晶Al-Si合金、铝基复合材料以及碳纤维增强碳基复合材料均以其优良的材料综合性能以及关键技术的突破、逐步降低的制造成本等优点而最具发展前途。2.英文技术资料 Automobile engine piston material selection and development trend The piston is called the engines heart. It is the most important parts in the engine of one. Its function is withstanding gas pressure, and driven by the piston pin to crankshaft connecting. When the engine work directly with transient temperature, the pistons 22 degrees Celsius temperature gas contact, the top temperatures reached 3008 and temperature distribution uneven; In power stroke ZhaiDing department live under a lot of gas pressure, 4MPa a gasoline engine 5MPa, diesel engine of 8MPa a 9MPa, as even higher; In addition, the piston cylinder reciprocating movement in linear can reach, l1m/s a dedicated 16m/s; In this harsh conditions work. The piston under high temperature and high pressure the heat load and mechanical load. Therefore the pistons as automobile engine transmission of energy a very important component of its material, has special requirements: density is small, light quality, thermal conductivity, good thermal expansion coefficient little; And have enough of the high temperature strength, wear and corrosion resistance, dimension stability is good. Also should have easy to manufacture and cheap characteristics. With the continuous development of automobile engine with progress, people on the research and application of the piston material have also made considerable development. The development and application of aluminium alloy piston material profiles The worlds most drought car engine piston is cast iron. In 1911, aluminum alloy material with its light, good low thermal conductivity and characteristics of thermal expansion coefficient of the focus of peoples attention, and began to get used to manufacture the piston. 1920 a Cu Al - NI - Mg department alloy - officially applied successfully in the automobile engine village, so as to prove the live cast aluminium author introduction:1, Cu - NI Al - of Mg alloy. The department alloy in 1920 start applied in Britain. Its typical alloy code LMI4 (English), there SAE39 beauty), AC5A (date). This alloy is the advantage of good high strength, thermal conductivity, elongation and wear resistance; But its expansion coefficient and the density of the prisoner larger, casting performance is poor and contain more precious metal price is more expensive and be eliminated.2, Cu - Si Al - of alloys This kind of alloy advantage is: because it contains a certain amount of silicon, casting performance is better, machinability a also improved; In normal temperature and high temperatures are good mechanical and physical properties. In the 1970s, this alloy was before the former Soviet union and other countries the most widely used a kind of material, our XieFangPai CAIOA, CAIOB, CAIOC type automobile pistons also USES this alloy a. Its typical alloy code have SAE300 (USA), A110B (Russia), AC2A (date). This alloy steels are defect is: larger, because contain more Cu, so volume stability is bad, will produce permanent grow up phenomenon caused by the piston bite cylinder, therefore the domestic has stopped using this kind of material.3, AI - Si alloys Because the AI - Si alloy linear expansion coefficient than fume small, small, good abrasion resistance, casting performance and so on a series of advantage and be used in modern engine pistons manufacturing the most extensive materials. This kind of alloy according to the discretion of containing Si quantity can be divided into altogether (industry) crystal and eutectic type two kinds big.4, eutectic (the eutectic) type AI - Si alloys Domestic and international light, towel type car gasoline and diesel engine and car engine piston is used mostly the eutectic (the eutectic) type AI - Si alloys. The typical eutectic (the eutectic) type AI - Si alloy piston material grades and the chemical constituents see table 1. These alloys containing I quantity in 8.5% a 13%, general to improve performance and high temperature alloy in which joined Cu Mg alloy elements such as Ni Mn multivariate alloying. Table 2 listed eutectic (the eutectic) type piston material Al a Si alloy normal temperature and high temperature performance. The alloy can improve the Cu alloy is normal and high temperature strength, improve the alloy cutting processing properties and surface finish; But too Cu amount will make alloy density increases, hot tear tendency increases, corrosion resistance is reduced, casting performance becomes worse, also make alloy costs. And as a prison with AI - Si piston in guarantee its strength alloy should be under the premise of a can reduce as sichuan contain copper quantity. Mg is AI - Si alloy improve alloy strength of importance chemical element, especially when used together with CU alloy heat resistance may be further improved. But Mg addition amount in too easily formed on grain boundary brittle phase, the decline in alloy intensity. Another Mg may also cause casting slag, so Mg addition amount general control in 0.4% a 1.5%. Domestic manufacturer is much control in 0.7% a between 1.0%. Mn can improve the thermal stability, high temperature alloy lasting