Кованые поршни

Кованые поршни и их преимущества.

Ссылки по теме:

«В форсированном двигателе применены кованые поршни…». Знатокам тюнинга эта фраза знакома, упоминание о кованных поршнях часто встречается в описании конструкций спортивных двигателей.

Поршни двигателя – одна из самых сложных и нагруженных деталей. Современная тенденция в спортивном тюнинге – рост максимальных оборотов двигателя. Следовательно приходиться бороться за массу поршня, ведь чем легче поршень, тем меньше он под действием боковых составляющих сил инерции прижимается к поверхности цилиндра. А значит, меньше будут механические потери, выше мощность, как правило, больше ресурс и выше максимально допустимые обороты двигателя.

В борьбе за снижение массы поршень приобрел оригинальную форму, но напрочь утратил простоту. Во-первых, как известно, металл при нагреве расширяется, причем поршень расширяется неравномерно, больше в направлении, параллельном оси поршневого пальца, и меньше – в плоскости качания шатуна.

Происходит это из-за того, что металла в области бобышек-приливов под поршневой палец больше, и поэтому если, предположим, поршень был бы цилиндрическим в холодном состоянии, то при нагреве до рабочей температуры он станет овальным. Во-вторых, юбка поршня при работе двигателя тоже нагревается неравномерно, и тоже превратиться в изогнутую, как говорят специалисты, «корсетную». Точно также ведет себя и конусная юбка поршня двигателя.

Все это приводит к сокращению пятна контакта поршня с поверхностью цилиндра, повышенному износу, а в худшем случае – задиру, прихватыванию поршней и заклиниванию двигателя. А ведь помимо нагрева, поршень подвергается и давлению газов, и воздействиям сил инерции, и под их влиянием тоже деформируется.

Понятно, что поршень должен быть как можно легче, прочнее и как можно меньше изменять свою форму при нагреве и других воздействиях.

Вот типичный портрет современного поршня для двигателя автомобиля или мотоцикла. Он (поршень) отливается из аллюминиевого сплава с добавлением кремния и в холодном состоянии имеет овальную форму, чтобы при нагреве поршня, в силу упомянутых выше причин, приблизиться к цилиндрической. А для того, чтобы оптимизировать по форме пятно контакта юбки поршня с цилиндром, профиль юбки поршня делают бочкоообразным, причем с запасом, чтобы поршень сохранил форму бочонка и в горячем состоянии.

Кроме того, с целью свести к минимуму температурную деформацию поршня, в тело поршня заливают стальные, термокомпенсирующие вставки, которые призваны удерживать область бобышек от чрезмерного расширения. Главный недостаток литых поршней – процесс литья не свободен от большого процента технологического брака, внутри металла будущего поршня остаются пустоты, возникают трещины. Да и твердость сплава после литья и закалки относительно не высока: 80 единиц по шкале Бринеля.

Поэтому, чтобы соблюсти необходимую прочность литого поршня, его массу приходится увеличивать. К примеру обычный заводской поршень для 16V двигателя ВАЗ, получаемый литьем в кокиль, весит 370 грамм. Как альтернатива заводским, литым поршням появились кованые поршни. В принципе их правильнее называть штампованными, т.к. поршни получают не многократной обработкой давлением, а однократной. Заготовка поршня помещается в матрицу, прижимается пуансоном и полуфабрикат поршня готов. Естественно, окончательную форму поршня он приобретет только после механической обработки.

Штамповка поршня под давлением позволяет упрочнить металл и одновременно сделать поршень гораздо более легким, прочным, надежным и долговечным.

При этом возникает проблема невозможности (вернее большой сложности) запрессовки в поршень термокомпенсирующих вставок и вследствии этого необходимость в более тщательном подборе профиля поршня.

