2．結(jié)構(gòu)形狀改進(jìn)
幾十年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)提出了許多改進(jìn)，而將第一道氣環(huán)改成桶面環(huán)的成效最顯著。因?yàn)椋懊姝h(huán)有一系列的優(yōu)點(diǎn)，就磨損而言，桶面環(huán)不管向上還是向下運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑油均能靠油楔作用把環(huán)浮起，保證良好的潤(rùn)滑。另外桶面環(huán)還能避免棱緣負(fù)荷。目前，在強(qiáng)化柴油機(jī)中已普遍采用桶面環(huán)作為第一道環(huán)，其他類型的柴油機(jī)中也較普遍地采用了桶面環(huán)。
至于油環(huán)，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在普遍采用的內(nèi)撐螺旋彈簧鑄鐵油環(huán)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，這種油環(huán)本身撓性很好，對(duì)變形后的汽缸套有極好的適應(yīng)性，從而可以保持良好的潤(rùn)滑，減少磨損。
為減少活塞環(huán)的磨損，對(duì)活塞環(huán)組的斷面結(jié)構(gòu)形狀要進(jìn)行合理的搭配，保持良好的密封和潤(rùn)滑油膜。
另外，為減少活塞環(huán)的磨損，對(duì)汽缸套和活塞的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，如斯太爾WD615發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套采用平臺(tái)網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，在磨合過程中，汽缸套和活塞環(huán)的接觸面積減少，能保持液體潤(rùn)滑，磨損量極��；再者，網(wǎng)紋起貯油槽作用，提高了汽缸套保持潤(rùn)滑油的能力，因此，對(duì)減少活塞環(huán)和汽缸套的磨損十分有利�，F(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用了這種汽缸套結(jié)構(gòu)形狀。為減少活塞環(huán)上下端面的磨損，活塞環(huán)和環(huán)槽的端面要保持適當(dāng)?shù)拈g隙，以避免過大的沖擊負(fù)荷。另外，在活塞上環(huán)槽鑲嵌耐磨奧氏體鑄鐵襯圈，也可以減少上下端面的磨損，但這種方法除特殊情況外沒必要全面推廣。因它的工藝較難掌握，成本也較高。
3．表面處理
能比較明顯減少活塞環(huán)磨損的方法是進(jìn)行表面處理�，F(xiàn)在采用的表面處理方法很多，就其作用而言，可歸納為以下三大類：
�。岣弑砻嬗捕纫詼p少磨料磨損。即在環(huán)的工作表面上形成一種非常硬的金屬層，使松軟的鑄鐵磨料不易嵌入其表面，提高環(huán)的耐磨性。現(xiàn)在最廣泛采用的是松孔鍍鉻，不僅鍍鉻層硬度很高（HV800～1000），摩擦系數(shù)很小，而且松孔鍍鉻層具有良好的貯油結(jié)構(gòu)，因此能顯著提高活塞環(huán)的耐磨性。另外，鍍鉻成本低，穩(wěn)定性好，在大多數(shù)情況下均具有較好使用性能。因此，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的第一道環(huán)都使用鍍鉻環(huán)，而油環(huán)也幾乎百分之百使用鍍鉻環(huán)。實(shí)踐證明，活塞環(huán)鍍鉻后，不僅其本身的磨損小，而且其它沒有鍍鉻的活塞環(huán)和缸套磨損也小。
對(duì)高速或強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其活塞環(huán)不僅要外圓表面鍍鉻，而且上下端面也要鍍鉻，減少端面磨損，所有環(huán)組外園面最好全部鍍鉻，以減少整個(gè)活塞環(huán)組的磨損。
�。纳苹钊h(huán)工作表面的貯油能力和抗熔著能力以防熔著磨損�；钊h(huán)工作表面上的潤(rùn)滑油膜在高溫下被破壞，有時(shí)會(huì)形成干摩擦，如果在活塞環(huán)表面施加一層具有貯存機(jī)油及抗熔著的表面覆層，則能減少熔著磨損，提高環(huán)的抗拉缸能力�；钊h(huán)噴鉬就具有極高的抗熔著磨損能力。一方面由于噴鉬層是多孔組織的貯油結(jié)構(gòu)覆層；另一方面鉬的熔點(diǎn)比較高(2630℃)，干摩擦?xí)r仍能有效地工作。在這種情況下，噴鉬環(huán)比鍍鉻環(huán)有更高的抗熔著能力。如R4100型柴油機(jī)，開始時(shí)采用鍍鉻環(huán)，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)拉缸，采用噴鉬環(huán)后基本上解決了該問題。但噴鉬環(huán)耐磨料磨損能力比鍍鉻環(huán)差，另外，噴鉬環(huán)成本較高且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難以穩(wěn)定。因此除非十分需要噴鉬外，最好采用鍍鉻。
�。纳瞥跗谀ズ系谋砻嫣幚怼＿@種表面處理是在活塞環(huán)表面覆蓋一層適當(dāng)軟度、富有彈性的易損物質(zhì)，使環(huán)與汽缸套突出部分相接觸而加速磨損，從而縮短磨合期，使環(huán)良好地進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。目前較普遍采用的是磷化處理。在活塞環(huán)表面上形成一種質(zhì)地柔軟、易于磨損的磷化膜，由于磷化處理所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高，所以在小型發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)工藝上普遍采用。另外，鍍錫和氧化處理也可改善初期磨合。
在活塞環(huán)表面處理中，鍍鉻和噴鉬是最普遍采用的方法。另外，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)種類、結(jié)構(gòu)、用途及工況不同也有采用其他的表面處理方法的，如軟氮化處理、硫化處理、填充四氧化三鐵等。
活塞環(huán)的磨損是一種比較復(fù)雜的現(xiàn)象，形成因素很多，而且往往復(fù)雜交織在一起，因此，在解決活塞環(huán)磨損問題時(shí)，必須全面分析各種因素，以便在設(shè)計(jì)、材料、制造工藝、表面處理和潤(rùn)滑劑等方面合理安排，最終達(dá)到滿意的效果。 |