strength and make degrees, also maiden a to reduce the harm of iron impurity element. But to join too many Mn can form bulky brittle compounds, but reduce alloy intensity. Mns addition amount control under 1%. Foreign material think. Ni can improve alloy temperature strength and alloy thermal stability. If the ZLI09 containing Ni Ni than not ZLI08 volume stability of. The pistons for this part is very significant. But in recent years that some of the experimental research and to alloy: addition Ni high-temperature performance and no significant improvement Domestic and foreign automobile engine development and application of the piston material Because al-si alloy Si content in a more than 6% of 8%, organization will appear thick needle eutectic silicon organizations, the mechanical properties of the reduced. Alloy Therefore, eutectic (the eutectic) type AI - Si alloy need to undertake modification. Eutectic silicon common metamorphic elements have making Sr P Sb RE etc, with domestic application more is deteriorating, making good results. Salt But making money metamorphic effective time is short. Also will increase to production safflowerfraie corrosion inconvenience. Sr has the strong metamorphism and enough, but the validity, long metamorphism is expensive and metamorphic when r increased, so is still alloy inspiratory making cannot replace. At present, for eutectic type I - I alloy ZLID9 it (such as more adopted in lieu of phosphorus metamorphic agent making metamorphism, and phosphorus metamorphic effect is better than by making salt metamorphic popularize the use of domestic numerous piston manufacturer. Now in the most widely used car engine on the AI - Si. ZLIQ9 (piston material GMahlel24, for AC8A), foreign famous Cummins engine manufacturer (such as Renault, etc.) and domestic yuchai, tin wood are used as engine manufacturer the material made the pistons.Eutectic type AI - Si alloys With the engine to power, torque, noise, emission requirements more and more high, eutectic (the eutectic) type AI - has been difficult to achieve Si alloy using performance requirements. Therefore, people look to another kind of more ideal piston material - after eutectic type AI - Si alloys. This kind of alloy contain Si quantity as much as 17% a 26%, and with the increase of the content of Si coefficient of linear expansion, alloy decreases accordingly, wear resistance and volume stability improved and alloy decreases, use with density and the manufacturing engine piston, can design on the narrowing of the piston and cylinder tube wall, and ask asked gap. Therefore improve engine efficiency by world researchers attention 3 foreign across eutectic type AI - Si alloy earlier, research and application of use scope has been expanded to bills from motorcycle Detroit auto piston. In recent years for this type of domestic piston material also done a lot of research, but less is of practical application. Domestic and foreign representative had eutectic AI - Si alloy nameplate and chemical composition table 3. Table 4 for eutectic type AI - Si alloy live village materials normal temperature and high temperature performance comparison. After eutectic type piston alloy press Si content is divided into three groups: group one for 17% a 19%, 20% of a 23%, group redquin three 24% a 26%. 123 group good workmanship, applied in practical production more; The third group, due to high levels of si crystallization casting property range, very poorly, the metamorphic difficult wafer si early. To ensure the alloy meet piston performance requirements. Also in Cu, Mg, added Ti RE etc. Ni Mn role in the alloy crystal and basic and same.New aluminum piston material research and application NASA (NASA) Marshall space flight center (MSFC) two chinese-american scientists invented a called MS - FC - 388 high-strength aluminum alloy, is used to make EvinrudeE once TECTM external engine piston, made very satisfactory effect and economic benefits. Its features are: engine noise dropped substantially, the pollution significantly reduce emissions and fuel efficiency greatly improved, the service life is long, and, significantly delayed than ordinary conventional piston alloy strength one-and-a-half times higher than the regular cost of materials, production of low alloy in $2.21 / Kg, 37 260 are still surprising strength. This new aluminum not only meet the auto industry low emission pollutants requirement, and can satisfy the spacecraft at high temperatures have strong corrosion resistance requirements. In addition, many foreign engine manufacturers forged alloy 2618 (LD7) used in manufacturing various limousines and racing engine piston. Figure 4 shows is applied to the starting engines for forging the pistons, figure 5 Chrysler car engine forging aluminium piston. Domestic and foreign automobile engine development and application of the piston materialAluminum matrix composites and application In meet internal combustion engine lightweight miniaturization, reliability and durability, engine under the condition of high speed, high power, big towards the direction of compression ratio, the combustion indoor temperature and pressure becomes