В качестве сырья для изготовления кованных поршней используют высококремнистый алюминий (содержание кремния 10-18%), подвергнутый предварительной деформации, в виде прутка, прошедшего многократную протяжку через фильеры. В процессе такой протяжки сечение прутка уменьшается вчетверо и при этом ликвидируются поры в металле будущего поршня и изменяется его структура. Пруток режется, и болванками закладывается в гидравлический пресс.

Усилие в 250 тонн и температура 500 градусов, поддерживаемая системой индукционного нагрева, делает чудеса: металл будущего поршня, словно пластилин, за несколько секунд растекается между матрицей и пуансоном, принимая форму заготовки поршня. Поскольку процесс изготовления поршня протекает при неизменной температуре, называется он изотермической штамповкой. Постоянный нагрев играет здесь большую роль, ведь если температура в зоне матрицы упадет, то возможна недоштамповка поршня, те неравномерное распределение металла.

Если температура повысится, то алюминий будущего поршня попросту начнет плавиться. В результате изотермической штамповки из предварительно деформированного металла и последующего цикла закалки и обязательного старения, получается заготовка под будущий кованый поршень с высокими механическими характеристиками – твердость 130 единиц и отсутствие технологического брака типа каверн, раковин и трещин. Комплект облеченных поршней версии «Тюнинг» весит на 50 грамм легче, по сравнению со стандартными, заводскими ВАЗовскими поршнями.

для сравнения – стандартный, литой поршень ВАЗ от 16V двигателя ( справа ) и спортивный, Т-образный, кованый поршень производства СТИ. Комплект таких поршней весит на 550 грамм легче, чем комплект стандартных, литых поршней ВАЗ

комплект кованых поршней версии «Тюнинг» для 8V двигателя ВАЗ, кольца поршня 1,5/2,0/3,947мм, поршневой палец 22мм

Что даст установка кованых поршней в двигатель

Ряд технологических особенностей автопрома заимствован из автомобильного спорта. Используемые в нем решения и элементы представляют собой надежные и весьма производительные образцы, одним из которых считаются кованые поршни. Они представляют собой овальные втулки, которые двигаются вертикально в цилиндрах, сжимая смесь топлива и воздуха.

Что лучше – кованый поршень или литой?

Такие поршни являются более подходящими для мощных транспортных средств. Следует заметить, что стоимость их гораздо выше, чем литых аналогов. И если вы приняли решение выполнить тюнинг мотора, установив дорогую деталь, рекомендуется разобраться в необходимости существенного повышения существующей мощности автомобиля.

Считается, что поршни всегда находятся под большой нагрузкой. От их качественного состояния будет полностью зависеть результативность мотора. Да и лишний вес, с которым так сражаются изготовители, играет немаловажное значение.

Особенности поршней

Кованый поршень предназначен для работы под высокими нагрузками, по этой причине его применяют на спортивных и гоночных транспортных средствах. Проще говоря, конструктивные и иные особенности этой детали определяются особенностями ее функционирования. Самым интенсивно воздействующим на поршни фактором во время работы мотора считается температурный режим. От ее воздействия металл расширяется неравномерно.

Такое явление больше проявляется по пальцевой оси поршня и в меньшей степени – по плоскости, в которой качается шатун. От этого поршень с цилиндром соприкасаются неравномерно, что значительно ускоряет изнашивание. В ситуациях, близких к критическим, образуются задиры, указанные детали прихватываются, что вызывает заклинивание ДВС. Кроме температуры, на поршни влияют инерционна сила и давление, которое создается в цилиндре газами.

Особенности изготовления

Кованые поршни могут называться штампованными, потому что изготавливаются именно по такой технологии. В производстве заготовка создается из особых сплавов методами изотермического или жидкого штампования. В них имеются различия, но положительные результаты гарантируются в любом случае.

При изготовлении жидкой штамповки матрица наполняется металлом, применяется пуансон, помогающий деформировать сплав в строгом соответствии с необходимой скоростью. Такая штамповка одноразового типа дает возможность создать полуфабрикат высокого качественного уровня, который в последующем доводят до необходимых параметров, применяя механический способ обработки.

