钢质活塞结构工艺分析及制造

• 作 者: 王洪民
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 发动机 活塞 建模 有限元分析 摩擦焊 热模锻

自1860年第一台发动机问世以来，活塞应用于发动机的历史已经延续了近一个半世纪。发动机发展的历史是一个低功率、低效率、低转速向大功率、高效率、高速度发展的过程。特别是近几十年来，由于更多的新技术、新材料被应用，发动机性能有了进一步的提高。活塞作为发动机心脏零件，必须具有承受更高热负荷和机械负荷的能力。而铝合金用作活塞材料，其性能几经优化与改善，已经达到极限，已经不能满足发动机进一步提高功率的要求，采用新的活塞材料和新结构成为必然趋势。 钢铁材料由于其高强度、高的热力学性能和优良的热加工和机械加工工艺性，成为进一步提高活塞性能的首选材料。其中40Cr和42CrMo、HT250、QT-600等材料已经被应用于中低速、大马力内燃机车活塞制造，并表现出了优良的特性。但是，钢铁材料由于具有较大的密度，不经过特殊的结构设计，不易满足发动机轻量化设计的要求，所以在中小缸径大马力发动机上的应用还不多见。 本文结合国内外钢铁材料在活塞上的应用，提出了一种适用于中小缸径发动机的钢质活塞结构——摩擦焊接组合式活塞，并利用几种活塞分析软件和发动机台架试验，对该种钢质活塞结构进行了认真分析和试验对比。同时结合材料成型与加工原理，分析了各种活塞结构工艺性的优劣，从理论和实践上确定了中小缸径发动机进一步提高功率的途径。