higher, ever the aluminum alloy has used at or near use limit. Therefore, aluminum matrix composites developed in recent years of piston by attaches great importance to the 4 the us, Japan and Europe developed countries in this respect has made important progress, and vehicle diesel engine in rapidly expanded.1) silicon carbide particles reinforced aluminum piston For 10um 5um - size, content to 5% a 7% of SIC ceramic particle, through special processing with rheological casting method after joining ZL I and squeeze casting forming, can be used for pistons overall or local enhancement. The material of thermal conductivity and thermal expansion coefficient for 0. Each 32w / (m and 18x10-6 / C). Domestic development of silicon carbide grain locally enhanced aluminum alloy live. Alessio via Shanghai 50 type tractor field experiment proof, a the ring groove is improved greatly heat, burning throat Mouth strengthened, wear resistance than brigandine austenitic iron laps of the piston, piston, quality is enhanced.2) alumina, guisuanlu: and boric acid aluminum alloy piston (CFR staple enhance) This material adopt ceramic fiber alumina or guisuanlu:, short fiber reinforced aluminum borate substrate material (usually eutectic sex or the eutectic sex a Si alloy) Al piston (CFR piston), compared with matrix in 300 , aluminium alloy of tensile strength limit increased by 20% above 15% reduced thermal-expansion coefficient, thermal conductivity reduce 25%, and density basically unchanged, wear-resisting performance is excellent, good thermal stability, has better high temperature comprehensive performance 6. The squeeze casting process production of local reinforced composites with sturdy and reliable piston, interface, high-yield, craft tolerance is good, particularly suitable for the pressurization, strengthen job strict diesel engines. At present, the aluminum borate given photo-cell and single crystal fibre aggregate, strengthen the piston ring grooves and top the first glimpse of two-stroke si engines use aluminum matrix composites in Detroit, has machine and outboard motor sled got applications. Foreign Toyota ART company with annual output C FR piston reach million l l: institute of southeast university materials with domestic leaps group and nanjing jinling automobile fittings factory NJ433 engine adopts strengthen cooperation of substrate material, piston, through the bench test 1,000 hours; And yuchai machine company, Germany gustav mahler (nanjing) the companys cooperation YC6112 engine piston top chamber surrounding enhancement, has been through a series of tests and technical appraisement and achieve PiLiangHua production and, so far, had produced the composites blank million. 20 The form annual tens of millions of dollars the composites industry, make ceramic fiber reinforced aluminum matrix composites in Chinas automobile engine industry into the industrial application stage.3) other domestic and foreign research and application of the piston material With the rapid development of high-powered motor-cars engine, especially heavy diesel engine turbocharged and inter-cooled technology application and big cylinder size high compression ratio, low emission requirements rising. Traditional aluminum alloy piston material has failed to meet the application requirements, and domestic and international numerous piston material research institutions and manufacturers launched many new type piston material.Steel roof aluminum skirt material And aluminum and steel than, the high mechanical strength, good wearproof ability, but processing trouble, big density and high cost of cylinder liner wear, seriously. So rarely do all in cast steel piston, but in some strengthening the high degree of diesel engine by casting alloy steel (such as 40CrMn, 4CrlDSi2Mo) do the pistons, with aluminum do head piston skirt, thus constituted the so-called of the steel roof aluminum skirt combined-type live village. The structure of the piston has long stroke L - G / GBE series of downturn has been applied for the engine. French Renault companies manufacture of heavy commercial use 420 horsepower engine dill adopted the structure of the piston. Figure 6 shows is the German Mahel piston Co., LTD manufacturing heavy commercial use steel roof aluminum skirt combined-type piston.Ceramic materials Ceramics are various oxide, nitrides, carbide inorganic non-metallic materials such as intellectuals. The ceramic piston is still no successful examples of application, but already in woven jewels ceramic pistons on special engine got certain applications. Isuzu car company developed already running 3500h adiabatic engine. According to introducing, its piston is using Si3N4 piston head, with a cast steel loop skirt connection, head and air gap between the skirt, and install set an insulating liner. The design of the piston insulation effect is better, head for the 700 , the highest temperature skirt but only 100 200 . But because ceramic performance characteristic, complicated manufacturing technology and high cost, make ceramic piston large-scale applied in internal combustion en

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