Во втором случае необходима заранее подготовленная заготовка. Ее получают обжатием через фильеру особых прутьев, изготовленных из алюминия, содержащего в себе много кремния. Данная методика позволяет избавиться от пор внутри металла, сделать его структуру лучше.

Далее матрица вместе с заготовкой подвергается нагреву, после чего деталь можно штамповать на гидравлическом прессе. Большие усилия необыкновенно преобразуют деталь. Одновременно с этим постоянный температурный режим помогает равномерно заполнить форму, от чего зависит качество детали.

Кованый поршень не только не имеет раковин и трещинок, но и является более твердым. Весит он на 50 грамм меньше своего аналога, отлитого в заводских условиях. Целый комплект уменьшает вес двигателя внутреннего сгорания на пятьсот грамм.

Такая разработка считается настоящим прорывом в выпуске машин для спортивных гонок, так как в полной мере отвечает существенным нагрузкам в момент состязаний. Эти же кованые поршни используют в форсированных моторах. Они реже прогорают, так как отличаются значительной термоциклической устойчивостью.

Параметры кованых поршней

Чтобы правильно подобрать данную деталь для машины, следует соотнести ее параметры с характеристиками мотора:

1. модель – легче всего выбрать деталь по марке ДВС, потому что изготовителями в большинстве случаев создаются изделия по определенным модификациям двигателей. И если цилиндры расточены, то предназначенные для них поршни по своим расчетным показателям не подойдут. В данном случае их следует выбирать по размерам;
2. размер – выбирая поршень, необходимо соотносить его диаметр с размером цилиндра, принимая во внимание возможное расширение от воздействия температурного режима;
3. сжатие – в технических характеристиках поршней указывается конкретное значение этого показателя;
4. масса – чем меньше вес поршней, тем лучше это для мотора;
5. мощность – на мотор необходимо ставить поршни, соответствующие по запасу прочности. В противном случае, можно ускорить изнашивание и полное разрушение.

Основные отличия от литых аналогов

Такие поршни хорошо работают на обычных моторах, но по определенным причинам для двигателей повышенной мощности считаются непригодными. Масса их несколько выше кованых деталей, да и форма не оптимальна. Литые поршни, изготовленные в заводских условиях, имеют скрытые дефекты, которые во время стандартных условий эксплуатации проявиться не могут.

Но увеличение мощности влечет за собой повышение нагрузочных усилий, которые в первую очередь воздействуют на сам мотор. В этих условиях дефекты приводят к тому, что поршень может прогореть или треснуть.

Отрицательные моменты кованых поршней

Основным недостатком кованого элемента считается его стоимость. Она довольно существенная, зависит от сложности производственного процесса. Еще один недостаток – расходы, связанные с услугами профессионального специалиста по установке поршней.

Многие считают, что кованые поршни придают машине шумность. Но это утверждение относится к машине, которая еще не прогрета. Такая особенность объясняется просто – различиями в коэффициентах на расширение. Из-за этого для кованого поршня следует увеличить зазор между стенками цилиндра. При увеличении температуры поршень расширится, зазор уменьшится, убрав неприятный шум.

Применение

Зачастую данные детали используют при монтаже турбонаддува. Кроме того, в некоторых случаях их применение считается единственным условием, чтобы сохранить ресурс мотора, ведь температура увеличивается, да и нагрузочные усилия на детали растут, что часто считается причиной прогорания поршня. Кованый поршень, как правило, применяется в комплекте с другим коленчатым валом и шатунами, имеющими форму «Н».

Необходимо помнить, что использование кованого поршня определяется в первую очередь особенностями эксплуатации транспортного средства. Для повседневных поездок вполне можно обходиться литыми деталями.

Видео

Основной автор сайта и основатель нескольких автомобильных интернет-проектов

Кованые поршни! (Страница 1 из 3)

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений с 1 по 25 из 70

1 Тема от Yakin 06.03.2010 14:57:23

• Yakin
• Новичок
• Неактивен

• Откуда: Екатеринбург
• Зарегистрирован: 09.02.2010
• Сообщений: 4

Тема: Кованые поршни!

Доброго времени суток всем.
Порылся в поиске,но ничего не нашел,а вопрос у меня такой:
Кованые порни на гражданском моторе. Слышал мол,не оправдано все это,т.к. ПОВЫШЕННЫЙ РАСХОД МАСЛА. Правда ли это. Мол нагрузки в 7-8 тыс.оборотов и литье легко выдержит! Поделитесь опытом те кто юзает ковку и те кто просто знает.
Заранее благодарен.

2 Ответ от coope2 06.03.2010 15:17:55

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

Как можно такое произведение искусства с литьем сравнить: http://www.sti-motor.ru/detpic/20070327223230.jpg ?

3 Ответ от Yakin 06.03.2010 15:29:26

• Yakin
• Новичок
• Неактивен

• Откуда: Екатеринбург
• Зарегистрирован: 09.02.2010
• Сообщений: 4

Re: Кованые поршни!

Значит слухи о повышенном расходе масла на ковке это все брехня.

4 Ответ от one_77 06.03.2010 15:37:11

• 
• one_77
• Местный житель
• Неактивен

• Зарегистрирован: 25.09.2009
• Сообщений: 624
• User Karma: 3

Re: Кованые поршни!

Очень большое значение имеет как собран мотор. У меня 6000 пробег — повышенного расхода масла не наблюдалось даже первое время при обкатке.

5 Ответ от coope2 06.03.2010 15:39:49

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

Значит слухи о повышенном расходе масла на ковке это все брехня.

Все зависит от качества расточки, сборки и эксплуатации. У кого то и с литыми поршнями расход масла равен расходу топлива.
А альтернативы ковке (штамповке) в форсированном двигателе — нет. Например, при диаметре 83 мм и компрессионной высоте 23.9 мм масса поршня составляет 225 г.

Отредактировано coope2 (06.03.2010 15:40:28)

6 Ответ от Pavel 06.03.2010 17:31:50

• 
• Pavel
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Воронеж
• Зарегистрирован: 22.10.2007
• Сообщений: 1,420
• User Karma: 46

Re: Кованые поршни!

Значит слухи о повышенном расходе масла на ковке это все брехня.

А альтернативы ковке (штамповке) в форсированном двигателе — нет. Например, при диаметре 83 мм и компрессионной высоте 23.9 мм масса поршня составляет 225 г.

Олег,есть такие поршни из какогото заэвтектического сплава,по массе меньше,чем «ковка»,по прочности-не уступают,но менее подвержены температурному расширению.Впервые у Коркки Бела прочитал про этот сплав. Наш город далёк от литейного производства,и поэтому с технологией этих поршней никто не знаком. Увы,хотя очень интересная тема могла бы получиться.

7 Ответ от coope2 06.03.2010 17:39:04

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

Интересно, Павел — как они при литье однородную структуру получают, может — «жидкая» штамповка, формульные технологии?
Хотя нам они вряд-ли доступны по цене, но очень интересна сама тема!

8 Ответ от Yakin 06.03.2010 19:40:26

• Yakin
• Новичок
• Неактивен

• Откуда: Екатеринбург
• Зарегистрирован: 09.02.2010
• Сообщений: 4

Re: Кованые поршни!

Ага,спасибо.
Жду еще ответов!!

9 Ответ от Serg112 06.03.2010 22:43:46

• 
• Serg112
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Нижегородская обл., г.Саров
• Зарегистрирован: 03.04.2007
• Сообщений: 3,045
• User Karma:

Re: Кованые поршни!

Тема интересная. Думаю будущее ДВС в применении сверх легких и сверхпрочных материалов. Иначе его смогут вытеснить электромоторы. Как только появятся легкие, мощные, емкие, доступные по цене и «долгоиграющие» АКБ, ДВС на легковом транспорте автоматически канет в лету. Разгон у электрокара — просто урган!

10 Ответ от coope2 07.03.2010 09:58:18

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

А где ты собрался брать энергию для зарядки всех этих АКБ? Из воздуха? Представь сколько нужно построить дополнительных ГЭС, ТЭС, АЭС и т.д., а также полностью новую инфраструктуру для запитки всех силовых АКБ для электротранспорта, откуда столько денег на планете Земля? Тем более все эти ТЭС будут сжигать то же углеводородное топливо. Я даже не говорю про производство и эксплуатацию в таком количестве составляющих АКБ и экологии. Все это красиво звучит и выглядит только — на бумаге.

11 Ответ от Serg112 07.03.2010 17:27:53

• 
• Serg112
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Нижегородская обл., г.Саров
• Зарегистрирован: 03.04.2007
• Сообщений: 3,045
• User Karma:

Re: Кованые поршни!

А где ты собрался брать энергию для зарядки всех этих АКБ? Из воздуха? Представь сколько нужно построить дополнительных ГЭС, ТЭС, АЭС и т.д., а также полностью новую инфраструктуру для запитки всех силовых АКБ для электротранспорта, откуда столько денег на планете Земля? Тем более все эти ТЭС будут сжигать то же углеводородное топливо. Я даже не говорю про производство и эксплуатацию в таком количестве составляющих АКБ и экологии. Все это красиво звучит и выглядит только — на бумаге.

Не спеши! Дело в технологиях и если бы доблесные «нефтянники» не душили такие разработки в зародыше, то работоспособные прототипы давно бы пылесосили наши дороги. Сейчас намечается массовая застройка страны атомными станциями. Электричества может быть просто завались. Все реально, главное что бы правительство повернуло рычаг в нужное русло.
p.s. Когда то считали что паровоз на угле — верх моторостроения ))) Запешите мои слова — будущее за электрокарами )))

12 Ответ от coope2 07.03.2010 18:50:42

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

. Сейчас намечается массовая застройка страны атомными станциями. Запешите мои слова — будущее за электрокарами )))

Ты там у себя и ядерный кар можешь замутить, а остальным смертным остается на скромных, старых, добрых ДВС передвигаться.

13 Ответ от Serg112 07.03.2010 19:00:19

• 
• Serg112
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Нижегородская обл., г.Саров
• Зарегистрирован: 03.04.2007
• Сообщений: 3,045
• User Karma:

Re: Кованые поршни!

Что есть, то есть ))) Но будущее все же вижу именно за этим, и блин кто скажет что это не правильное будущее? ))

14 Ответ от coope2 07.03.2010 19:34:49

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

Обмотки, якори, статоры и т. д. — такое в кошмарном сне не приснится.

15 Ответ от Pavel 07.03.2010 21:42:13

• 
• Pavel
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Воронеж
• Зарегистрирован: 22.10.2007
• Сообщений: 1,420
• User Karma: 46

Re: Кованые поршни!

Интересно, Павел — как они при литье однородную структуру получают, может — «жидкая» штамповка, формульные технологии?
Хотя нам они вряд-ли доступны по цене, но очень интересна сама тема!

В недалёком прошлом в Зелике(Зеленоград) наладили эксперементальное производство литья поршней под давлением,которые показали достойные резалты по меньшему температурному расширению,и обладали всеми достоинсвами ковки. А вообще хотелось бы услышать мнение Дмитрия Закиева по этому вопросу.

16 Ответ от Serg112 07.03.2010 22:27:11

• 
• Serg112
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Нижегородская обл., г.Саров
• Зарегистрирован: 03.04.2007
• Сообщений: 3,045
• User Karma:

Re: Кованые поршни!

Обмотки, якори, статоры и т. д. — такое в кошмарном сне не приснится.

Приснится, приснится! Мега-супер-литивые батареи размером с мобильник — вот наше будущее!

17 Ответ от coope2 08.03.2010 09:13:26

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

. В недалёком прошлом в Зелике(Зеленоград) наладили эксперементальное производство литья поршней под давлением.

Нет данных по массе и размеру?

18 Ответ от coope2 08.03.2010 09:19:44

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

. Мега-супер-литивые батареи размером с мобильник — вот наше будущее!

Фантастическое и несбыточное, тепловой машине еще очень долго не будет равноценной замены, по крайней мере — пока не кончатся запасы водорода и водородосодержащих веществ.

19 Ответ от Serg112 08.03.2010 12:56:57

• 
• Serg112
• Ветеран
• Неактивен

• Откуда: Нижегородская обл., г.Саров
• Зарегистрирован: 03.04.2007
• Сообщений: 3,045
• User Karma:

Re: Кованые поршни!

Никто и не говорил что это случится завтра. Но прогресс неумолим.

20 Ответ от one_77 08.03.2010 15:10:15

• 
• one_77
• Местный житель
• Неактивен

• Зарегистрирован: 25.09.2009
• Сообщений: 624
• User Karma: 3

Re: Кованые поршни!

да уже давно есть эти все технологии.. просто пока нефть всю нам не продали, зачем?

21 Ответ от coope2 08.03.2010 15:35:27

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

Никто и не говорил что это случится завтра.

А быстро ездить нужно сейчас, отсюда вопрос — где взять поршень в ВАЗовский БЦ легче и прочнее кованого?

22 Ответ от coope2 08.03.2010 15:37:11

• coope2
• Ветеран
• Неактивен

• Зарегистрирован: 22.04.2008
• Сообщений: 6,756
• User Karma: 159

Re: Кованые поршни!

да уже давно есть эти все технологии.. просто пока нефть всю нам не продали, зачем?

Чтобы в каждом городе было по АЭС.

23 Ответ от one_77 08.03.2010 15:54:53

• 
• one_77
• Местный житель
• Неактивен

• Зарегистрирован: 25.09.2009
• Сообщений: 624
• User Karma: 3

Re: Кованые поршни!

Утрируешь.. тем более есть куча восполняемых источников энергии на нашей планете.. но опять таки этим ублюдкам выгоднее продавать нам «мирный атом»((( Яркий пример того что главное не экология и другие зеленые и так скажем прочеловеческие темы, а ВЛАСТЬ и ее экономические проявления, это еврейски проект по внедрению электрокаров:

«Предполагается, что машины, появившиеся в рамках данного проекта, будут развивать максимальную скорость 160 километров в час. Они смогут разгоняться с места до сотни менее чем за 10 секунд, а запас хода на одной зарядке аккумуляторов у них составит не менее 160 километров.

Электромобилями займётся Renault (первые опытные образцы уже построены). Nissan же вместе с компанией NEC намерен поставлять проекту новые литиево-фосфатные батареи, отличающиеся несколько меньшей удельной ёмкостью в сравнении с батареями для ноутбуков и мобильников, но при этом — повышенной безопасностью.

Станции зарядки аккумуляторов укажет система навигации. Также владельцы новых машин с нетерпением будут искать на трассах знак «Горячая замена батарей».

Интересно, что стоимость аккумуляторов в отпускную цену новых электромобилей входить не будет. Батареи владельцам таких машин предоставят как часть сервиса. Также партнёры намерены развить сеть парковок с розетками.

А в дальнем пути? После каждых 160 километров ждать, пока батареи наполнятся? Нет, на загородных трассах старые просто заменят новыми. Причём станции по быстрой замене севших аккумуляторов на полные будут построены как отдельно, так и в составе обычных бензозаправок. По замыслу Project Better Place, систему автоматизируют. Весь аккумуляторный блок будет меняться при помощи руки-подъёмника через люк в полу автомобиля.»

Т.е. мы зависели от бенза, а в скором будущем будем зависеть от батареек..(((

Отредактировано one_77 (08.03.2010 15:59:50)